(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分を含んだ泥土が投入される処理槽内に配設されほぼ円筒状に成形された蔓巻きバネからなる濾過体本体を備えた濾過体と、この濾過体本体内に流入した泥水を排出する導管と、この導管内に流入した泥水の流量を検出する流量検出装置と、上記導管の中途部に配設された電磁弁と、上記濾過体本体の他端から該濾過体本体内に流体を圧送する圧送装置と、上記濾過体本体の全長を伸縮させる伸縮駆動装置と、を備え、
上記流量検出装置による泥水の流量が所定の流量よりも少ない場合には、上記電磁弁を閉塞し、上記圧送装置の駆動により濾過体本体の他端から流体を圧送するとともに、該流体の圧送直後に濾過体本体の全長をやや長尺とするよう伸縮駆動装置が駆動するよう構成されてなることを特徴とする固定式選別装置。
【請求項２】
水と目詰め材とを含んだ加泥材を掘削機の先端より切羽に注入しながら地中を掘削し、掘削され加泥材を含んだ泥土を掘削機内に取り込んだ後に地上に搬出しながら推進する泥濃式シールド工法において、
上記掘削機内から地上に搬出され加泥材を含んだ泥土を、該泥土の含有物の粒径に応じて順次選別する複数の選別装置を備え、
これら複数の選別装置には、水分を含んだ泥土が投入される処理槽内に配設されほぼ円筒状に成形された蔓巻きバネからなる濾過体本体を備えた濾過体と、この濾過体本体内に流入した泥水を排出する導管と、この導管内に流入した泥水の流量を検出する流量検出装置と、上記導管の中途部に配設された電磁弁と、上記濾過体本体の他端から該濾過体本体内に流体を圧送する圧送装置と、上記濾過体本体の全長を伸縮させる伸縮駆動装置と、を備えた固定式選別装置が含まれてなるとともに、上記固定式選別装置を含む選別装置により濾過された泥水は、目詰め材が添加された後に上記掘削機の先端に送られることを特徴とする泥濃式シールド工法における泥水再利用システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、固定式選別装置及びこの固定式選別装置を備えた泥濃式シールド工法における泥水再利用システムに関し、シールド工法の中でも、特に水と目詰め材とを含んだ加泥材を掘削機の先端より切羽に注入しながら地中を掘削し、加泥材を含んだ掘削泥土を掘削機内に取り込んだ後に地上に搬出しながら推進する泥濃式シールド工法に使用される固定式選別装置及びこの固定式選別装置を備えた泥濃式シールド工法における泥水再利用システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、トンネル等の横坑や下水管きょ等を構築する場合には、土圧式セミシールド工法，泥水式セミシールド工法等のシールド工法が使用され、また近年では泥濃式セミシールド工法も広く採用されている。そして、こうした工法によりトンネル等を施工する場合には、地中を掘削することにより多量の残土（泥土又は排土）が発生するとともに、こうした泥土は、施工現場の状況や施工方法によって多量に水分を含む場合が多い。例えば、泥水式セミシールド工法では、掘削する切羽に加圧した水又は泥水を注入しながら順次掘削する方法であることから、掘削機内を通過して地上に搬送される泥土には多量の水分が含まれる。
【０００３】
ところで、上記泥水式セミシールド工法を含めた上記各工法では、多量の残土が発生するとともに、こうした残土は産業廃棄物として処理されることから、業界においては再利用することが望まれている。すなわち、従来では、掘削作業により発生する多量の残土や土砂を運搬廃棄するためには、トラック等の搬出用車両が必要であり、泥水の処理には中間処理業者に委託し分級及び脱水した後に脱水汚泥は最終処分場へ運搬し処分しなければならず、工事全体の施工コストが嵩む。
【０００４】
そこで、従来こうした課題を解決するために、例えば上記泥水式セミシールド工法においては、特開平８−１０５２９０号公報に記載されたシステムが提案されている。このシステムは、泥水式シールド工法において、掘削土砂を再利用するものであり、具体的には、排泥水内に含まれている成分を分離処理する複数のプラントを設け、このプラントから循環利用する泥水を搬送配管により再び掘削機の先端に供給使用とするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した技術では、泥水式（セミ）シールド工法による場合では再利用できる可能性もあるが、泥濃式シールド工法においては、必ずしも有効に再利用することができない。すなわち、泥濃式シールド工法においては、掘削機の先端から該掘削機内に取り込まれる泥土（残土）内には、水と目詰め材とを含んだ加泥材が混入されていることから、該目詰め材により濾過体又はフィルタが目詰まりを起こし、循環再利用するべき泥水を効率良く採取することができない。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した従来の泥水再利用システムが有する課題を解決するために提案されたものであって、目詰め材が含有された加泥材を切羽に注入する泥濃式シールド工法による場合であっても、有効に泥水を再利用することができる固定式選別装置及びこの固定式選別装置を備えた泥濃式シールド工法における泥水再利用システムを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、第１の発明（請求項１記載の発明）は、固定式選別装置に係るものであり、水分を含んだ泥土が投入される処理槽内に配設されほぼ円筒状に成形された蔓巻きバネからなる濾過体本体を備えた濾過体と、この濾過体本体内に流入した泥水を排出する導管と、この導管内に流入した泥水の流量を検出する流量検出装置と、上記導管の中途部に配設された電磁弁と、上記濾過体本体の他端から該濾過体本体内に流体を圧送する圧送装置と、上記濾過体本体の全長を伸縮させる伸縮駆動装置と、を備え、上記流量検出装置による泥水の流量が所定の流量よりも少ない場合には、上記電磁弁を閉塞し、上記圧送装置の駆動により濾過体本体の他端から流体を圧送するとともに、該流体の圧送直後に濾過体本体の全長をやや長尺とするよう伸縮駆動装置が駆動するよう構成されてなることを特徴とするものである。
【０００８】
この第１の発明では、上記流量検出装置による泥水の流量が所定の流量よりも少ない場合、すなわち、濾過体本体の周囲に目詰め材が付着し充分に濾過できない場合には、電磁弁が閉塞し、圧送装置の駆動により濾過体本体の他端から流体が圧送される。この流体は、空気でも水でも良いが、何れにしてもこうした流体の圧送により、蔓巻きバネからなる濾過体本体内から流体が放出される。このとき、流体の圧送直後に濾過体本体の全長をやや長尺とするよう伸縮駆動装置が駆動することから、濾過体本体である蔓巻きバネの間に目詰め材等が付着している場合であっても、該目詰め材等を有効に除去することが可能となる。
【０００９】
また、第２の発明（請求項２記載の発明）は、泥濃式シールド工法における泥水再利用システムに係るものであって、水と目詰め材とを含んだ加泥材を掘削機の先端より切羽に注入しながら地中を掘削し、掘削され加泥材を含んだ泥土を掘削機内に取り込んだ後に地上に搬出しながら推進する泥濃式シールド工法において、上記掘削機内から地上に搬出され加泥材を含んだ泥土を、該泥土の含有物の粒径に応じて順次選別する複数の選別装置を備え、これら複数の選別装置には、水分を含んだ泥土が投入される処理槽内に配設されほぼ円筒状に成形された蔓巻きバネからなる濾過体本体を備えた濾過体と、この濾過体本体内に流入した泥水を排出する導管と、この導管内に流入した泥水の流量を検出する流量検出装置と、上記導管の中途部に配設された電磁弁と、上記濾過体本体の他端から該濾過体本体内に流体を圧送する圧送装置と、上記濾過体本体の全長を伸縮させる伸縮駆動装置と、を備えた固定式選別装置が含まれてなるとともに、上記固定式選別装置を含む選別装置により濾過された泥水は、目詰め材が添加された後に上記掘削機の先端に送られることを特徴とするものである。
【００１０】
この第２の発明によれば、濾過体の外側に目詰め材が付着し、充分に濾過できない場合には、電磁弁が閉塞し、圧送装置の駆動により濾過体本体の他端から流体が圧送され、蔓巻きバネからなる濾過体本体内から流体が放出されるが、このとき、流体の圧送直後に濾過体本体の全長をやや長尺とするよう伸縮駆動装置が駆動することから、濾過体本体である蔓巻きバネの間に目詰め材等が付着している場合であっても、該目詰め材等を有効に除去することが可能となる。したがって、この第２の発明によれば、目詰め材による悪影響を防止することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る泥濃式シールド工法における泥水再利用システム及びこの泥水再利用システムに使用する固定式選別装置について説明する。
【００１７】
この泥濃式シールド工法における泥水再利用システム（以下、本システムという。）は、図１に示すように、掘削機１の先端から加泥材を切羽に注入し、掘削された泥土を加泥材とともに掘削機１内に取り込み、該掘削機１の後方に連続する推進管２内を通過して縦坑３から地上に搬送し、この搬送された泥土を選別装置４により石，礫，土砂等と泥水とを選別分離し、該選別装置４により取り出された泥水に目詰め材を充填して、再度上記掘削機１の先端から注入するものである。
【００１８】
上記掘削機１は、先端にカッターヘッド５が設けられ、このカッターヘッド５の正面には切羽を掘削する多数のカッタービット６が固定されており、このカッターヘッド５は、掘削機１内に配設された図示しないモータにより回転駆動されるように構成されている。そして、このように構成された掘削機１の先端からは、加泥材が噴射され切羽に注入される。この加泥材は、地上に設けられた加泥材タンク７内に充填されてなるものであり、図示しないポンプの駆動により、移送流路８を通って上記掘削機１の先端まで圧送される。また、この加泥材には、紙等を原料とした細かい繊維状の物質からなる目詰め材が含有されてなるものである。したがって、この目詰め材が含有されてなる加泥材が切羽に注入されると、泥水式シールド工法において使用される泥水のように、カッターヘッド５の正面に対向する切羽から広範囲に亘って浸透され切羽が不安定な状態となることを回避することができる。すなわち、この加泥材に含有された目詰め材が掘削機１の先端から切羽に注入されると、該目詰め材が砂礫の粒子間を閉塞し、広範囲に水分が浸透されることを防止することができるので、切羽を安定した状態とすることができる。
【００１９】
そして、本システムにおいては、このような加泥材を切羽に注入しながらカッターヘッド５の回転駆動により掘削されることにより発生した泥土（土砂等）は、該カッターヘッド５に形成された図示しない開口を通過して、掘削機１内に取り込まれ、該掘削機１内から後続する推進管２内を通る排泥流路９を介して地上まで搬送される。そして、地上には、この搬送された泥土を選別する選別装置４が設けられている。なお、この泥土内には、掘削機１により掘削された砂礫や粘土等の他に、上記目詰め材を含有する加泥材も含まれている。以下、この選別装置４について詳細に説明する。
【００２０】
この選別装置４は、図２に示すように、上記泥土が投入される投入タンク１０が設けられ、この投入タンク１０の下方には第１の処理槽１１が配設されている。上記投入タンク１０には、該投入タンク１０内に投入された泥土を落下させる図示しないシャッタ等の落下機構又は該投入タンク１０を回転させ下方に形成された第１の処理槽１１内に泥土を落下させる回転機構が設けられている。また、上記第１の処理槽１１には、傾斜した状態で固定されてなる選別板１２が配設されている。この選別板１２は、本実施の形態においては、礫や石等の２０ｍｍ以上の粒径の物質を捕捉するものであり、捕捉された礫等は、図２中左方向に落下される。したがって、この選別板１２を通過した泥漿や砂等は、第１の処理槽１１内に充填される。
【００２１】
また、この第１の処理槽１１の隣には、上記選別装置４の構成要素である第２の処理槽１３が配設されており、上記第１の処理槽１１内には、該第１の処理槽１１内の泥漿や砂等を、この第２の処理槽１３内に移送する第１のポンプ１４と、一端がこの第１のポンプ１４に接続され他端は上記第２の処理槽１３に接続されてなる第１の導管１５が設けられている。そして、上記第２の処理槽１３の上方には、本発明に係る固定式選別装置（バネ式選別装置）５０が設けられている。
【００２８】
この固定式選別装置（バネ式選別装置）５０は、上記第１の導管１５の先端と連通してなる選別槽５１と、この選別槽５１内に複数配設されてなる選別装置本体５２とを備えている。上記選別槽５１は、下方に仕切り板５１ａを備え、該仕切り板５１ａと対向してなる底板部５１ｂには、開閉可能なシャッタ５１ｃが形成されている。また、上記選別装置本体５２は、図３に示すように、蔓巻きバネ５３と、下面にはこの蔓巻きバネ５３の上端が挿入される図示しない凹部が形成され上面にはボルトブローバイガス５４ａが形成されてなるとともに、上記凹部と連通した管部５４ｂが形成されてなる一方の回動操作部材５４と、上面には上記蔓巻きバネ５３の下端が挿入される凹部５５ａが形成され下面にはボルト部５５ｂが形成されてなるとともに上記凹部５５ａと連通した管部５５ｃが形成されてなる他方の回動操作部材５５とが構成要素とされている。そして、上記一方の回動操作部材５４は、間に一方のワッシャー５６を介して一方の連結金具５７に連結され、この一方の連結金具５７は、後述する空気管６３に形成された分岐管６４と連結されている。また、上記他方の回動操作部材５５は、間に他方のワッシャー５８を介して他方の連結金具５９に連結され、この他方の連結金具５９は、後述する排出管６０に形成された分岐管６０ａと連結されている。すなわち、上記一方の連結金具５７の内周面には、ネジ５７ａが形成され、このネジ５７ａと上記一方の回動操作部材５４を構成するボルト部５４ａとが螺着されることにより互いに連結されるとともに、上記空気管６３に形成された分岐管６４の下端側外周面に形成されたネジ６４ａと上記ネジ５７ａとが螺着されることにより互いに連結されている。
【００２９】
また、上他方の連結金具５９の内周面には、ネジ５９ａが形成され、このネジ５９ａと上記他方の回動操作部材５５を構成するボルト部５５ｂとが螺着されることにより互いに連結されるとともに、上記排出管６０に形成された分岐管６１の上端側外周面に形成されたネジ６１ａと上記ネジ５９ａとが螺着されることにより互いに連結されている。したがって、上記選別装置本体５２は、上記一方の回動操作部材５４及び／又は他方の回動操作部材５５を回動操作することにより、蔓巻きバネ５３は、圧縮されることにより縮小し又は圧縮状態をやや解除することにより伸長され、該蔓巻きバネに形成されたバネの間隔を調節することができる。
【００３０】
そして、上記濾過体本体５２は、上記他方の連結金具５９を介して排出管６０に複数形成された分岐管６１に連結されている。したがって、上記濾過体本体５２により濾過された泥水は、各分岐管６１を介して排出管６０内に流入し、前記加泥材タンク７内に移送される。また、上記濾過体本体５２は、上記一方の連結金具５７を介して空気管６３に複数形成された分岐管６４と連結されている。この空気管６３は、基端側が図示しないコンプレッサに接続されてなるものであり、該コンプレッサから送られた圧縮空気は、この空気管６３から各分岐管６４内に流入し各濾過体本体５２内に流入する。なお、上記選別槽５１の上方には上記各空気管６３及び濾過体本体５２を振動させる振動板６７が配設され、この振動板６７の基端には振動装置６８が設けられている。また、上記空気管６３の中途部には、図示しない第２の電磁弁が配設され、上記排出管６０の中途部には第１の電磁弁６５及び流量センサが配設されている。そして、上記第１及び第２の電磁弁６５及び流量センサは図示しないコントローラに接続されており、流量センサにより排出管６０の泥水の流量が所定の流量に満たない場合には、上記第１の電磁弁６５を閉塞するとともに図示しない第２の電磁弁を開放すことにより、各濾過体本体５２の外周に付着した目詰め材は、コンプレッサからの圧縮空気により脱落し、再び濾過することができる。
【００３１】
なお、上記選別槽５１であって上記仕切り板５１ａのやや上方には、該選別槽５１内に溜まった砂や目詰め材を排出する排出パイプ６６が形成され、また、仕切り板５１ａの下方には前述したシャッタ５１ｃが形成されていることから、該仕切り板５１ａの下方に脱落した砂や目詰め材は、このシャッタ５１ｃを図４中二点鎖線で示すように開放することにより、第２の処理槽１３内に脱落させることができる。
【００３２】
したがって、上記選別装置４を構成するバネ式選別装置５０では、第１の導管１５を介して選別槽５１内に流入した（砂や目詰め材等を含む）泥水は、前記第１のポンプ１４の駆動力により選別槽５１内に流入するとともに、上記蔓巻きバネ５３を構成要素とする複数の濾過体本体５２により濾過選別されて排水管６０内に流入し、加泥材タンク７内に流入し、再利用される。そして、こうした動作の途中に、上記濾過体本体５２を構成する蔓巻きバネ５３の外周に目詰め材が付着し濾過されない又は濾過能力が低下した場合には、上述したように、圧縮空気が該濾過体本体５２内に流入し、該目詰め材は強制的に除去される。特に、上記濾過体本体５２を構成する蔓巻きバネ５３は、上記一方又は他方の回動操作部材５４，５５を回動操作することにより、該蔓巻きバネの全長を伸縮させバネ間隔を調節することができるので、濾過選別するべき泥土，泥水に対応し最も効果的な濾過体とすることができる。
【００３３】
さらに、こうしたバネ式選別装置５０は、上述した構成によることなく、例えば、図４に示すバネ式選別装置７０を使用しても良い。このバネ式選別装置７０は、目詰め材が含まれた泥水が導管７１を介して流入する処理槽７２の中間位置に配設されてなる濾過体本体７３を構成要素としている。この濾過体本体７３は、上記バネ式選別装置５０で説明した構成と同じ蔓巻きバネ７４と、この蔓巻きバネ７４の上端側が挿入されてなる一方のキャップ７５と、該蔓巻きバネ７４の下端側が挿入されるとともに該蔓巻きバネ７４の内部と流通する図示しない開口が形成されてなる他方のキャップ７６とが構成要素とされている。そして、上記他方のキャップ７６は、該他方のキャップ７６に形成された開口と連通する連結管７７を介して排水管７８と連結されている。そして、この排水管７８には第１の電磁弁７９，ポンプ８０及び流量センサ８１が間に設けられて図１に示す加泥材タンク７に接続されている。
【００３４】
一方、上記濾過体本体７３の上方には、本発明を構成する伸縮駆動装置としての油圧シリンダ８２が固定されており、この油圧シリンダ８２のシリンダロッド８２ａの先端は上記一方のキャップ７５の上面と固定されている。したがって、上記油圧シリンダ８２の駆動により、蔓巻きバネ７４は全長が伸縮され、この伸縮により該蔓巻きバネ７４のバネ間隔は自動的に調節される。そして、上記一方のキャップ７５には、空気管８３を介してコンプレッサ８４と接続され、該空気管８３の中途部には第２の電磁弁８５が設けられている。なお、上記バネ式選別装置７０を構成する上記第１の電磁弁７９，流量センサ８１，油圧シリンダ８２及び第２の電磁弁８５は、それぞれコントローラ８６に電気的に接続され、該バネ式選別装置７０は、このコントローラ８６により動作する。
【００３５】
先ず、上記目詰め材が含まれた泥水が、導管７１を介して処理槽７２内に流入すると、該泥水内に含まれた礫や砂等の比較的比重が高い物質は、該処理槽７２の下方に沈降し、上方には比重の軽い泥水及び目詰め材が浮遊する。そして、この処理槽７２内の泥水は、上記ポンプ８０の駆動力により蔓巻きバネ７４により濾過され該蔓巻きバネ７４内に流入し排水管７８を通って図１に示す加泥材タンク７内に流入し、目詰め材が添加された状態で掘削機１方向に移送される。なお、こうした通常運転の際に、上記蔓巻きバネ７４のバネ間隔を調節する場合には上記油圧シリンダ８２を駆動させる。そして、上記濾過体本体７３による濾過が行われている途中において、蔓巻きバネ７４の外周に目詰め材が多量に付着した場合には、排水管７８内に流入する泥水が量が減り、したがって、上記流量センサ８１によって所定の流量に満たない流量となった場合には、コントローラ８６を介して第１の電磁弁７９を閉塞させるとともに、第２の電磁弁８５を開放させる。この第２の電磁弁８５の開放によりコンプレッサ８４からの圧縮空気が空気管８３を介して濾過体本体７３を構成する蔓巻きバネ７４のバネ間から噴射される。このとき、上記コントローラ８６により上記第２の電磁弁８５の開放直後に、上記油圧シリンダ８２のシリンダロッド８２ａを駆動させ該蔓巻きバネ７４を伸長させることによりバネ間をやや開く。こうした動作により、処理槽７２の内の泥水は、濾過体本体７２内に流入することはないとともに、蔓巻きバネ７４の外周面に付着した目詰め材は圧縮エアーにより離脱するとともに、バネ間に挟まれていた砂等も除去することが可能となる。なお、上記油圧シリンダ８２は、コントローラ８６により所定の時間が経過した後には再び元の状態に復帰させられ、それまで開放されていた第２の電磁弁８５は閉塞されるとともに第１の電磁弁７９が開放される。
【００３６】
したがって、上述した構成に係るバネ式選別装置７０を使用する場合においても、回収された泥土内に含まれた目詰め材により、濾過体等が詰まってしまい効率の良い泥水の採取を妨げられることがない。
【００３７】
なお、上述した実施の形態においては、本発明を構成する伸縮駆動装置として油圧シリンダを採用したが、こうした油圧シリンダに限定されることはなくエアーシリンダを使用しても良いばかりではなく、例えば、回転軸にギアが固定されたモータと、このギアに噛合するラックギアが形成された昇降部材を使用し、該昇降部材の先端に上記濾過体本体７２の一端を固定したものであっても良い。
【００３８】
【発明の効果】
前述した本発明の実施の形態の説明からも明らかなように、本発明（請求項１記載の発明）では、流量検出装置による泥水の流量が所定の流量よりも少ない場合、すなわち、濾過体本体の周囲に目詰め材が付着し充分に濾過できない場合には、電磁弁が閉塞し、圧送装置の駆動により濾過体本体の他端から流体が圧送される。この流体は、空気でも水でも良いが、何れにしてもこうした流体の圧送により、蔓巻きバネからなる濾過体本体内から流体が放出される。このとき、流体の圧送直後に濾過体本体の全長をやや長尺とするよう伸縮駆動装置が駆動することから、濾過体本体である蔓巻きバネの間に目詰め材等が付着している場合であっても、該目詰め材等を有効に除去することが可能となる。したがって、この発明によれば、掘削機から採取された泥土を有効に再利用することが可能となる。
【００３９】
また、第２の発明（請求項２記載の発明）では、濾過体の外側に目詰め材が付着し、充分に濾過できない場合には、電磁弁が閉塞し、圧送装置の駆動により濾過体本体の他端から流体が圧送され、蔓巻きバネからなる濾過体本体内から流体が放出されるが、このとき、流体の圧送直後に濾過体本体の全長をやや長尺とするよう伸縮駆動装置が駆動することから、濾過体本体である蔓巻きバネの間に目詰め材等が付着している場合であっても、該目詰め材等を有効に除去することが可能となる。したがって、この第２の発明によれば、目詰め材による悪影響を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る泥濃式シールド工法における泥水再利用システムの全体を模式的に示す側面図である。
【図２】選別装置の一例を模式的に示す側面図である。
【図３】図２に示す選別装置を構成する濾過体本体の分解斜視図である。
【図４】選別装置の他の例を模式的に示す側面図である。
【符号の説明】
１    掘削機
４    選別装置
５    カッターヘッド
７    加泥材タンク
８    移動流路
５０    バネ式選別装置
５２    選別装置本体
５３    蔓巻きバネ
５４    一方の回動操作部材
５５    他方の回動操作部材
６０    排出管
７０    バネ式選別装置
７３    濾過体本体
７４    蔓巻きバネ
７９    第１の電磁弁
８０    ポンプ
８１    流量センサ
８２    油圧シリンダ
８６    コントローラ
【図１】
0003566890.tif 000002
【図５】
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【図６】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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