(57)【要約】【課題】立坑上部に設置するクレーンと坑内搬送車輛とを連携して使用できるようにして、地上から切羽後部位置までのセグメント搬送を無人で自動運転できる覆工セグメントの搬送システムを提供する。【解決手段】地上部からトンネル掘削坑３内へ覆工セグメント４０を搬送するに際し、外部からの指令によって発進立坑２の上方からセグメントグラブ７により覆工セグメント４０を把持してクレーンで吊下ろし、その途中を案内手段（垂直昇降ガイド６）によって前記セグメントグラブ７を案内させ、立坑底部で荷受位置に待機する坑内搬送台車３６に、前記セグメントグラブ７から直接移載して切羽３ａまで搬送する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上部からトンネル掘削坑内へ覆工セグメントを搬送するに際し、外部からの指令によって発進立坑の上方からセグメントグラブにより覆工セグメントを把持してクレーンで吊下ろし、その途中を案内手段によって前記セグメントグラブを案内させ、立坑底部で荷受位置に待機する坑内搬送台車に、前記セグメントグラブから直接移載して切羽まで搬送することを特徴とする覆工セグメントの搬送システム。
【請求項２】
前記セグメントグラブの案内手段は、立坑上部から搬送台車の荷受位置上部までガイドレールが配置され、セグメントグラブには前記ガイドレールに係合して昇降案内されるガイドローラを備える構成である請求項１に記載の覆工セグメントの搬送システム。
【請求項３】
セグメントグラブを吊下げて搬送するクレーンは、発進立坑の上部に架構される天井クレーンである請求項１に記載の覆工セグメントの搬送システム。
【請求項４】
前記荷受位置から切羽までの覆工セグメントの搬送は、坑内搬送台車による自動運転により行われる請求項１に記載の覆工セグメントの搬送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法によるトンネル構築現場における覆工セグメントを、地上部から切羽後部位置までほぼ自動的に搬送する覆工セグメントの搬送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中にトンネルを構築するシールド工法は、シールド掘削機により地山を掘削しつつそのシールド掘削機の内部で覆工用のセグメントを組立てて、覆工するとともに、このセグメントの前端に反力を取ってシールド掘削機を推進させる操作を繰り返してトンネルが形成されている。
【０００３】
このようなシールド工法では、地上からシールド掘削機まで覆工用のセグメントを搬送する手段として、例えば地上にセグメントを貯留する資材貯蔵倉庫（ラック装置）を設置して、セグメントを管理保管し、この資材貯蔵倉庫から取出したセグメントをトンネル内に運び込むために、搬送台車によって前記倉庫から立坑位置まで搬送し、立坑内に設置した垂直搬送装置によって立坑底部に移動させ、その後に立坑からトンネル構内の軌道上をシールド掘削機後部位置まで移動させて運搬する方式が特許文献１によって知られている。また、市街地など資材（セグメントなど）の保管場所の設置スペースがとれない工事現場では、セグメントの受入れヤードで工場から運び込まれるセグメントを、立坑内を利用して設置した多段の収納棚に一旦保管して、供給要求に応じて順次取出して構内搬送台車に移し替え、シールド掘削機まで搬送するような方式が特許文献２によって開示されている。
【０００４】
また、地上からシールド掘削機までセグメントを搬送するのに、トンネル坑内全域で無人の搬送台車を誘導するシステムについては、特許文献３によって知られるものがある。また、円弧状に形成されたセグメントを運搬するのに適したセグメントグラブについては、例えば特許文献４によって開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１９４２９７号公報
【特許文献２】特開平１０−３３１５９９号公報
【特許文献３】特開２０００−１８６５００号公報
【特許文献４】特開２０００−５３３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近時市街地などにおける地下トンネルの構築に際しては、発進基地の設置事情によって、覆工資材の受入れスペースを広くすることが困難な場合が多いので、前記先行技術におけるように地上部に大きな構造のセグメントなど覆工材の受入れ設備を設置することができない、という問題点がある。
【０００７】
また、立坑の設置現場の事情からセグメントの搬入設備の設置スペースが十分に取れないという場合がある。そのために、前記先行技術に見られるように、地上部からトンネル内搬送台車へ送られるセグメントの運搬時におけるセグメントの向きを取扱が便利な向きに移動させること、つまり、地上部で例えば昇降装置の運搬台に搭載させたセグメントの向きを立坑内で搬送台車に搭載するとき、送り込まれた際の向きをそのまま保って搬送台車に移載するというような取扱ができない場合がある。例えばトンネルの掘削構築方向に対してセグメントを地上部から搬入するための昇降装置の昇降運搬台から水平面上で搬送台車への移載が、そのまま直進または直交する向きで行えず、斜め方向に移動させねばならないというような事情が生じる。このような工事現場では、前記特許文献１あるいは２で知られるような搬入システムの採用は困難である。
【０００８】
一方、従前のようにセグメントを地上部で玉掛けして立坑内底部へクレーンで吊下ろして、立坑内で荷取り者の合図のもと搬送台車へ搭載する方法をとれば、掘進が進捗して遠距離まで搬入することになると、坑内での搬送台車の編成が２編成となり、それに伴い荷扱い作業者の人員を多く必要とする。また、立坑深さが深くなると、吊り荷の荷振れにより荷受個所での搬送台車への搭載操作が困難になるという問題点がある。したがって、このように覆工材（セグメントなど）のトンネル内への搬入条件が厳しい立坑では、通常の手段での搬入作業によると作業能率の低下が避けられないという問題点がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、立坑上部に設置するクレーンと坑内搬送車輛とを連携して使用できるようにして、地上から切羽後部位置までのセグメント搬送を無人で自動運転できる覆工セグメントの搬送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明による覆工セグメントの搬送システムは、
地上部からトンネル掘削坑内へ覆工セグメントを搬送するに際し、外部からの指令によって発進立坑の上方からセグメントグラブにより覆工セグメントを把持してクレーンで吊下ろし、その途中を案内手段によって前記セグメントグラブを案内させ、立坑底部で荷受位置に待機する坑内搬送台車に、前記セグメントグラブから直接移載して切羽まで搬送することを特徴とするものである（第１発明）。
【００１１】
前記発明において、前記セグメントグラブの案内手段は、立坑上部から搬送台車の荷受位置上部までガイドレールが配置され、セグメントグラブには前記ガイドレールに係合して昇降案内されるガイドローラを備える構成であるのがよい（第２発明）。
【００１２】
前記発明において、セグメントグラブを吊下げて搬送するクレーンは、発進立坑の上部に架構される天井クレーンであるのがよい（第３発明）。
【００１３】
また、前記発明において、前記荷受位置から切羽までの覆工セグメントの搬送は、坑内搬送台車による自動運転により行われるのがよい（第４発明）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、立坑上部に設けられたクレーンによって坑内搬送台車に覆工セグメントを積込んで坑内に搬入するに際し、クレーンによって揚降されるセグメントグラブを用いて立坑に立設される案内手段にて昇降案内させ、荷受位置に待機する搬送台車上に導いて、セグメントグラブから搬送台車に直接積込むようにすることで、その操作を自動的に行えることになり、搬入作業が人手を介さずにできるようになって、作業の能率向上を図ることができる。また、危険作業を回避でき作業環境の改善を促進できるという効果が得られる。
【００１５】
また、セグメントグラブを立坑上部から搬送台車の荷受け位置上部までガイドレールを配置して、このガイドレールによりそのセグメントグラブを案内するようにしたことで、天井クレーンを用いてセグメントグラブが吊下ろされる際に、そのセグメントグラブの吊下げ姿勢を安定させることができ、荷振れを生じることなく搬入できて運転操作を容易にし、自動化を促進するという効果が得られる。併せて吊下げ姿勢の向きを変えることも可能になり、現場の条件に応じて資材の搬入を容易にするという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明による覆工セグメントの搬送システムの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１には、本発明の一実施形態に係る覆工セグメントの搬送システムの概要図が示されている。図２には立坑の平面図が、図３には図２のＡ−Ａ視図が、図４には使用されるセグメントグラブの正面図が、図５には図４のセグメントグラブの平面図が、図６には図４の左側面図が、図７にはセグメントグラブのガイドローラ部分を表わす図が、それぞれ示されている。
【００１８】
この実施形態の覆工セグメントの搬送システム１としては、発進立坑２の地上部には、その立坑２上部を跨いで架設される天井クレーン４と、立坑２の壁面に支持されて内部に立設される垂直昇降ガイド６と、前記天井クレーン４によって吊下げられて前記垂直昇降ガイド６により案内されるセグメントグラブ７と、立坑２の底部２ａから掘削坑３内の切羽部３ａまで覆工資材を運搬する坑内の搬送台車３６とその軌道、および前記天井クレーン４によるセグメント４０の坑内搬入および搬送台車３６による掘削坑内搬送を制御する制御手段とで構成されている。
【００１９】
また、この実施形態では、掘削坑３（トンネル）の掘削軸Ｔに対して立坑２の上方に架設される天井クレーン４の走行軸線Ｃが、現場の事情でその横行方向を３０°変位した状態で設置されている。
【００２０】
前記天井クレーン４は、立坑２の上部を覆う仮設建屋内（図示省略）に、その構築構造体に支持されて立坑２の上部を走行してその立坑２の隣接地上部におけるセグメント集積個所５で、工場から搬入された覆工用のセグメント４０を取り込めるように架設されている。この天井クレーン４のクラブ４ａからはセグメントグラブ７（詳細については後述）が吊下げられ、このセグメントグラブ７を立坑２内に立設された垂直昇降ガイド６に案内されて、立坑底部２ａの荷受位置Ｐに待機する搬送台車３６直上位置まで吊下ろせるようにされている。
【００２１】
前記セグメントグラブ７は、図４〜７に示されているように、天井クレーン４のクラブ４ａから複数本のロープにて吊下げられる長方形に形成された吊下げ支持枠１１と、この吊下げ支持枠１１の長手両端部の各両外側にて基端を枢支されて回動自在に垂下支持される左右一対のセグメント保持枠１２，１２と、前記吊下げ支持枠１１に搭載されて前記各セグメント保持枠１２の枢支位置よりそれぞれ上方に延長された操作桿１３端と連結してそのセグメント保持枠１２を回動操作するパワーシリンダ１４とで構成されている。
【００２２】
前記吊下げ支持枠１１は、その幅寸法が取扱う覆工セグメント４０の幅寸法よりやや広い寸法にされている。前記セグメント保持枠１２，１２は、中央から所要寸法離れた対称位置で吊下げ支持枠１１の両側の主部材１１ａ，１１ａを貫通して軸受支持され平行する枢支軸１５，１５に、それぞれ基端部を取り付けられて所要長さの脚部材１２ａ，１２ａを一対、その脚部材１２ａ，１２ａの下端を横梁材１２ｂで接続して内側にセグメント４０を受入れられる寸法でＵ字型の枠体に形成されている。かかるセグメント保持枠１２，１２が前記吊下げ支持枠１１の長手方向両端部で対称に吊設されている。なお、それらセグメント保持枠１２，１２の脚部材１２ａ，１２ａ内側面および横梁材１２ｂの上面には、緩衝材として例えばウレタン樹脂のプレートが貼り付けられている。また、吊下げ支持枠１１の中央には、両側の主部材１１ａ，１１ａ中間部を相互に接続する繋ぎ部材１１ｃ，１１ｃ上に一対のブラケット１６，１６が立設され、このブラケット１６，１６によって支持される回転軸により吊滑車１７が回転自在に支持されている。このセグメントグラブ７は、前記吊滑車１７を巡るロープでもって天井クレーン４により吊下げ操作される。また、吊下げ支持枠１１の中央部には、前記繋ぎ部材１１ｃ，１１ｃ上に立設されるフレーム１８に支持されて筒状の振れ止め１９，１９が立設され、天井クレーン４による走行時にクレーンのクラブから垂下する振れ止め部材（図示せず）と契合して横振れを止められるようにされている。なお、前記パワーシリンダ１４は吊下げ支持枠１１上に立設されたブラケット１４ａに基端を支持されており、前記セグメント保持枠１２の操作桿１３は、基端部を枢支軸１５上に取付けられ、前記パワーシリンダと先端部を連結されて、パワーシリンダの伸縮作動によって前記枢支軸１５を介してセグメント保持枠１２を揺動させるようになされている。
【００２３】
このように構成されるセグメントグラブ７には、前記一対のセグメント保持枠１２，１２の開閉方向と直交する向きで、その吊下げ支持枠１１の一方の主部材１１ａの側面部に、突設された取付片２１，２１に基端を取付けられて適宜寸法横方向に突出す支持部材２２が設けられ、この支持部材２２により所定の間隔で一対のガイドローラ２３，２３が、その回転軸２４，２４を前記吊下げ支持枠１１の主部材１１ａと平行するようにして付設されている。また、図示省略するが吊下げ支持枠１１上には前記一対のセグメント保持枠１２，１２を操作するパワーシリンダ１４，１４の制御盤が搭載されている。また、各セグメント保持枠１２，１２には取扱うセグメント４０の有無を検知する光電センサ（図示せず）がそれぞれ付設され、前記制御盤内の制御部に信号が伝達するようにされている。なお、前記パワーシリンダ１４は電動シリンダとされている。
【００２４】
前記垂直昇降ガイド６（本発明の案内手段に対応）は、二本一対のガイドレール３０，３０を多数の横繋ぎ部材３１で繋いで枠体に形成されてなり、立坑２の側壁部に基端を支持される複数のサポート部材３４により支持されて、前記天井クレーン４によって吊下げられるセグメントグラブ７で搬入するセグメント４０を立坑底部２ａにおける荷受位置Ｐに待機する坑内の搬送台車３６に直接移載できるようにほぼ垂直に立設され、前記セグメントグラブ７を昇降案内するようにされている。この垂直昇降ガイド６は、前記天井クレーン４の荷下ろし位置Ｐ'（走行方向とクラブの横行方向の交点）でのセグメントグラブ７の吊下げ姿勢から立坑底部２ａでの荷受位置Ｐでの搬送台車３６上での積込み姿勢に合致できるようにされている。そのために、前記垂直昇降ガイド６は、図８（ａ）〜（ｃ）にて示されるように、前記ガイドレール３０，３０の上部案内部位３２を適宜区間で約３０°変位させてねじらせた形状にされている。そして、この垂直昇降ガイド６は、前記荷受位置Ｐに待機する搬送台車３６の側部所要位置に立設されている。また、前記一対のガイドレール３０，３０は、相対向する側面部を溝型にされて、その溝部３０ａに沿って前記セグメントグラブ７に付設されるガイドローラ２３を案内するようにされている。また、前記ガイドレール３０の上部案内部位３２頂部には、前記セグメントグラブ７に付設のガイドローラ２３，２３の導入を容易にする上方を広げてなるローラガイド３３がそれぞれに付されている。図中符号３５はガイドレール３０の上部案内部位３２を支持する上部ステー、３５ａは作業用踊り場である。
【００２５】
一方、立坑底部２ａには、掘削坑３のシールドマシン８位置に通じる搬送台車３６の走行軌道が敷設され、この軌道上を走行する坑内搬送駆動車３７（バッテリーロコ）により運転される複数台の搬送台車３６が配されている。前記搬送台車３６にはセグメントグラブ７によって運び込まれる複数枚のセグメント４０を積み重ねた状態でそのまま搭載できるように、セグメントの支持台が配置されている。また、前記坑内搬送駆動車３７は、例えば前記特開２０００−１８６５００号によって知られるような無線操縦により運転され、立坑荷受Ｐ位置から切羽３ａのシールドマシン８までを往復走行できるようにされている。
【００２６】
また、前記地上部から立坑２を通じて搬送台車３６への荷受位置Ｐまでの搬入操作については、天井クレーン４の自動制御による自動運転とセグメントグラブ７によるセグメント４０の作動を自動的に行わせ、搬送台車３６による坑内自動搬送と連携させて地上部における取り込みからトンネル内の切羽手前への搬送を自動的に行えるようにする制御手段を備えた制御盤（図示せず）が地上部に設けられている。
【００２７】
次に、図９に示されるセグメントの搬送フローチャートに基づき搬送の手順を説明する。
【００２８】
Ｓ１〜Ｓ３：作業者が地上部において立坑２隣接部のセグメント集積個所５に予め搬入されて所定数（１回の搬入荷重に応じた量、例えばセグメント３個分）ずつ積み重ねて搬入準備されたセグメント４０を、天井クレーン４を運転操作して、クラブ４ａから吊下げられているセグメントグラブ７を作動させる（ステップＳ１）。セグメントグラブ７を降下させて、パワーシリンダ１４を作動させて左右セグメント保持枠１２，１２を開き、搬送準備されたセグメント４０を掬い込み把持させる（Ｓ２）。次いで、セグメントグラブ７を自動ポイント位置（自動運転可能な高さ位置）まで上昇移動させる（Ｓ３）。この操作までは作業者による操作によって行われる。
【００２９】
Ｓ４〜Ｓ６：作業者が自動運転スタートの指令信号を発する（自動運転スイッチを入れる）（Ｓ４）。自動運転モードに移行すると、天井クレーン４のホイストが巻上げ作動してセグメントグラブ７を巻上げる（Ｓ５）。その後に天井クレーン４が走行を開始するとともに、クラブ４ａが横行を開始して立坑２の上部へ高速で移動する（Ｓ６）。
【００３０】
Ｓ７〜Ｓ８：天井クレーン４は目的位置Ｐ'（立坑降下位置）に近づくと走行並びに横行速度を減速させる（Ｓ７）。エンコーダの働きで横行するクラブ４ａ（吊下げられているセグメントグラブ７）の位置をセグメントグラブ７の立坑降下位置に合致させる（Ｓ８）。
【００３１】
Ｓ９〜Ｓ１１：天井クレーン４は、セグメントグラブ７を立坑２への降下位置に合致する走行方向と横行方向の交点位置に合わせたならば、ホイストを下降動作に切換えて降下させ、その直下に位置する垂直降下ガイド６のガイドレール３０，３０頂端部のローラ受入れガイド３２にセグメントグラブ７付設のガイドローラ２３，２３を受入れられるようにする（Ｓ９）。続いて、そのセグメントグラブ７を降下させると、ガイドローラ２３，２３が垂直降下ガイド６のガイドレール３０，３０に案内されてそのまま降下される。このセグメントグラブ７の降下時には、空中吊下げ状態であるにもかかわらず、付設されるガイドローラ２３，２３がローラ受入れガイド３２，３２によって確実にガイドレール３０，３０内に導入されて案内され、しかも吊下げ姿勢から降下するまでの間に、ガイドレール３０，３０の上部部位３２がねじられて荷受位置Ｐでの受入れ姿勢に対応する向きに変えられて降下する（Ｓ１０）。また、セグメントグラブ７の吊姿勢が途中で変更されても、ガイドレール３０による案内で荷振れを起こすことなく安定姿勢で降下させることができる。やがて、最下位に達する前のセグメントグラブ干渉エリア（搬送台車３６上にセグメント４０が搭載される高さ位置よりやや上の位置）に到達すると、下降を停止して待機させる（Ｓ１１）。こうすることにより、搬送台車３６の積荷と接触するのを回避できる。
【００３２】
Ｓ１２〜Ｓ１４：立坑底部２ａの荷受位置Ｐに空荷の搬送台車３６が到達すると、当該位置に設置されている搬送台車３６到達と積荷の有無を検知する検知手段（センサ）による信号が、地上部に設置されている制御装置に伝達されて荷受け要求の信号が天井クレーン４の制御部に与えられる（Ｓ１２）。すると、ホイストが駆動してセグメントグラブ７を搬送台車３６上の降下停止位置まで下降させて停止する（Ｓ１３）。次いで、セグメントグラブ７のパワーシリンダ１４，１４を作動させて左右両セグメント保持枠１２，１２を同時に開き、把持していたセグメント４０を搬送台車３６の支持台上に移載する（Ｓ１４）。
【００３３】
Ｓ１５〜Ｓ１６：搬入したセグメント４０をセグメントグラブ７から搬送台車３６上に移載すると、そのセグメントグラブ７のセグメント保持枠１２，１２に付設されるセンサによって、保持していたセグメント４０が放されたことを検知して天井クレーン４の制御部に吊荷開放の信号が送られると、セグメントグラブ７を開いた状態で所定高さまで巻上げる（Ｓ１５）。こうしてセグメントグラブ７の開放されたセグメント保持枠１２，１２が搬送台車３６上のセグメント４０を交わして上昇することにより、セグメントグラブ７の上昇を妨げない位置に達した後、セグメントグラブ７を閉じる（パワーシリンダ１４，１４を元に戻す）（Ｓ１６）。
【００３４】
Ｓ１７〜Ｓ１９：ステップＳ１６でセグメントグラブ７を閉じると、そのセグメントグラブ７を上昇させて垂直昇降ガイド６のガイドレール３０による案内から脱出させる（Ｓ１７）。その後は、天井クレーン４を作動させて所定高さまでセグメントグラブ７を巻上げた後、この天井クレーン４を走行・横行させ（Ｓ１８）、天井クレーンの走行原点位置まで復帰させる（Ｓ１９）。そして、次のセグメント４０取り込み指令まで待機させる。
【００３５】
こうしてセグメント４０が地上部から立坑底部２ａの荷受位置Ｐに待機する複数の搬送台車３６に順次積込まれると、セグメント４０を積載した搬送台車３６は、駆動車３７による牽引で地上の制御部の指令によって自動走行して坑内を移動し、シールドマシン８の後部位置まで送り込まれる。シールドマシン８後部位置で荷下ろしした搬送台車３６は、再び立坑２の荷受位置Ｐまで戻されると、前記要領でセグメント４０を受取り、坑内を走行して再度切羽３ａ後部に送り込まれる。以後この操作を繰り返して覆工セグメント４０の搬送が行われる。
【００３６】
このように本実施形態のセグメントの搬送システムによれば、セグメント集積個所においてセグメントを立坑内に搬入するためのセグメントグラブへ取り込む操作を作業者が行った後に自動運転指令の指示を制御部に与えると、以後掘削坑内でのシールドマシンまでの搬送をすべて自動で行うことができ、特に立坑内での上下搬送から坑内での水平搬送への移行を自動化でき、作業の安全性の確保と作業効率の向上を図ることができる。そして、その自動化によって、大深度での作業や坑内搬送距離が長くなる場合にコストダウンが期待でき工費の低減化を図ることができる。その他に、揚重個所ではガイド装置を使用して荷振れが解消され、安全性が高められ、グラブから搬送台車への移載を円滑に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る覆工セグメントの搬送システムの概要図
【図２】立坑の平面図
【図３】図２のＡ−Ａ視図
【図４】使用されるセグメントグラブの正面図
【図５】図４のセグメントグラブの平面図
【図６】図４の左側面図
【図７】セグメントグラブのガイドローラ部分を表わす図
【図８】垂直昇降ガイドの上部背面図（ａ）とその右側面図（ｂ）および平面図（ｃ）
【図９】セグメントの搬送フローチャート
【符号の説明】
【００３８】
２      立坑
３      掘削坑
４      天井クレーン
６      垂直昇降ガイド
７      セグメントグラブ
８      シールドマシン
１１    吊下げ支持枠
１２    セグメント保持枠
１３    操作桿
１４    パワーシリンダ
２３    ガイドローラ
３０    ガイドレール
３２    上部案内部位
３６    搬送台車
４０    セグメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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