(57)【要約】【課題】柔構造を有すると共に、施工を簡略化することができるトンネル内構造および築造方法を提供する。【解決手段】本発明は、下方に垂下した脚部と、脚部に支持された天板とを備える一対のＬ型ブロックと、一対の脚部の下端部を支持する一対の溝部を有するインバートブロックと、を備え、溝部は、下端部を、トンネル軸方向を軸として回転自在に支持する、トンネル内構造である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下方に垂下した脚部と、前記脚部に支持された天板とを備える一対のＬ型ブロックと、
一対の前記脚部の下端部を支持する一対の溝部を有するインバートブロックと、を備え、
前記溝部は、前記下端部を、トンネル軸方向を軸として回転自在に支持する、
トンネル内構造。
【請求項２】
前記溝部と前記下端部とによりヒンジ構造を形成する、
請求項１に記載のトンネル内構造。
【請求項３】
前記溝部と前記下端部とにより回転ばね構造を形成する、
請求項１に記載のトンネル内構造。
【請求項４】
互いに隣接する前記Ｌ型ブロックの間に充填される緩衝材を更に備える、
請求項１から３のいずれか１項に記載のトンネル内構造。
【請求項５】
下方に垂下した脚部と、前記脚部に支持された天板とを備える一対のＬ型ブロックと、
一対の前記脚部の下端部を支持する一対の溝部を有するインバートブロックと、を備えるトンネル内構造の築造方法であって、
前記インバートブロックをトンネル内に設置する第１工程と、
前記インバートブロック上に前記一対のＬ型ブロックを載置する第２工程と、を有し、
前記第２工程において前記Ｌ型ブロックは、前記下端部が前記溝部によってトンネル軸方向を軸として回転自在に支持されるように載置される、
トンネル内構造の築造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル内に形成される床面を支持するためのトンネル内構造およびトンネル内構造の築造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネルは、シールドマシンで掘削されたトンネル開口部を掘削に従ってセグメントで覆って構築される。シールドトンネルが構築された後、トンネル内の底部に床面が形成される。特許文献１には、トンネル断面方向に開口するボックスカルバートをトンネル底部の中央に設置し、その両側にボックスカルバートを拘束するためのコンクリートブロックを設置する、トンネル内の床面構造が記載されている。特許文献２には、トンネルの底部に底板となるインバートブロックを設置し、その上に一対の側板と天板をそれぞれピン結合して組み立てられるボックスカルバートによるトンネル内の床面構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５４９２３４２号公報
【特許文献２】特開２００９−１５０１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された床面構造は、剛構造のボックスカルバートを用いており、地震動や経年変化等の外力によって生じる地盤の変形に対して追従性が低下する可能性がある。また、特許文献２に記載された床面構造は、分割された底板、一対の側板、天板をそれぞれ結合してボックスカルバートを構築するため、施工の手間が増加して工期が延びる可能性がある。
【０００５】
本発明は、柔構造を有すると共に、施工を簡略化することができるトンネル内構造およびトンネル内構造の築造方法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】
【０００６】
本発明の一態様にかかるトンネル内構造は、下方に垂下した脚部と、前記脚部に支持された天板とを備える一対のＬ型ブロックと、一対の前記脚部の下端部を支持する一対の溝部を有するインバートブロックと、を備え、前記溝部は、前記下端部を、トンネル軸方向を軸として回転自在に支持する。
【０００７】
本発明は、このような構成により、Ｌ型ブロックをインバートブロックに設置する際に、脚部の下端部が溝部に位置決めされ施工性が向上すると共に下端部と溝部が回転機構を形成し、柔構造とすることができる。
【０００８】
トンネル内構造は、前記溝部と前記下端部とによりヒンジ構造を形成してもよい。
【０００９】
また、トンネル内構造は、前記溝部と前記下端部とにより回転ばね構造を形成してもよい。
【００１０】
本発明は、このような構成により、Ｌ型ブロックの脚部が溝部を中心に回転することができる。
【００１１】
トンネル内構造は、互いに隣接する前記Ｌ型ブロックの間に充填される緩衝材を更に備えるよう構成されていてもよい。
【００１２】
本発明は、このような構成により、互いに隣接するＬ型ブロックが衝突して門型ブロックが破損することを防止することができる。
【００１３】
本発明の一態様に係るトンネル内構造の築造方法は、下方に垂下した脚部と、前記脚部に支持された天板とを備える一対のＬ型ブロックと、
一対の前記脚部の下端部を支持する一対の溝部を有するインバートブロックと、を備えるトンネル内構造の築造方法であって、
前記インバートブロックをトンネル内に設置する第１工程と、
前記インバートブロック上に前記一対のＬ型ブロックを載置する第２工程と、を有し、
前記第２工程において前記Ｌ型ブロックは、前記下端部が前記溝部によってトンネル軸方向を軸として回転自在に支持されるように載置される。
【００１４】
本発明はこのような構成により、Ｌ型ブロックをインバートブロックに設置する際に、脚部の下端部が溝部に位置決めされ施工性が向上する。
【００１５】
本発明は、このような構成により、Ｌ型ブロックをインバートブロックに設置する際に、脚部の下端部が溝部に位置決めされ施工性が向上すると共に下端部と溝部が回転機構を形成し、柔構造とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るトンネル内構造およびトンネル内構造の築造方法によると、柔構造を有すると共に施工を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係るトンネル内構造を示す斜視図である。
【図２】天板と端部構造との接続部分を説明する図である。
【図３】ヒンジ構造の動作を説明する図である。
【図４】ヒンジ構造の動作を説明する図である。
【図５】ヒンジ構造の動作を説明する図である。
【図６】回転バネ構造の動作を説明する図である。
【図７】回転バネ構造の動作を説明する図である。
【図８】回転バネ構造の動作を説明する図である。
【図９】トンネル内構造の築造方法を示すフローチャートである。
【図１０】シールドトンネルを示す断面斜視図である。
【図１１】シールドトンネルにインバートブロックを設置した状態を示す図である。
【図１２】インバートブロックの両端に端部構造を設置する状態を示す図である。
【図１３】インバートブロックと端部構造にＬ型ブロックを設置した状態を示す図である。
【図１４】第２実施形態に係るトンネル内構造を示す図である。
【図１５】第３実施形態に係るトンネル内構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るトンネル内構造１について説明する。
【００１９】
［第１実施形態］
図１に示されるように、トンネル内構造１は、シールドトンネル１０内に構築される構造物である。トンネル内構造１は、シールドトンネル１０の底部に設置されるインバートブロック２０と、インバートブロック２０に載置される一対のＬ型ブロック３０と、一対のＬ型ブロック３０の両側に設置される一対の端部構造４０とによって構成される。
【００２０】
インバートブロック２０は、例えばプレキャストで成型されているコンクリート製のブロックである。プレキャストとは、工場で予め製造されることをいう。プレキャストで形成されたコンクリート部材を組み立てることにより、現場でコンクリートを打設する工法より工期を短縮することができる。インバートブロック２０は、例えば鉄筋コンクリート構造で形成されている。インバートブロック２０は、一体で形成されていてもよいし分割されて形成されていてもよい。
【００２１】
インバートブロック２０の底面２１は、シールドトンネル１０の底部に設置された際に、シールドトンネル１０の内壁１１の形状に合致するように下側に突出する欠円形状に形成されている。インバートブロック２０の上面２２は、シールドトンネル１０の内壁１１の形状に合わせて傾斜面２２ａが形成されている。
【００２２】
インバートブロック２０の上面２２には、シールドトンネル１０のトンネル軸Ｌの方向に沿って一対の溝部２３が形成されている。一対の溝部２３は、上面２２の略中央に形成されている。一対の溝部２３のそれぞれは、例えば断面が欠円状に凹んで形成されている。一対の溝部２３のそれぞれには、後述するようにＬ型ブロック３０の脚部３２の下端部３２ａが当接する。
【００２３】
インバートブロック２０のトンネル軸Ｌに直交する方向の両側には、一対の端部構造４０が載置される。例えば、端部構造４０の上面４１の高さは、後述のＬ型ブロック３０の天板３１の高さと同一に形成される。端部構造４０は、中空のブロックである。端部構造４０には、トンネル軸Ｌ方向に沿って空間４２が形成されている。空間４２は、設置後に例えばモルタルや流動化処理土によって充填される。端部構造４０をシールドトンネル１０の内壁１１に設置した後、空間４２から内壁１１に向かって例えば複数のアンカー（不図示）を打って端部構造４０とシールドトンネル１０とを固定する。
【００２４】
端部構造４０の上面４１の隅角部４３には、Ｌ型ブロック３０の他端３１ｂを載置するための溝部４４が形成されている。溝部４４は、矩形断面で形成されている。端部構造４０が内壁１１に載置された後、Ｌ型ブロック３０がインバートブロック２０および端部構造４０に載置される。
【００２５】
Ｌ型ブロック３０は、例えばプレキャストで成型されたコンクリート製のブロックである。Ｌ型ブロック３０は、例えば鉄筋コンクリート構造で形成されている。一対のＬ型ブロック３０は、トンネル軸Ｌに直交する方向のトンネル断面に沿って互いに対称になるように連続して配置される。Ｌ型ブロック３０は、方形の板状体の天板３１を有する。天板３１のトンネル断面方向の幅は、例えば車道の１車線分を包含するよう設定される。
【００２６】
これにより、車両が走行した際に右輪と左輪との間に段差が無く高低差が少なくなり、車両の走行性を向上させることができる。天板３１のトンネル軸Ｌに沿った両側の一端３１ａには、下方に垂下して方形の板状の脚部３２が設けられている。天板３１の他端３１ｂは、トンネル断面の水平方向に突出している。
【００２７】
天板３１は、脚部３２と端部構造４０に載置された他端３１ｂによって支持される。天板３１と脚部３２とは剛結されている。脚部３２の下端部３２ａは、断面が下方に突出した欠円形状に形成されている。下端部３２ａの断面形状は、溝部２３の断面形状に嵌るように形成されている。Ｌ型ブロック３０をインバートブロック２０の上方から載置する際、Ｌ型ブロック３０の脚部３２の下端部３２ａは、インバートブロック２０の溝部２３に嵌り、Ｌ型ブロック３０が位置決めされる。
【００２８】
溝部２３の断面の欠円状の形状は下端部３２ａの断面の欠円状の形状に合致しているため、下端部３２ａが溝部２３に嵌ると、下端部３２ａは、溝部２３に対して回転可能となる。これにより、下端部３２ａと溝部２３によって回転機構Ｒ１が形成される。回転機構Ｒ１は、下端部３２ａと溝部２３によって構成されるヒンジ構造である。回転機構Ｒ１において、溝部２３は、下端部３２ａを、トンネル軸方向を軸として回転自在に支持する。
【００２９】
図２に示されるように、天板３１の他端３１ｂと端部構造４０の溝部４４とは、単純に載置される場合の他、例えばアンカーＶ等の連結部材によって連結されていてもよい。アンカーＶは、溝部４４に設けられた孔４４ａと他端３１ｂに設けられた孔３１ｃに挿入される。アンカーＶと孔３１ｃ及び孔４４ａとの間の隙間には、例えばモルタルが充填される。他端３１ｂと溝部４４との鉛直方向の間には、例えば緩衝材Ｗ１が挟み込まれている。他端３１ｂと溝部４４との水平方向の間には、例えば支承材Ｗ２が挟み込まれている。連結部材によってＬ型ブロック３０が地震時に脱落することが防止される。
【００３０】
これにより、天板３１の他端３１ｂは、溝部４４によって回転自在に支持される。連結部材と上記回転機構Ｒ１とにより、天板３１は、トンネル断面に沿った水平方向に変位することができる。天板３１が水平方向に変位した場合、脚部３２の下端部３２ａは、溝部２３に拘束され、下端部３２ａはトンネル断面に沿った水平方向の変位が規制される。
【００３１】
この状態で脚部３２は、トンネル軸Ｌ方向を軸とした溝部２３を中心に回転自在に支持される。天板３１が変位した状態では、脚部３２は撓むように弾性変形する。そして、脚部３２の変形が元に戻るのに従って天板３１が元の位置に戻る。回転機構Ｒ１により、Ｌ型ブロック３０は、柔構造となる。回転機構Ｒ１の動作については後に詳述する。
【００３２】
インバートブロック２０及び端部構造４０にＬ型ブロック３０が載置されると、トンネル軸Ｌに沿って連続した開口部Ｐが形成される。開口部Ｐは、路面が形成された後に、例えば災害時の避難通路として用いられる。開口部Ｐは、避難通路の他、例えば換気口、通信や電力ケーブル等を敷設するための共同溝として用いられてもよい。開口部Ｐは、用途に合わせて断面積が決定される。そのため一対のＬ型ブロック３０は必ずしも対称の形状とは限らない。
【００３３】
従って一対のＬ型ブロック３０は、それぞれの開口部Ｐの形状が異なるように非対称に形成されてもよい。一対のＬ型ブロック３０は、互いに所定の間隔で離間して配置されている。これにより、一対のＬ型ブロック３０の間には隙間Ｓが形成される。隙間Ｓの所定の間隔は例えば数センチから十数センチである。
【００３４】
隙間Ｓには、緩衝材Ｑが充填される。緩衝材Ｑは、例えば土や軽量土が充填されることにより形成される。緩衝材Ｑは、土や軽量土以外のものを用いてもよい。緩衝材ＱによってＬ型ブロック３０がトンネル断面方向に変位した場合、一対のＬ型ブロック３０同士が互いに衝突して破損することが防止される。
【００３５】
また、Ｌ型ブロック３０の他端３１ｂを受ける端部構造４０は、Ｌ型ブロック３０が水平方向に変位した際、溝部４４によってＬ型ブロック３０に対して変位と反対方向の反力を与える。このとき、緩衝材Ｗ１及び端部構造４０が弾性変形してＬ型ブロック３０の変位によって生じる運動エネルギーを吸収し、端部構造４０は、Ｌ型ブロック３０の変位に対するダンパーとなる。従って、端部構造４０は、Ｌ型ブロック３０に生じる振動を収束させる。
【００３６】
一対のＬ型ブロック３０を設置した後、Ｌ型ブロック３０の天板３１と端部構造４０との上方には、例えば土層５０が敷かれて路面が形成される。天板３１の上方には、土層の他、例えば床板を載置してその上に路面を形成してもよい。
【００３７】
次に、回転機構Ｒ１の動作について説明する。
【００３８】
図３に示されるように、Ｌ型ブロック３０に矢印Ａの方向の変位が生じた場合、脚部３２は、下端部３２ａが溝部２３に拘束される。これにより、脚部３２には溝部２３を中心にトンネル軸Ｌに沿った方向を軸とした矢印Ｂ方向の回転が生じる。下端部３２ａは、溝部２３の断面を形成する壁を滑りながら回転する。
【００３９】
このように、溝部２３の断面の欠円状の形状は下端部３２ａの断面の欠円状の形状に回転可能に合致しているため、下端部３２ａと溝部２３とからなる回転機構Ｒ２は、回転自在なヒンジ構造とみなしてよい。
【００４０】
図４に示されるように、Ｌ型ブロック３０に互いに離間する矢印Ａ１，Ａ２の方向の変位が生じた場合、一対の脚部３２には溝部２３を中心にトンネル軸Ｌに沿った方向を軸とした互いに離間する矢印Ｂ１，Ｂ２方向の回転が生じる。緩衝材Ｑは、回転しないように図示されているが、一対の脚部３２のいずれかの壁面に付着して、一対の脚部３２のいずれかと共に回転し得る。
【００４１】
図５に示されるように、Ｌ型ブロック３０に互いに接近する矢印Ａ１，Ａ２の方向の変位が生じた場合、一対の脚部３２は、緩衝材Ｑを介して互いに反力を与えるため回転しない。この場合、緩衝材Ｑによって一対のＬ型ブロック３０が互いに衝突して破損することを防止する。
【００４２】
上記例で回転機構Ｒ１をヒンジ構造として説明したが、回転機構Ｒ１には他の構造を用いてもよい。図６〜図８に示されるように、例えば、回転機構Ｒ１に回転バネ構造を用いてもよい。回転バネ構造は、例えば、階段状に下方に突出して形成された脚部３２の下端部３２ａと、階段状に下方に凹んで形成された溝部２３とによって構成される（図８参照）。脚部３２の下端部３２ａと、溝部２３も同様に階段状に形成される。
【００４３】
回転バネ構造は、Ｌ型ブロック３０の設置時にはヒンジ構造と同様にＬ型ブロック３０の位置決め用のガイドとなる。回転バネ構造を有する回転機構Ｒ１は、端部３２ａと溝部２３とが例えばボルトやアンカーなどの連結部材によって連結されていてもよい。この場合、端部３２ａと溝部２３との間には弾性体からなる支承材を挟んでもよい。
【００４４】
回転バネ構造は、脚部３２の回転時に下端部３２ａが溝部２３滑らずに回転する。この時、下端部３２ａは、溝部２３によって回転の動きが規制され、下端部３２ａの接触面には弾性変形が生じる。
【００４５】
また、端部３２ａと溝部２３とが連結部材で連結されている場合に脚部３２が回転した場合は、連結部材の弾性変形も生じ、連結部材や支承材の復元力が生じる。従って回転バネ構造は、ヒンジ構造よりも回転抵抗があるが、復元力も生じる。
【００４６】
次に、トンネル内構造１の築造方法について説明する。
【００４７】
図９は、トンネル内構造１を築造する処理を示すフローチャートである。図１０に示されるように、セグメント１２が組まれてシールドトンネル１０が築造される。図１１に示されるように、シールドトンネル１０内の底部にインバートブロック２０を設置する：第１工程（Ｓ１０）。インバートブロック２０は、例えば地上からシールドマシンの発進立坑に搬入される。その後、インバートブロック２０は、シールドトンネル１０の入り口から内部を通って設置点まで運搬され、例えばクレーンで設置される。
【００４８】
図１２に示されるように、インバートブロック２０の両側に一対の端部構造４０を設置する（Ｓ１１）。端部構造４０は、例えばクレーンで設置される。図１３に示されるように、インバートブロック２０及び端部構造４０の上方から一対のＬ型ブロック３０を設置する：第２工程（Ｓ１２）。この際、Ｌ型ブロック３０の脚部３２の下端部３２ａを溝部２３に嵌め、天板３１の他端３１ｂを溝部４４に載置する。これにより、Ｌ型ブロック３０は、確実に設計位置に位置決めされる。
【００４９】
Ｌ型ブロック３０は、下端部３２ａが溝部２３によってトンネル軸Ｌ方向を軸として回転自在に支持されるようにインバートブロック２０に載置される。Ｌ型ブロック３０の搬入経路はインバートブロック２０と同様である。一対のＬ型ブロック３０の間の隙間Ｓには、緩衝材Ｑが充填される。
【００５０】
その後、一対のＬ型ブロック３０と一対の端部構造４０の上面に路面（不図示）を形成する（Ｓ１３）。上記の工程を繰り返し行って、トンネル内構造１をシールドトンネル１０のトンネル軸Ｌに沿って順次築造することにより、シールドトンネル１０内に路面が形成される。シールドトンネル１０内に連続して築造されたトンネル内構造１は、土層５０の下に構築されるため、トンネル軸Ｌ方向に隣接したトンネル構造１の各ブロック同士は、必ずしも継手、ボルト及びＰＣ鋼材等の連結部材によって連結されていなくてもよいが、連結されていてもよい。
【００５１】
上述したようにトンネル内構造１によると、回転機構Ｒ１を有することにより、外力が加わった際に変形し、外力に対して追従する柔構造とすることができる。トンネル内構造１は、柔構造を有するように各ブロックを薄肉化したり軽量化したりして運搬性を向上し、コストも低減することができる。一対の端部構造４０は、シールドトンネル１０の内壁１１の傾斜部に載置されるため、一対の端部構造４０がインバートブロック２０を両側から押し付け、インバートブロック２０がずれることを防止することができる。
【００５２】
トンネル内構造１によると、天板３１のトンネル断面方向の幅は、車道の１車線分を包含するよう設定され、車両が走行した際に右輪と左輪との間に段差が無く高低差が少なくなり、車両の走行性を向上させることができる。また、トンネル内構造１は、溝部２３を有することにより、Ｌ型ブロック３０の位置決めを容易にし、施工性を向上させることができる。さらに、トンネル内構造１は、Ｌ型ブロック３０が取り外し容易な構造であるため、トンネル完工後に、Ｌ型ブロック３０を１つずつ取り外して補修または交換することができる。
【００５３】
［第２実施形態］
第１実施形態では、トンネル内構造１のＬ型ブロック３０の天板３１の他端３１ｂは、天板３１の切り落とし形状で形成されていた。第２実施形態では、Ｌ型ブロック３０Ａの天板３１の他端３１ｂの変形例を示す。以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、同様の説明については省略する。
【００５４】
図１４に示されるように、Ｌ型ブロック３０Ａの天板３１の他端３１ｂは、下方に突出する隅角部３５を有する。隅角部３５を有することにより、Ｌ型ブロック３０が水平方向に移動した場合、Ｌ型ブロック３０Ａの水平方向の荷重を端部構造４０Ａの溝部４４に、第１実施形態に比して分散することができる。
【００５５】
トンネル内構造２によると、Ｌ型ブロック３０Ａの天板３１の他端３１ｂが隅角部３５を有することにより、Ｌ型ブロック３０の水平方向の荷重を分散させ、より安定な状態にすることができる。
【００５６】
［第３実施形態］
第１実施形態では、トンネル内構造１の端部構造４０は、中空のブロックで形成した。第３実施形態では、端部構造４０Ｂは、より簡略化されたブロックで形成される例を示す。
【００５７】
図１５に示されるように、トンネル内構造３は、柱状のブロックで形成された一対の端部構造４０Ｂを有する。端部構造４０Ｂは、第１実施形態の端部構造４０の一部を切断し、単純化した柱状のブロックである。一対の端部構造４０Ｂが設置され、一対のＬ型ブロック３０が載置された後、一対の端部構造４０Ｂの両側には、例えば流動化処理土が充填される。
【００５８】
トンネル内構造３によると、単純化された端部構造４０Ｂを用いることにより、搬入及び設置が容易となる。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。例えば、上記実施形態は左右対称に例示したが、トンネル内構造１〜３の片側をそれぞれ組み合わせて非対称の構造を築造してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１…トンネル内構造、２…トンネル内構造、３…トンネル内構造、１０…シールドトンネル、１１…内壁、１２…セグメント、２０…インバートブロック、２１…底面、２２…上面、２２ａ…傾斜面、２３…溝部、２４…溝部、３０…Ｌ型ブロック、３０Ａ…Ｌ型ブロック、３１…天板、３１ａ…一端、３１ｂ…他端、３２…脚部、３２ａ…下端部、３５…隅角部、４０…端部構造、４０Ａ…端部構造、４０Ｂ…端部構造、４１…上面、４２…開口部、４３…隅角部、４４…溝部、５０…土層、Ｐ…開口部、Ｑ…緩衝材、Ｒ１…回転機構、Ｓ…隙間
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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