(57)【要約】【課題】大径シールド機及び小径シールド機のシールドフレームの一部共用化し、コストダウン及び環境保護を推進できるシールド掘進機及びトンネル構築方法を提供する。【解決手段】大径シールド機２の内部に小径シールド機３の前部３ａを着脱自在に収容し、上記大径シールド機２のシールドフレームの一部２ｂを複数のシールドフレーム片１８ｘ、１８ｙ、１８ｚを周方向に繋げて構成し、該シールドフレーム片１８ｘは、大径シールド機２のシールドフレームを分解した後、上記小径シールド機３の前部３ａに繋げてリング状に組み立てられ、小径のシールドフレームとなるものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大径シールド機の内部に小径シールド機の前部を着脱自在に収容し、上記大径シールド機のシールドフレームの一部を複数のシールドフレーム片を周方向に繋げて構成し、該シールドフレーム片は、大径シールド機のシールドフレームを分解した後、上記小径シールド機の前部に繋げてリング状に組み立てられ、小径のシールドフレームとなるものであることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記シールドフレーム片は、大径シールド機及び小径シールド機に共に用いられる共用シールドフレーム片と、大径シールド機にのみ用いられる専用シールドフレーム片とからなる請求項１記載のシールド掘進機。
【請求項３】
上記共用シールドフレーム片の曲率・形状は、小径シールド機のシールドフレーム又は大径シールド機のシールドフレームのいずれか一方の曲率・形状に合わせて設定された請求項２記載のシールド掘進機。
【請求項４】
上記共用シールドフレーム片の曲率・形状は、小径シールド機のシールドフレームと大径シールド機のシールドフレームとの中間的な曲率・形状に合わせて設定された請求項２記載のシールド掘進機。
【請求項５】
上記大径シールド機内の底部に、小径シールド機のシールドフレームの一部となる基礎シールドフレーム片を着脱自在に装着し、該基礎シールドフレーム片の周方向の両端部に、上記共用シールドフレーム片が繋げられる接続部を設けた請求項２〜４記載のシールド掘進機。
【請求項６】
小径シールド機のシールドフレームの一部を複数のシールドフレーム片を周方向に繋げて構成し、該シールドフレーム片は、小径シールド機による小径トンネル構築後、別途用意された大径シールド機の前部に繋げて装着され、大径のシールドフレームの一部となるものであることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項７】
大径シールド機により大径トンネルを構築した後、大径シールド機のシールドフレームを周方向に所定間隔で切断して複数のシールドフレーム片に分解し、それらシールドフレーム片を大径シールド機内に収容された小径シールド機の前部に取り付けて小径シールド機を組み立て、その小径シールド機によって小径のトンネルを構築することを特徴とするトンネル構築方法。
【請求項８】
上記大径シールド機のシールドフレームを、大径シールド機及び小径シールド機に共に用いる共用シールドフレーム片と、大径シールド機にのみ用いる専用シールドフレーム片とに分割する請求項７記載のトンネル構築方法。
【請求項９】
上記共用シールドフレーム片の曲率・形状を、大径シールド機の掘進距離が小径シールド機の掘進距離より長ければ大径シールド機のシールドフレームの曲率・形状に合わせて設定し、小径シールド機の掘進距離が大径シールド機の掘進距離より長ければ小径シールド機のシールドフレームの曲率・形状に合わせて設定する請求項８記載のトンネル構築方法。
【請求項１０】
上記共用シールドフレーム片の曲率・形状を、大径シールド機の掘進距離と小径シールド機の掘進距離とが略同距離のとき、小径シールド機のシールドフレームと大径シールド機のシールドフレームとの中間的な曲率・形状に合わせて設定する請求項８記載のトンネル構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大径トンネル及び小径トンネルを構築するシールド掘進機及びトンネル構築方法に係り、特に、大径シールド機及び小径シールド機のシールドフレームの一部共用化を図ったシールド掘進機及びトンネル構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大径トンネルに小径トンネルを繋げて構築する方法として、以下の方法が知られている（特許文献１等）。
【０００３】
▲１▼予め、大径シールド機の内部に小径シールド機を着脱自在に収容しておく。
▲２▼その大径シールド機を掘進させて大径トンネルを構築する。▲３▼大径シールド機を中間立坑に導いてその内部から小径シールド機を取り出す。▲４▼小径シールド機を掘進させて小径トンネルを構築する。
【０００４】
以上により、大径トンネルに繋げて小径トンネルを構築できる。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１５１３５７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この場合、大径シールド機用のシールドフレームと、小径シールド機用のシールドフレームとを、それぞれ用意する必要があり、シールドフレームに関して略２台分のコストが必要となる。
【０００７】
また、近年、環境保護の観点から、大径シールド機によって大径トンネルを構築した後、大径シールド機の部品を全て廃棄するのではなく、その一部を小径シールド機に再利用する部品の共用化が望まれている。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、大径シールド機及び小径シールド機のシールドフレームの一部共用化を図ったシールド掘進機及びトンネル構築方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１の発明に係るシールド掘進機は、大径シールド機の内部に小径シールド機の前部を着脱自在に収容し、上記大径シールド機のシールドフレームの一部を複数のシールドフレーム片を周方向に繋げて構成し、該シールドフレーム片は、大径シールド機のシールドフレームを分解した後、上記小径シールド機の前部に繋げてリング状に組み立てられ、小径のシールドフレームとなるものである。
【００１０】
上記シールドフレーム片は、大径シールド機及び小径シールド機に共に用いられる共用シールドフレーム片と、大径シールド機にのみ用いられる専用シールドフレーム片とからなってもよい。
【００１１】
上記共用シールドフレーム片の曲率・形状は、小径シールド機のシールドフレーム又は大径シールド機のシールドフレームのいずれか一方の曲率・形状に合わせて設定されてもよい。
【００１２】
上記共用シールドフレーム片の曲率・形状は、小径シールド機のシールドフレームと大径シールド機のシールドフレームとの中間的な曲率・形状に合わせて設定されてもよい。
【００１３】
上記大径シールド機内の底部に、小径シールド機のシールドフレームの一部となる基礎シールドフレーム片を着脱自在に装着し、該基礎シールドフレーム片の周方向の両端部に、上記共用シールドフレーム片が繋げられる接続部を設けてもよい。
【００１４】
また、第２の発明に係るシールド掘進機は、小径シールド機のシールドフレームの一部を複数のシールドフレーム片を周方向に繋げて構成し、該シールドフレーム片は、小径シールド機による小径トンネル構築後、別途用意された大径シールド機の前部に繋げて装着され、大径のシールドフレームの一部となるものである。
【００１５】
また、第３の発明に係るトンネル構築方法は、大径シールド機により大径トンネルを構築した後、大径シールド機のシールドフレームを周方向に所定間隔で切断して複数のシールドフレーム片に分解し、それらシールドフレーム片を大径シールド機内に収容された小径シールド機の前部に取り付けて小径シールド機を組み立て、その小径シールド機によって小径のトンネルを構築するものである。
【００１６】
上記大径シールド機のシールドフレームを、大径シールド機及び小径シールド機に共に用いる共用シールドフレーム片と、大径シールド機にのみ用いる専用シールドフレーム片とに分割してもよい。
【００１７】
上記共用シールドフレーム片の曲率・形状を、大径シールド機の掘進距離が小径シールド機の掘進距離より長ければ大径シールド機のシールドフレームの曲率・形状に合わせて設定し、小径シールド機の掘進距離が大径シールド機の掘進距離より長ければ小径シールド機のシールドフレームの曲率・形状に合わせて設定してもよい。
【００１８】
上記共用シールドフレーム片の曲率・形状を、大径シールド機の掘進距離と小径シールド機の掘進距離とが略同距離のとき、小径シールド機のシールドフレームと大径シールド機のシールドフレームとの中間的な曲率・形状に合わせて設定してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００２０】
図１は本実施形態に係るシールド掘進機１の斜視図を示し、図２は上記シールド掘進機の側断面図を示し、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図を示し、図４は図３の部分（ＩＶ部分）拡大図を示す。
【００２１】
図１及び図２に示すように、このシールド掘進機１は、大径シールド機２の内部に小径シールド機３の前部３ａを着脱自在に収容して構成されている。詳しくは、大径シールド機２は、軸方向に３分割された前部２ａと中部２ｂと後部２ｃとから構成され、その前部２ａの内方に小径シールド機３の前部３ａが着脱自在に収容されている。
【００２２】
大径シールド機２の前部（フード部）２ａは、大径筒４（大径シールドフレームの前部）と、大径筒４の前端に着脱自在に設けられた大径フード５とを有する。大径筒４の前部内面には、リング板状の隔壁６が設けられている。隔壁６の内側端には、ガイド筒７が設けられている。ガイド筒７は、後述する小径シールド機３の発進ガイドとなるものであり、大径筒４と同芯に配置されている。ガイド筒７の内面には、小径シールド機３の前部３ａが軸方向に移動・固定自在に装着されている。
【００２３】
小径シールド機３の前部３ａは、小径筒８（小径シールドフレームの前部）を有する。小径筒８の曲率は、ガイド筒７の内側の曲率に合わせて設定されている。小径筒８の前部内面には、円板状の隔壁９が設けられている。隔壁９には、カッタ１０が回転可能に支持されている。カッタ１０は、小径シールド機３に合わせて径方向のサイズが設定された小径用カッタ１１と、その先端に着脱自在に設けられた大径シールド機用のカッタ１２とからなる。
【００２４】
カッタ１０は、隔壁９に中間ブロック１３を介して設けられたモータ１４によって駆動される。中間ブロック１３には、送泥管１５と排泥管１６とが取り付けられている。送泥管１５は、隔壁６、９の前方のカッタ室１７内に泥水を供給して掘削土砂と混合し、排泥管１６は、混合された掘削土砂をカッタ室１７内から排出する。これにより、切羽の土圧・水圧のバランスを保ちつつ掘削土砂をカッタ室１７から排土できる。
【００２５】
また、大径シールド機２の中部（ボディ部）２ｂは、図３にも示すように、複数のシールドフレーム片１８を周方向に繋げて構成されている。これらシールドフレーム片１８は、大径シールド機２及び小径シールド機３に共に用いられる共用シールドフレーム片１８ｘと、大径シールド機２にのみ用いられる専用シールドフレーム片１８ｙ、１８ｚとからなる。共用シールドフレーム片１８ｘの曲率・形状は、小径シールド機３のシールドフレームの曲率・形状に合わせて設定されている。本実施形態では、小径シールド機３の掘進距離の方が大径シールド機２の掘進距離よりも長いからである。
【００２６】
詳しくは、図３及び図４に示すように、共用シールドフレーム片１８ｘは、小径シールド機３の小径筒８（小径シールドフレーム）の曲率と同じ曲率に成形された外面板１９と、それよりアールの小さい曲率に成形された内面板２０と、それらの端部を接続する端面板２１と、各板で囲まれた内方に設けられたリブ板２２とを有する。リブ板２２には、装着穴２３が形成されている。装着穴２３には、推進ジャッキ２４が装着されている。
【００２７】
他方、専用シールドフレーム片１８ｙ、１８ｚは、各共用シールドフレーム片１８ｘの間に配置された第１専用シールドフレーム片１８ｙと、底部に配置された第２専用シールドフレーム片１８ｚとからなる。第１専用シールドフレーム片１８ｙは、外面板２５と内面板２６と端面板２７とリブ板２８とから断面略長方形状（角度の狭い円弧を切った形状）に構成されている。外面板２５は、大径シールドフレーム（大径筒４）に合わせた曲率に成形されている。リブ板２８に形成された装着穴２９には、推進ジャッキ２４が装着されている。かかる第１専用シールドフレーム片１８ｙは、共用シールドフレーム片１８ｘを大径シールド機２に用いる際の間詰め部材（スペーサ）として機能する。
【００２８】
第２専用シールドフレーム片１８ｚは、大径シールド機２の大径筒４（大径シールドフレーム）の曲率と同じ曲率に成形された外面板３０と、それよりアールの小さい曲率（小径シールド機の曲率）に成形された内面板３１と、それらの端部を接続する端面板３２と、各板で囲まれた内方に設けられたリブ板３３とを有する。リブ板３３には、装着穴３４が形成されている。装着穴３４には、推進ジャッキ２４が装着されている。かかる第２専用シールドフレーム片１８ｚは、後述するように、小径シールド機３が大径シールド機２から発進する際の発進架台として機能する。
【００２９】
上記共用シールドフレーム片１８ｘと第１専用シールドフレーム片１８ｙとの間には、図４に示すように、曲率の違いに基づいて、段差部３５が生じることになる。よって、この段差部３５には、外面を面一とするための樹脂等が充填されることが好ましい。これら、共用シールドフレーム片１８ｘと第１及び第２専用シールドフレーム片１８ｙ、１８ｚとは、溶接によって固定されてリング状に組み立てられ、その溶接部を切断することで分解される。
【００３０】
また、図２に示すように、大径シールド機２の中部２ｂの外面板１９の後部内面には、エレクタ３６（セグメント組立装置）を支持するためのエレクタ支持台３７が設けられている。支持台３７には、スペーサ台３８が着脱自在に取り付けられている。スペーサ台３８には、ローラ３９の支持金具４０が着脱自在に取り付けられている。
【００３１】
ローラ３９には、エレクタ３６の旋回リング４１が回転自在に載置される。エレクタ３６は、把持部４２に把持したセグメントを、旋回リング４１を回動することでトンネル周方向に移動させ、把持部４２を径方向及び軸方向に移動することで所望の組付位置に移動させ、既設セグメントに組み付けるものである。
【００３２】
また、図３に示すように、大径シールド機２の中部２ｂの底部（第２専用シールドフレーム片１８ｚの上）には、小径シールド機３用の基礎シールドフレーム片４３が、着脱自在に装着されている。基礎シールドフレーム片４３は、後工程で、小径シールド機３のシールドフレームの一部となるものであり、共用シールドフレーム片１８ｘと同様の構成となっている。
【００３３】
すなわち、基礎シールドフレーム片４３は、小径シールド機３の小径筒４（シールドフレーム）の曲率と同じ曲率に成形された外面板４４と、それよりアールの小さい曲率に成形された内面板４５と、それらの端部を接続する端面板４６と、各板で囲まれた内方に設けられたリブ板４７とを有する。
【００３４】
リブ板４７には、推進ジャッキ２４用の装着穴４８が形成されている。この装着穴４８には、後工程で大径シールド機２側から取り外した推進ジャッキ２４が装着される。また、基礎シールドフレーム片４３の端面板４６は、上記共用シールドフレーム片１８ｘがリング状に繋げられる接続部となっている。
【００３５】
また、大径シールド機２の後部（テール部）２ｃは、図２に示すように、上記大径筒４と略同径に成形された大径テールプレート４９を有する。このテールプレート４９の内方において、上記エレクタ３６によってセグメントがリング状に組み立てられる。大径テールプレート４９の後部内面には、既設セグメント５０との間を止水するテールシール５１が設けられている。
【００３６】
以上の構成からなるシールド掘進機１を用いたトンネル構築方法を説明する。
【００３７】
先ず、図１〜図３に示す大径シールド機２を発進立坑から掘進させ、大径トンネルを構築する。本実施形態では、この大径トンネルが、地下鉄の駅舎部として用いられる。そして、図７に示すように、大径シールド機２を中間立坑５２に侵入させた状態で停止させる。このとき、大径シールド機２は、中間立坑５２内に設けられた支持台５３上に支持される。
【００３８】
そして、図８に示すように、小径シールド機用のカッタ１１の外周に取り付けていた大径シールド機用のカッタ１２を撤去する。そして、大径シールド機２の前部２ａを撤去する。詳しくは、大径シールド機２の前部２ａを周方向に上部と左部と右部と下部とに切断分割し、下部２ａｘを残して上部と左部と右部とを撤去する。下部２ａｘは、後述する小径シールド機３の発進架台の一部として利用される。そして、大径シールド機２の後部２ｃのテールプレート４９を周方向に沿ってリング状に切断する。
【００３９】
そして、図３に示す大径シールド機２の中部２ｂを複数のシールドフレーム片１８ｘ、１８ｙ、１８ｚに分解し、共用シールドフレーム片１８ｘを図９に示すように小径シールド機３に移設する。すなわち、図３に示す大径シールド機２の中部２ｂを複数のシールドフレーム片１８ｘ、１８ｙ、１８ｚに分解し、共用シールドフレーム片１８ｘの端面板２１を小径シールド機３の基礎シールドフレーム片４３の端面板４６にリング状に繋げると共に、共用シールドフレーム片１８ｘの外面板１９を小径シールド機３の前部３ａの小径筒８に繋げ、図６に示すような小径シールド機３の中部３ｂを組み立てる。
【００４０】
このとき、基礎シールドフレーム片４３は、大径シールド機２の底部に配置されているので、その左右に共用シールドフレーム片１８ｘを繋げて組み上げる際の手掛かりとなる。また、基礎シールドフレーム片４３の下方の第２専用シールドフレーム片１８ｚは、小径シールド機３の中部３ｂを組み立てるときの組立台となると共に、小径シールド機３の発進架台の一部となる。また、第２専用シールドフレーム片１８ｚに装着されている推進ジャッキ２４は、そこから取り外され、基礎シールドフレーム片４３の装着穴４８に移設される。
【００４１】
このように、共用シールドフレーム片１８ｘを小径シールド機３に移設するに先立って、図８の状態にてエレクタ３６が一旦取り外され、エレクタ支持台３７からスペーサ台３８が撤去される。そして、図９に示すように、ローラ３９の支持金具４０が直接エレクタ支持台３７に装着され、そのローラ３９にエレクタ３６の旋回リング４１が装着し直される。この再装着の前後で、旋回リング４１の半径及び旋回中心がずれないように、スペーサ台３８の寸法が設定されている。そして、第２専用シールドフレーム片１８ｚの後方に、別の発進架台５４が装着される。
【００４２】
そして、図１０に示すように、この発進架台５４の上で小径シールド機３の後部３ｃ（テールプレート５５）をリング状に組み立て、小径シールド機３の中部３ｂ（図６に示すように円形に組み立てられた中部３ｂの外面板１９）に接続する。また、小径シールド機３の前部３ａの小径筒８の前端に、小径フード５６を装着する。これにより、小径シールド機３が完成する。なお、図示しないセグメント真円保持装置も大径シールド機２から小径シールド機３へ移設される。
【００４３】
かかる小径シールド機３は、図５及び図６に示すように、シールドフレームの形状が円形となっており、大径トンネルに続いて小径トンネルを構築する。小径トンネルは、地下鉄の線路部となる。線路部（小径トンネル）は、駅舎部（大径トンネル）よりも長い。このため、掘進距離の長い小径シールド機３のシールドフレームを図６に示すように円形として耐久性、耐土圧性を高め、掘進距離の短い大径シールド機２のシールドフレームを図３に示す形状としているのである。
【００４４】
よって、大径シールド機２の掘進距離が小径シールド機３の掘進距離より長ければ、図１１〜図１３に示すように、共用シールドフレーム片１８ｘの曲率・形状を、大径シールド機２のシールドフレームの曲率・形状に合わせて真円に設定することになる。また、大径シールド機２の掘進距離と小径シールド機３の掘進距離とが略同距離のときには、共用シールドフレーム片１８ｘの曲率・形状を、小径シールド機３のシールドフレームと大径シールド機２のシールドフレームとの中間的な曲率・形状に合わせて設定してもよい。
【００４５】
また、小径シールド機３を中間立坑５２とは別の場所で同様にして組み立て、別のトンネル施工現場にて用いてもよい。
【００４６】
本実施形態によれば、大径シールド機２のシールドフレームの一部（中部２ｂ）を小径シールド機３に転用しているので、コストダウンを図ることができると共に、廃棄物量が減るため環境保護にも貢献できる。また、カッタ１０の一部（小径シールド機用のカッタ１１）、その駆動モータ１４、推進ジャッキ２４、エレクタ３６、送排泥管１５、１６等も共用できるため、同様に、その分コストダウンと環境保護とに繋がる。
【００４７】
すなわち、図１に示すように、本実施形態に係るシールド掘進機１は、大径シールド機２の前部２ａに小径シールド機３の前部３ａが内蔵されていてそれをそっくり使用し、大径シールド機２の中部２ｂを複数のシールドフレーム片１８ｘ、１８ｙ、１８ｚに分解してその共用シールドフレーム片１８ｘを小径シールド機３の中部３ｂに転用し、大径シールド機２の後部２ｃのテールプレート４９を撤去して新規のテールプレート５５を小径シールド機３の後部３ｃとして用いるものであるため、大径シールド機２から小径シールド機３に変更する際に実質的に必要となる部品は小径シールド機３の後部３ｃ（テールプレート５５）のみであり、大幅なコストダウンと環境保護とを推進できる。
【００４８】
また、図９に示すように、大径シールド機２の中部２ｂの第２専用シールドフレーム片１８ｚは、小径シールド機３の組立架台と発進架台とを兼用するため、組立作業と発進作業とが速やかに行える。また、図３に示すように、大径シールド機２の第２専用シールドフレーム片１８ｚと小径シールド機３の基礎シールドフレーム片４３とが同芯的に配置されているので、組み立てられた小径シールド機３をそのまま水平に発進させるのみで、小径シールド機３による小径トンネルを大径シールド機２による大径トンネルに対して容易に同芯的に構築できる。
【００４９】
なお、小径シールド機３のシールドフレームの一部３ｂを複数のシールドフレーム片１８を周方向に繋げて構成し、そのシールドフレーム片１８は、小径シールド機３による小径トンネル構築後、別途用意された大径シールド機２の前部２ａに繋げて装着され、大径のシールドフレームとなるものであってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、大径シールド機及び小径シールド機のシールドフレームの一部を共用化しているので、コストダウン及び環境保護を推進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の斜視図である。
【図２】上記シールド掘進機（大径シールド機）の側断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図３のＩＶ部の拡大図である。
【図５】小径シールド機の側断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】上記シールド掘進機の作動を示す説明図である。
【図８】上記シールド掘進機の作動を示す説明図である。
【図９】上記シールド掘進機の作動を示す説明図である。
【図１０】上記シールド掘進機の作動を示す説明図である。
【図１１】変形例を示すシールド掘進機（大径シールド機）の輪切り断面図である。
【図１２】変形例を示すシールド掘進機（小径シールド機）の輪切り断面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ部の拡大図である。
【符号の説明】
１    シールド掘進機
２    大径シールド機
２ａ  前部
２ｂ  中部
２ｃ  後部
３    小径シールド機
３ａ  前部
３ｂ  中部
３ｃ  後部
１８    シールドフレーム片
１８ｘ  共用シールドフレーム片
１８ｙ  第１専用シールドフレーム片
１８ｚ  第２専用シールドフレーム片
４３    基礎シールドフレーム片
４６    両端部としての端面板
【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】
2004346522.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
2004346522.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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