(57)【要約】【課題】大きな駆動力を必要とせず、しかもコンパクトで作業効率の低下をきたすおそれのない土木用管装置とする。【解決手段】周壁に連通口１１が形成された管体１２と連通口１１の開閉手段１３とを備え、連通口１１の開口時には、管体内空部１２Ａと外部１４とが連通するようにする。開閉手段１３としては、管体内空部１２Ａに設けた連通口１１を閉塞可能なピストン部材１５と、流体Ｓ１，Ｓ２を充填可能な少なくとも２つの流路１６，１７とを備える。一方の流路１６内の流体Ｓ１圧によって、ピストン部材１５が、基端側に移動し、他方の流路１７内の流体Ｓ２圧によって、ピストン部材１５が、先端側に移動するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周壁に連通口が形成された管体と前記連通口の開閉手段とを有し、前記連通口の開口時には、前記管体の内空部と外部とが連通する土木用管装置であって、
前記開閉手段として、前記管体内空部に設けられた前記連通口を閉塞可能なピストン部材と、流体を充填可能な少なくとも２つの流路とが備えられ、
一方の流路内の流体圧によって、前記ピストン部材が、管軸方向の一方に移動可能とされ、他方の流路内の流体圧によって、前記ピストン部材が、管軸方向の他方に移動可能とされている、ことを特徴とする土木用管装置。
【請求項２】
ピストン部材が管体内壁に当接する周壁とこの周壁の両端部を塞ぐ側壁とからなる中空構造とされ、このピストン部材中空部に前記側壁の一方を貫通する棒状部材が挿入され、この棒状部材の挿入部に前記ピストン部材の内壁と液密状態でかつ管軸方向に移動可能に密接する軸太部が設けられ、この軸太部によって前記中空部が２つの中空部に分割され、前記棒状部材の非挿入部は前記管体内壁と移動不能に当接する当接部を有し、
一方の流路が少なくとも前記ピストン部材の移動範囲においては前記管体周壁内を通り、前記当接部を介して前記棒状部材内を通った後、前記分割中空部の一方と連通し、他方の流路が少なくとも前記ピストン部材の移動範囲においては前記管体周壁内を通り、前記当接部を介して前記棒状部材内を通った後、前記分割中空部の他方と連通し、
前記一方の流路に第１の流体を充填すると、前記分割中空部の一方も前記第１の流体で充填され、前記他方の流路に第２の流体を充填すると、前記分割中空部の他方も前記第２の流体で充填される、請求項１記載の土木用管装置。
【請求項３】
注入管内空部を通して地盤内に地盤改良材を注入し、他方、排泥管内空部を通して前記地盤内から泥土を排泥して地盤を改良する方法であって、
周壁に連通口が形成された管体とこの管体内空部に設けられた前記連通口を閉塞可能なピストン部材と流体を充填可能な少なくとも２つの流路とを有し、一方の流路内の流体圧によって前記ピストン部材が管軸方向の一方に移動可能とされ、他方の流路内の流体圧によって前記ピストン部材が管軸方向の他方に移動可能とされた土木用管装置の、前記管体を、
前記注入管及び前記排泥管の少なくとも一方と連結して、前記地盤改良注入材又は前記泥土が、前記注入管内空部又は前記排泥管内空部、管体内空部及び連通口を通して前記地盤内と流通するようにし、
注入処理又は排泥処理に応じて、前記２つの流路内の流体を制御し前記ピストン部材を移動して前記連通口を開閉する、ことを特徴とする地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木用管装置及びこれを利用した地盤改良工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤改良工法としては、従来から、セメントミルク等のグラウトを高圧噴射して地盤を切削し、切削土砂とグラウトとを攪拌混合する方法、グラウトとともに圧縮空気を噴射して地盤を切削し、切削土砂とグラウトとを攪拌混合する方法、高圧水を噴射して地盤を切削し、切削土砂とグラウトとを攪拌混合する方法、などがある。
【０００３】
そして、特に大深度における地盤改良に好ましい工法として、特許文献１に示す工法がある。この工法は、注入管を地盤内にほぼ水平方向に挿入し、挿入した注入管から、例えば、グラウト等の地盤改良材などを高圧噴射して地盤を切削し、切削土砂と地盤改良材とを攪拌混合して固結体を造成し、他方、この固結体の上端部に沿って、排泥管を挿入し、この排泥管を通して地盤内の泥土を排泥するものである。
【０００４】
ところで、この工法において用いる注入管及び排泥管は、周壁に管内空部と外部とを連通する連通口（開口窓などとも呼ばれる。）が形成されている。前記特許文献１において、かかる連通口は、開閉自在となっている。具体的には、管体（外管）内に内管を同心的に設け、この内管を軸心方向に移動することにより、管（内管）内空部と外部とが連通するように（開口状態）、及び開口が閉塞するように（閉口状態）している。そして、例えば、地盤改良材を噴出するときや、排泥処理を行うとき（管内空部に泥土を取り込むとき）には、開口状態に、他方、かかる処理を行わないときには、閉口状態にする。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２５４３５０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように連通口が開閉自在であるとすると、例えば、地盤改良材を噴出しないときに、地盤改良材の噴出ノズルが泥土によって詰まることを防止することができ、あるいは意図しない排泥を防止することができるなどの利点がある。
【０００７】
しかしながら、連通口を開閉自在とするについて、内管を軸心方向に移動する方法は、大きな駆動力を必要とする。特に、注入管や排泥管などは、一般に、単位管を長手方向に順次連結し、その先端部に連通口を位置させることになるため、より大きな駆動力を必要とし、しかも単位管連結部の強化を図らなければならなくなる。そこで、連通口近傍の管体に機械的な開閉装置を備え、この開閉装置に電力を供給して連通口を開閉自在とすることも考えられる。しかしながら、この方法によると、駆動力の減少を図ることは可能だとしても、連通口近傍が複雑かつ大きなものとなる。特に、連通口近傍が大きなものとなるとの問題は、注入管や排泥管においては、一般に、その先端部に連通口が位置することになるため、管挿入や引き抜きなどの作業効率に影響を与えるおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明の主たる課題は、大きな駆動力を必要とせず、しかもコンパクトで作業効率の低下をきたすおそれのない土木用管装置及び地盤改良工法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、次のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
周壁に連通口が形成された管体と前記連通口の開閉手段とを有し、前記連通口の開口時には、前記管体の内空部と外部とが連通する土木用管装置であって、
前記開閉手段として、前記管体内空部に設けられた前記連通口を閉塞可能なピストン部材と、流体を充填可能な少なくとも２つの流路とが備えられ、
一方の流路内の流体圧によって、前記ピストン部材が、管軸方向の一方に移動可能とされ、他方の流路内の流体圧によって、前記ピストン部材が、管軸方向の他方に移動可能とされている、ことを特徴とする土木用管装置。
【００１０】
＜請求項２記載の発明＞
ピストン部材が管体内壁に当接する周壁とこの周壁の両端部を塞ぐ側壁とからなる中空構造とされ、このピストン部材中空部に前記側壁の一方を貫通する棒状部材が挿入され、この棒状部材の挿入部に前記ピストン部材の内壁と液密状態でかつ管軸方向に移動可能に密接する軸太部が設けられ、この軸太部によって前記中空部が２つの中空部に分割され、前記棒状部材の非挿入部は前記管体内壁と移動不能に当接する当接部を有し、
一方の流路が少なくとも前記ピストン部材の移動範囲においては前記管体周壁内を通り、前記当接部を介して前記棒状部材内を通った後、前記分割中空部の一方と連通し、他方の流路が少なくとも前記ピストン部材の移動範囲においては前記管体周壁内を通り、前記当接部を介して前記棒状部材内を通った後、前記分割中空部の他方と連通し、
前記一方の流路に第１の流体を充填すると、前記分割中空部の一方も前記第１の流体で充填され、前記他方の流路に第２の流体を充填すると、前記分割中空部の他方も前記第２の流体で充填される、請求項１記載の土木用管装置。
【００１１】
＜請求項３記載の発明＞
注入管内空部を通して地盤内に地盤改良材を注入し、他方、排泥管内空部を通して前記地盤内から泥土を排泥して地盤を改良する方法であって、
周壁に連通口が形成された管体とこの管体内空部に設けられた前記連通口を閉塞可能なピストン部材と流体を充填可能な少なくとも２つの流路とを有し、一方の流路内の流体圧によって前記ピストン部材が管軸方向の一方に移動可能とされ、他方の流路内の流体圧によって前記ピストン部材が管軸方向の他方に移動可能とされた土木用管装置の、前記管体を、
前記注入管及び前記排泥管の少なくとも一方と連結して、前記地盤改良注入材又は前記泥土が、前記注入管内空部又は前記排泥管内空部、管体内空部及び連通口を通して前記地盤内と流通するようにし、
注入処理又は排泥処理に応じて、前記２つの流路内の流体を制御し前記ピストン部材を移動して前記連通口を開閉する、ことを特徴とする地盤改良工法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
〔地盤改良工法〕
本実施の形態においては、図１に示すように、立坑壁６で遮られた立坑５内から地盤Ｇを改良する。この改良にあたっては、先端部に図示しない削孔ロッドなどを備えた注入管６０を、その基端部は立坑５内に位置するように、地盤Ｇに対して、ほぼ水平に挿入する。この挿入に際しては、注入管６０を、例えば、図示しないボーリング装置などにより、軸心回りに回転することができる。そして、注入管６０の先端部６０Ａの周壁には、連通口たる噴射窓３２が設けられており、この噴射窓３２から、図示しない噴射ノズルなどによって、主材Ｍ及び補助材Ａを含む地盤改良材を高圧噴射して、地盤Ｇを切削し、切削土砂と地盤改良材とを攪拌混合する。この攪拌混合によって、注入管６０を軸とする円柱状の固結体１００が形成される。地盤改良材の高圧噴射は、注入管６０の挿入若しくは引き抜きに際して行っても、又は挿入及び引き抜きに際して行ってもよい。なお、地盤改良材の高圧噴射に際しては、注入管６０を、軸心回りに回転する。
【００１３】
地盤改良材の主材Ｍとしては、セメントミルク系、セメントモルタル系、セメント粘土系、石灰系のものや、これらにフライアッシュや、スラグ、ベントナイトなどの微粒子を添加したものなどを用いることができる。また、地盤改良材の補助材Ａとしては、例えば、水ガラス、塩化カルシウム、水酸化アルミニウム、カルシウムサルフォアルミネート（ＣＳＡ）などの急結剤や、分離防止剤、分散剤、発泡剤、起泡剤などを用いることができる。さらに、本発明の土木用管装置は、公知の注入工法（当然、注入材を高圧噴射しない場合を含む。）においても用いることができ、例えば、主材（Ｍ）としては、水ガラスや、セメント、石灰、石膏、消石灰等のスラリーなどを用いることができ、また、補助材（Ａ）としては、酸、塩化物、硫酸塩、炭酸塩、リン酸塩、有機酸、エステル類等の水ガラスの硬化剤や、急結剤、分散剤などを用いることができる。
【００１４】
以上の作業に際しては、排泥管３０を、その基端部は立坑５内に位置するように、地盤Ｇに対して、ほぼ水平に挿入する。この挿入は、固結体１００が形成される部位の上端部に沿うように行うとよい。そして、排泥管３０の先端部３０Ａ周壁には、連通口たる取り込み窓３１を設けてあり、地盤Ｇ内の泥土は、この取り込み窓３１を介して、排泥管３０内に取り込み、排泥管３０を通して、立坑５内に設置した貯留槽４内に貯留する。
【００１５】
本実施の形態においては、以上の排泥処理において、泥土の排泥量を制御することにより（この制御は、制御弁３で行う。）、地盤Ｇの内圧が所定値（あらかじめ設計した値）となるようにする。この地盤Ｇの内圧は、本実施の形態では、次の方法により測定する。
すなわち、排泥管３０内に内管を配設しておき、この内管内を、先端部において地盤Ｇの内圧を受けるように水や油などの圧力伝達流体Ｓ３で満たしておく。そして、基端部において、圧力測定装置２によって、かかる圧力伝達流体Ｓ３の圧力を測定する。なお、圧力伝達流体Ｓ３は、地盤Ｇの内圧を、ゴム板などの可撓性部材を介して受けるようにしておくとよい。
【００１６】
〔土木用管装置〕
本実施の形態において、以上の地盤改良は、注入管６０の先端部６０Ａ及び排泥管３０の先端部３０Ａの少なくとも一方として、次に説明する本実施の形態の土木用管装置１０を使用して行う。
本実施の形態の土木用管装置１０は、縦断面図を図２に、分解図を図３に、図２のＩ−Ｉ線断面図を図７に示すように、周壁に連通口１１が形成された管体１２と連通口１１の開閉手段１３とを、主に有する。連通口１１は、前述した噴射窓３２や、取り込み窓３１として機能するものである。連通口１１の開口時には、管体１１の内空部１２Ａと外部１４とが連通する。
【００１７】
本実施の形態において、かかる開閉手段１３としては、管体内空部１２Ａに設けられた連通口１１を閉塞可能な円柱状のピストン部材１５と、流体Ｓ１又は流体Ｓ２を充填可能な２つの流路１６及び１７とが備えられている。
【００１８】
ピストン部材１５は、管体内壁１２ａに密接する周壁１５Ａとこの周壁１５Ａの両端部を塞ぐ側壁１５Ｂ及び１５Ｃとからなる中空構造となっている。周壁１５Ａの前後両端部には、Ｏリングなどのシール材Ｃ３，Ｃ３が設けられており、他方、管体内壁１２ａには、その連通口１１の管軸方向前後部に、Ｏリングなどのシール材Ｃ４，Ｃ４が設けられており、したがって、ピストン部材１５の外壁と管体内壁１２ａとの間は、液密状態（水などの流体が透過しない状態）となっている。
【００１９】
このピストン部材１５の中空部２０には、側壁の一方１５Ｃを貫通する断面略円形状の棒状部材１８が挿入されており、この棒状部材１８の挿入部には、ピストン部材１５の内壁１５ａと密接する軸太部１８Ａが設けられている。この軸太部１８Ａの外壁、つまりピストン部材１５の内壁１５ａと密接する部位には、例えば、Ｏリングなどのシール材Ｃ１が設けられており、したがって、軸太部１８Ａの外壁とピストン部材１５の内壁１５ａとの間は、液密状態となっている（なお、ピストン部材１５の側壁１５Ｃの棒状部材１８との当接部にもＯリングなどのシール材Ｃ５が設けられている。したがって、かかる当接部と棒状部材１８周壁との間も、液密状態となっている。）。この軸太部１８Ａによって中空部２０は、２つの中空部２１及び２２に分割されている（以下、中空部２１を分割中空部２１、中空部２２を分割中空部２２ともいう。）。
【００２０】
他方、棒状部材１８の非挿入部は、管体内壁１２ａと、管軸方向関しては相対的に移動しない状態で当接する当接部１８Ｂを有する。本実施の形態では、管体１２の先端側端部に軸心に向かって（径方向に）突出する厚肉部１２ｂが設けられおり、この厚肉部１２ｂの内壁が、かかる当接部１８Ｂと当接するようになっている。厚肉部１２ｂの内壁には、適宜の数の、本実施の形態では３本の、例えば、Ｏリングなどのシール材Ｃ２が設けられており、したがって、厚肉部１２ｂの内壁と当接部１８Ｂとの間は、液密状態となっている。
【００２１】
ただし、厚肉部１２ｂは、必ず設けなければならないものではなく、例えば、厚肉部１２ｂに替えて棒状部材１８の当接部１８Ｂを軸太とする（軸太部１８Ａと同様に、径外方へ広がる形状とする。）ことや、管体１２と棒状部材１８とを一体形成し、合わせて１つの管体１２とすることもできる。
【００２２】
以上本実施の形態によると、ピストン部材１５が、一方の流路１６内の流体Ｓ１の圧力によって、管軸方向の一方に移動し、他方の流路１７内の流体Ｓ２の圧力によって、管軸方向の他方に移動する。
【００２３】
具体的には、まず、一方の流路１６は、図４に示すように、少なくともピストン部材１５の移動範囲においては、管体１２周壁内を通る。これは、ピストン部材１５との接触を避けるためである。
【００２４】
他方、移動範囲よりも基端側においては、流路１６がいかなる部位を通るかは、特に限定されない。例えば、ピストン部材１５の移動範囲におけると同様に、管体１２周壁内を通るようにすることや、管体１２の内空部１２Ａに、ピストン部材１５の移動範囲における流路１６と連通する図示しない内管を設け、この内管が流路１６となるようにすることができる。
【００２５】
ピストン部材１５の移動範囲において、管体１２周壁内を通る流路１６は、ピストン部材１５の移動範囲よりも先端側において、本実施の形態では、管体１２の厚肉部１２ｂにおいて、管軸心方向に折れ曲がっており、厚肉部１２ｂの内壁で開口した状態となっている。この厚肉部１２ｂ内壁の流路１６の開口位置には、図３中に拡大して示すように、厚肉部１２ｂ内壁周りに一周にわたって溝１６ａが形成されている。つまり、この部位においては、溝１６ａの底が、厚肉部１２ｂの内壁を構成している。
【００２６】
他方、棒状部材１８の当接部１８Ｂにも、同様に、図３中に拡大して示すように、一周にわたって溝１６ｂが形成されており、先の溝１６ａと対向的に組み合わさって、周回りに一周する流路１６となっている。この周回りに一周する流路を形成しておくと、管体１２において軸心に向かう流路１６の開口と、次に説明する棒状部材１８において軸心に向かう流路１６の開口とを一致させる必要がなく好ましい。
【００２７】
棒状部材１８において、流路１６は、溝１６ｂの底で開口し、この開口から棒状部材１８の軸心に向かい、途中で折れ曲がって軸太部１８Ａまで通っている。軸太部１８Ａの端面には、凹部１６ｃが形成されており、流路１６は、かかる凹部１６ｃの底面で開口している。
【００２８】
次に、他方の流路１７は、図４に示すように、一方の流路１６と同様、少なくともピストン部材１５の移動範囲においては、管体１２の周壁内を通る。これも、ピストン部材１５との接触を避けるためである。
【００２９】
他方の流路１７は、一方の流路１６と交差、交流しない必要があるが、その断面位置については、特に限定されない。例えば、一方の流路１６と並べて通るようにすることも、本実施の形態のように、対向する部位を通るようにすることもできる。
【００３０】
他方、ピストン部材１５の移動範囲よりも基端側においては、流路１７がいかなる部位を通るかは、特に限定されない。一方の流路１６と同様、例えば、管体１２の周壁内を通るようにすることや、管体１２の内空部１２Ａに、ピストン部材１５の移動範囲における流路１７と連通する図示しない内管を設け、この内管が流路１７となるようにすることができる。
【００３１】
ピストン部材１５の移動範囲において、管体１２周壁内を通る流路１７は、ピストン部材１５の移動範囲よりも先端側において、本実施の形態では、管体１２の厚肉部１２ｂにおいて、管軸心方向に折れ曲がっており、厚肉部１２ｂの内壁で開口した状態となっている。この厚肉部１２ｂ内壁の流路１７の開口位置には、流路１６における場合と同様に、厚肉部１２ｂの内壁周りに一周にわたって溝が形成されている。この部位においては、かかる溝底が、厚肉部１２ｂの内壁を構成する。本実施の形態において、かかる溝は、溝１６ａより、基端側に形成されている。ただし、かかる溝及び溝１６ａは、交差、交流しない必要があるものの、その形成位置が限定されるものではない。例えば、かかる溝より溝１６ａを基端側に形成することなどもできる。
【００３２】
他方、棒状部材１８の当接部１８Ｂにも、一周にわたって溝が形成されており、先の溝と対向的に組み合わさって、周回りに一周する流路１７となっている。この周回りに一周する流路を形成しておくと好ましい点は、先の流路１６と同様である。
【００３３】
棒状部材１８において、流路１７は、先の溝底で開口し、この開口から棒状部材１８の軸心に向かい、途中で折れ曲がって軸太部１８Ａの手前まで通り、更に周外方に折れ曲がって棒状部材１８の周壁で開口している。
【００３４】
以上のように流路１６及び１７を形成すると、一方の流路１６に第１の流体Ｓ１を充填すると、分割中空部２２も第１の流体Ｓ１で充填される。また、他方の流路１７に第２の流体Ｓ２を充填すると、分割中空部２１も第２の流体Ｓ２で充填される。したがって、流路１６を通して第１の流体Ｓ１の注入作業を行い、流体Ｓ１で充填された分割中空部２２の容積を大きくすると（この場合、分割中空部２１の容積は小さくなる。この際、分割中空部２１内から第２の流体Ｓ２を積極的に抜く作業を行っても、自然に押し出されるに任せてもよい。）、図５に示すように、分割中空部２２内の流体Ｓ１の圧力によって、ピストン部材１５は、管軸方向の一方、本実施の形態では管基端部側に押されて移動する。他方、流路１７を通して第２の流体Ｓ２の注入作業を行い、流体Ｓ２で充填された分割中空部２１の容積を大きくすると（この場合、分割中空部２２の容積は小さくなる。この際、分割中空部２２内から第１の流体Ｓ１を積極的に抜く作業を行っても、自然に押し出されるに任せてもよい。）、図６に示すように、分割中空部２１内の流体Ｓ２の圧力によって、ピストン部材１５は、管軸方向の一方、本実施の形態では管先端部側に押されて移動する。そして、ピストン部材１５は、連通口１１を閉塞可能であるので、本実施の形態では、図５に示すように、ピストン部材１５が基端側に移動したときに、連通口１１が閉塞される。したがって、ピストン部材１５の移動を制御すると、連通口１１が開閉されることになる。このように、連通口の開閉を、流体圧によって行うと、内管を移動させる場合のように大きな駆動力が必要とならず、また、単位管を連結させる場合においても、連結部の構造を強化する必要がない。さらに、連通口開閉のための機械的な装置も特に必要とはならないので、コンパクトなものとなる。
【００３５】
〔その他〕
（１）本実施の形態では、連通口１１を開口状態とし、又は閉口状態とする場合を説明したが、その構造から明らかなとおり、開口量を制御することもできる。したがって、開閉手段１３を、図１に示す制御弁３とともに、又は制御弁３に替えて排泥量制御弁として機能させることもできる。
【００３６】
（２）本実施の形態では、土木用管装置１０を、注入管６０や排泥管３０の先端部として利用する場合を示したが、これに限定する趣旨ではない。種々の用途に利用することができる。
【００３７】
（３）注入管６０や排泥管３０と本実施の形態に係る土木用管装置１０との連結方法は、特に限定されない。例えば、注入管６０や排泥管３０と管体１２とを、螺合するなど、公知の方法によって連結すればよい。
【００３８】
（４）流体Ｓ１及びＳ２としては、例えば、水や、油等の非圧縮性流体や圧縮空気などを使用することができる。これらの流体Ｓ１及びＳ２は、立坑５内に図示しない圧送ポンプや、コンプレッサーなどを設け、注入管６０や排泥管３０の基端部から、流路１６及び流路１７を介して、分割中空部２１及び２２内に充填させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、大きな駆動力を必要とせず、しかもコンパクトで作業効率の低下をきたすおそれのない土木用管装置及び地盤改良工法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】地盤改良工法の施工形態例を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る土木用管装置の断面図である。
【図３】本実施の形態に係る土木用管装置の分解図である。
【図４】ピストン部材の移動範囲を示す図である。
【図５】本実施の形態に係る土木用管装置の断面図である（ピストン部材が基端側に移動した場合）。
【図６】本実施の形態に係る土木用管装置の断面図である（ピストン部材が先端側に移動した場合）。
【図７】図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【符号の説明】
１…、１０…土木用管装置、１１…連通口、１２…管体、１３…開閉手段、１５…ピストン部材、１６，１７…流路、１８…棒状部材、３０…排泥管、６０…注入管、Ａ…補助材、Ｄ…泥土、Ｇ…地盤、Ｍ…主材、Ｓ１，Ｓ２…流体。
【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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