(57)【要約】【課題】土砂及び岩塊の崩壊が発生せず、偏土圧及びトンネル本体に影響する土圧の増大をなくすとともに先受シート自体の断面係数を大きくしたトンネル先受工法と先受シート及びその打込装置を提供することを目的とする。【解決手段】掘削中のトンネル本体１の切羽２より前方の地山に対し、所定角度上向きの削孔口３を多数本穿設するのと同時に、下方が開放された断面略半円環状で所定長さの先受シート１０を削孔口内に打設することによって、掘削する地山をトンネル本体の掘削に先行して補強するトンネル先受工法を基本手段としている。このトンネル先受工法に用いる鋼材として、下方が開放された略半円環状の断面形状を有する所定長さの先受シート１０を用いる。この先受シート１０の長手方向に沿う左右両端部に、略水平方向に延伸するリブ１０ａ，１０ａが該先受シート１０の全長に亘って突設されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削中のトンネル本体の切羽より前方の地山に対し、所定角度上向きの削孔口を穿設するのと同時に、下方が開放された断面略半円環状で所定長さの先受シートを削孔口内に打設することによって、掘削する地山をトンネル本体の掘削に先行して補強することを特徴とするトンネル先受工法。
【請求項２】
先受シートの長手方向に沿う左右両端部に、略水平方向に延伸するリブを先受シートの全長に亘って突設した請求項１に記載のトンネル先受工法。
【請求項３】
掘削中のトンネル本体の切羽より前方の地山を補強するトンネル先受工法に用いる先受シートであって、下方が開放された略半円環状の断面形状を有する所定長さの先受シートであることを特徴とするトンネル先受工法における先受シート。
【請求項４】
先受シートの長手方向に沿う左右両端部に、略水平方向に延伸するリブを先受シートの全長に亘って突設した請求項３に記載のトンネル先受工法における先受シート。
【請求項５】
ガイドセルに沿って摺動自在な油圧ドリフターと、油圧ドリフターから突出する主軸に連結されてガイドセル上に設置されたロッドと、ロッドの最先端部に装着された地山削孔用のビットと、油圧ドリフターから突出する主軸をガイドするカップリングと、ロッド上に載置された先受シートの基端部を支持するためにカップリングに連結された先受シートガイドアダプタとを備え、ビットによりトンネル本体の切羽より前方の地山に所定角度上向きの削孔口を穿設するのと同時に、先受シートを油圧ドリフターの打撃圧を利用して削孔口内に打設することを特徴とするトンネル先受工法における先受シートの打込装置。
【請求項６】
先受シートの長手方向に沿う左右両端部に、先受シートガイドアダプタに支持される略水平方向に延伸するリブを先受シートの全長に亘って突設した請求項５に記載のトンネル先受工法における先受シートの打込装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトンネル工事において、トンネル本体の掘削に先行して切羽より前方の地山を補強するトンネル先受工法及びトンネル先受工法における先受シート並びにその打込装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にトンネルの種類は建設される場所や環境，用途，形状，工法によって呼び名が異なり、（１）山岳トンネル，（２）都市トンネル，（３）水底トンネル等の名称が付与されている。（１）山岳トンネルは山地部の岩盤を掘削する最も一般的なトンネルであり、（２）都市トンネルは都市部において軟弱地盤工法が多く採用されるトンネル、（３）水底トンネルは水路や水域を横過するトンネルであり、地質や水深によって山岳工法，シールド工法，沈埋工法等が採用される（非特許文献１参照）。
【０００３】
上記（１）山岳トンネルの掘削法として、矢板工法とナトム工法（ＮＡＴＭ工法）があるが、わが国では吹付けコンクリートとロックボルトを主体としたナトム工法が主として採用されており、理論面の研究とともに施工実績も積み重ねられて現在では山岳トンネルの標準工法となっている。
【０００４】
上記ナトム工法を簡単に説明すると、ドリルジャンボと呼ばれる削孔機械により地山の岩盤を削孔してから爆薬を装薬して爆破し、砕いた岩（ズリ）を搬出した後に鋼製アーチ状の支保工を一定間隔で設置し、各支保工をボルトにより接合する。次に厚さ５ｃｍ〜２５ｃｍのコンクリートを吹付けてトンネル本体の壁を強化してから３ｍ〜６ｍ程度のロックボルトを岩盤に装着してトンネル本体を支保する。この作業を繰り返してトンネル本体を掘り進め、漏水を防ぐための防水シートを貼りつける。そしてセントルと呼ばれる半円筒形の枠体を使って最後のコンクリート壁を作る覆工を行ってトンネルが完成する（非特許文献２参照）。
【０００５】
トンネルの坑口部は自然傾斜や法面に設けられ、土被りが小さくてグランドアーチの形成されにくい区間である。自然傾斜や法面は風化浸食といった地質的営力との緩衝状態の場であるので、トンネル掘削によってその緩衝状態が乱されることになるため、多くの場合斜面対策や切羽安全対策が必要である。ここで切羽とはトンネル掘削工事の最先端部、つまり掘削したばかりの面を指しており、正面は鏡面、上面は天端と呼称されている。
【０００６】
一般にトンネル本体の坑口部で考えられる設計上の問題として、斜面崩壊，地すべり，偏土圧，地耐力不足，切羽崩壊，地表面沈下，落石，土石流，雪崩等に対する対策が考えられる。実際のトンネルの坑口部の設計は、坑口より土被りが全幅の２倍程度になる間の計画であり、切羽の安全対策はフォアパイリングとロックボルトの組み合わせで設計されており、フォアパイリングの多くは直径２５ｍｍの鉄筋を断面的にピッチ６０ｃｍで計画されている場合が多い。。
【０００７】
地山の強度は主として単一の岩塊同士の摩擦力によって決定されるので、緩みが発生すると摩擦力は失われ、地山の強度は低下する。よって地山を広範囲に亘って極力緩ませないように防止する必要がある。ナトム工法では掘削後直ちに一次コンクリートを吹付けてトンネル本体の壁を強化しているが、自立性の弱い低強度地山のトンネルでも一次コンクリートの吹付けが完了するまでの時間は切羽が安全に自立することが必要条件となっている。従って一次コンクリートの吹付けが完了するまで切羽が安全に保たれない地山では、以下に記す補助先受工法によって天端と鏡面の安定をはかることが要求される。
【０００８】
補助先受工法としては、充填式フォアパイリング，注入式フォアパイリング，ＡＧＦ工法，パイプルーフ工法等がある。各工法の施工概要を簡単に説明すると、充填式フォアパイリングは、図２０に示すように掘削中のトンネル本体１の切羽２から前方の地山に削孔機械により直径４２ｍｍ程度の削孔口３，３を斜め上方に向けて複数本削孔し、削孔の完了した削孔口３，３内に図２１の断面図に示したようにモルタル５を充填した削孔口３，３に直径２５ｍｍ〜３２ｍｍ，長さ３．０ｍ程度の鋼棒４，４を挿入し、鋼棒４，４によって先受けして地山を補強する工法である（特許文献１参照）。図２０の矢印Ａはトンネル本体１の掘削進行方向を示している。８はトンネル本体１を支えるアーチ状の鋼製支保工である。図２０のＢ−Ｂ線に沿う断面図である図２２に示すように、鋼棒４，４は切羽の前方地山にアンブレラを広げた形状として所要本数挿入される。
【０００９】
注入式フォアパイリングは、図２０に示す充填式フォアパイリングと同様に地山の岩盤に削孔口３，３をあけてから削孔済みの削孔口３，３の中に前記した鋼棒４，４に代えてパイプを挿入し、このパイプを通してウレタン系又はセメント系の薬液を注入してトンネル本体１周辺の地山を補強する工法である。
【００１０】
ＡＧＦ工法は鋼管と注入材を用いた長尺先受工法の一つであり、掘削に先立って切羽前方の地山を先受け・改良補強することによって地山の先行沈下を抑制し、地山の緩みを防止する工法である（特許文献２参照）。施工法は図２３に示すように掘削中のトンネル本体１の切羽２前方の地山に、図２４に示したように前記と同様な削孔口３，３を斜め上方に向けて複数本削孔すると同時に、削孔口３，３内に直径７３ｍｍ〜１１４ｍｍの有孔鋼管６，６を３ｍずつ継ぎ足しながら任意の長さまで打設し、この有孔鋼管６，６の周囲に適当数穿設された孔から地山の地質に応じたウレタン系又はセメント系の注入材７を注入して補強する工法である。図２３のＣ−Ｃ線に沿う断面図である図２５に示したように、有孔鋼管６，６は切羽２前方の地山にアンブレラを広げた形状として挿入される。
【００１１】
パイプルーフ工法は試錐機を利用して掘削断面に沿うトンネル軸方向に一定間隔に直径８４ｍｍ〜３１８．５ｍｍの鋼管を穿孔配置し、主としてセメントミルクを鋼管と地山間に注入して地山の補強をはかる工法である。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−１９５６６７号
【特許文献２】
特開２０００−１３６６９３号
【非特許文献１】
トンネルの施工手順について，
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｎｃ−ｔｖ．ｎｅ．ｊｐ／￣ｌｏｓｃｈｉｌｄ／ｔｕｎｎｅｌＦＡＱ／ｔｕｎ−ｆｌｏｗｃｈａｒｔ．ｈｔｍ
【非特許文献２】
ナトム工法について，
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｎｃ−ｔｖ．ｎｅ．ｊｐ／￣ｌｏｓｃｈｉｌｄ／ｔｕｎｎｅｌＦＡＱ／ｗｈａｔｎａｔｍ．ｈｔｍ
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記充填式フォアパイリングは、岩盤にあけた削孔口３，３の中にクリコ及び小さな岩片などが入って鋼棒４，４が挿入できないケースもある。また、地山に土砂とレキが混じっていたり、節理が発達している軟弱な地盤を掘削する場合には、施工上フォアパイリングとフォアパイリングとの間から土砂及び岩塊の崩壊が発生したり、鋼棒そのものが土圧に耐えきれず曲がったりして、緩み範囲の増大により偏土圧をきたすなど、トンネル本体１に影響する土圧の増大にもつながって大きな問題点が発生するケースが生じる。注入式フォアパイリングは充填式フォアパイリングと同様な削孔機械が使用できるが、シルトとか細粒の砂質土のような均一粒子の土質には不適であり、又高価な薬液を必要とする難点がある。
【００１４】
ＡＧＦ工法は、地山の緩み防止と脚部の沈下防止及び天端や鏡面の押出し防止に対して有効な工法であるが、有孔鋼管６の打設と注入材７の注入を行うために切羽２の断面拡幅が必要であり、有孔鋼管６の打設にかなりの時間を要するとともに打設に特殊なビットを使用し、薬液を注入するため工費全体が高価になる問題がある。
【００１５】
パイプルーフ工法は地盤沈下防止対策が主たる目的であって、鉄道在来線の下のトンネル及びアーストンネル等に利用される工法であるが、特殊作業員と特殊機器を必要とし、コストも高価になるという問題がある。
【００１６】
そこで本発明は上記の問題点を解決して、地山に土砂とかレキが混じっていたり節理が発達している軟弱な地盤であっても土砂及び岩塊の崩壊が発生せず、偏土圧及びトンネル本体に影響する土圧の増大をなくすとともに先受シート自体の断面係数を大きくしたトンネル先受工法及びトンネル先受工法における先受シート並びにその打込装置を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、掘削中のトンネル本体の切羽より前方の地山に対し、所定角度上向きの削孔口を穿設するのと同時に、下方が開放された断面略半円環状で所定長さの先受シートを削孔口内に打設することによって、掘削する地山をトンネル本体の掘削に先行して補強するようにしたトンネル先受工法を基本手段としている。
【００１８】
そして、掘削中のトンネル本体の切羽より前方の地山を補強するトンネル先受工法に用いる先受シートとして、下方が開放された略半円環状の断面形状を有する所定長さの先受シートを用いている。この先受シートの長手方向に沿う左右両端部に、略水平方向に延伸するリブを先受シートの全長に亘って突設してある。
【００１９】
先受シートの打込装置として、ガイドセルに沿って摺動自在な油圧ドリフターと、油圧ドリフターから突出する主軸に連結されてガイドセル上に設置されたロッドと、ロッドの最先端部に装着された地山削孔用のビットと、油圧ドリフターから突出する主軸をガイドするカップリングと、ロッド上に載置された先受シートの基端部を支持するためにカップリングに連結された先受シートガイドアダプタとを備え、ビットによりトンネル本体の切羽より前方の地山に所定角度上向きの削孔口を穿設するのと同時に、先受シートを油圧ドリフターの打撃圧を利用して削孔口内に打設するようにしたトンネル先受工法における先受シートの打込装置の構成を提供する。
【００２０】
かかるトンネル先受工法及びトンネル先受工法における先受シート並びにその打込装置によれば、トンネル本体の掘削時に油圧ドリフターがガイドセルに沿って摺動し、ロッド先端部のビットによりトンネル本体の切羽より前方の地山に対して所定角度上向きの削孔口が穿設され、同時にロッドの上面をカバーする位置にセットされた先受シートを油圧ドリフターの打撃圧を利用して削孔口内に打設することにより、先受シートを削孔口内に強固に喰い込むように打設できる。この先受シートによって、掘削機械を用いてトンネル本体として掘削する地山をトンネル本体の掘削に先行して補強することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明にかかるトンネル先受工法及びトンネル先受工法における先受シート並びにその打込装置の実施形態を、従来の構成と同一の構成部分に同一の符号を付して説明する。本発明はトンネル本体の掘削に先行して、切羽より前方の地山に対して、所定角度上向きの削孔口を穿設するのと同時に、下方が開放された断面略半円環状の所定長さの先受シートを削孔口内に打設することによって、掘削機械を用いてトンネル本体として掘削する地山をトンネル本体の掘削に先行して補強することができる。
【００２２】
図１は本発明にかかるトンネル先受工法の施工例を示す概要図であり、１は掘削機械により掘削中のトンネル本体、８は支保工、２はトンネル本体１の掘削最先端部の切羽であり、矢印Ａはトンネル本体１の掘削進行方向を示している。
【００２３】
３，３は切羽２から前方の地山に対して所定角度上向きに穿設された削孔口であり、１０，１０は削孔口３，３の穿孔と同時に、削孔口３，３内に打設された鋼材でなる所定長さの先受シートである。この先受シート１０，１０の直径は削孔口３，３よりも小さいものを使用する。図２は先受シート１０の一例を示すものであり、先受シート１０の断面形状は下方が開放された断面略半円環状であり、先受シート１０の長手方向に沿う左右両端部には、略水平方向に延伸するリブ１０ａ，１０ａが先受シート１０の全長に亘って突設されている。なお、リブ１０ａ，１０ａは略水平方向とともに、上方或いは下方に傾斜している構成としてもよい。
【００２４】
図３は先受シート１０の他例を示すものであり、この例では先受シート１０の長手方向に沿う左右両端部にリブ１０ａ，１０ａを突設せず、単に下方が開放された断面略半円環状の所定長さの先受シートとして構成されている。図４は図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、図示したように先受シート１０，１０はトンネル本体１内から掘削前の切羽２前方の地山に対してアンブレラを広げた形状として所要本数挿入される。
【００２５】
図５，図８は上記２種類の先受シート１０の形状例をそれぞれ全体的に示す斜視図、図６，図９は同平面図、図７，図１０は先受シート１０の形状例をそれぞれ示す端面図であり、この先受シート１０の材料として使用する鋼材は、長さＬ＝３．０〜４．０ｍ，厚さｔ＝４．５ｍｍ，Ｒ＝３０ｍｍの断面略半円環状とし、岩質及び土質によりリブ１０ａの幅を任意に選択することができる。即ち、図５〜図７がリブ１０ａ付きの先受シート１０を示すものであり、図８〜図１０がリブを突設していない先受シート１０を示すものである。
【００２６】
図１１は支保工８から地山に対してアンブレラを広げた形状として切羽２前方の地山に打設された先受シート１０と、トンネル掘削後の地山に打ち込まれたロックボルト１１のみを取り出して示すイメージ図である。
【００２７】
図１２は本発明にかかる先受シート１０の打込装置１９を全体的に示す平面図、図１３は同側面図であり、この打込装置１９の構成を以下に説明する。２０はガイドセル、２１は油圧ドリフター、２２はホースリール、２３はフィードモータであり、油圧ドリフター２１はガイドセル２０に沿って摺動自在となっており、この油圧ドリフター２１から突出する主軸３０に連結されてガイドセル２０上にロッド２８が設置されている。そして、このロッド２８の上面をカバーする位置に断面略半円環状の先受シート１０がセットされ、その端面が先受シートガイドアダプタ２５に支持されている。２６はカップリング、２７はロッド２８の最先端部に装着された地山削孔用のビットである。
【００２８】
図１４，図１５は打込装置１９の要部を示す斜視図、図１６は同要部側面図であり、油圧ドリフター２１から突出する主軸３０は前記したようにロッド２８に連結されるとともに、カップリング２６を介して先受シートガイドアダプタ２５に連結されている。この先受シートガイドアダプタ２５によって、先受シート１０の端面が支持されるとともに、先受シートガイドアダプタ２５の先端部は二股部３０ａとして形成されており、この二股部３０ａによって先受シート１０のリブ１０ａ，１０ａを挟持連結している。なお、先受シート１０がリブ１０ａ，１０ａを有しない場合は、この二股部３０ａは使用しない。３１は油圧ドリフター２１の前進を停止するメカストッパである。図１７はカップリング２６を介して先受シートガイドアダプタ２５の二股部３０ａが先受シート１０のリブ１０ａ，１０ａを挟持している状態を示す拡大斜視図である。矢印Ｅはロッド２８の進行方向を示す。
【００２９】
かかる先受シートの打込装置によれば、図１２のＦ−Ｆ線に沿う断面図である図１８と、図１２のＧ−Ｇ線に沿う断面図である図１９に示したように、フィードモータ２３の起動により油圧ドリフター２１がガイドセル２０に沿って摺動し、ロッド２８先端部のビット２７によりトンネル本体１の切羽から先の地山に対して所定角度上向きの削孔口が穿設されると同時に、ロッド２８の上面をカバーする位置にセットされて、その端面が先受シートガイドアダプタ２５に支持された先受シート１０が主軸３０に押動されて油圧ドリフターの打撃圧を利用して削孔口内に強固に喰い込むように打設される。この先受シート１０によって地山を先行して補強することができる。
【００３０】
本発明にかかるトンネル先受工法は、従来例で説明した充填式フォアパイリングとＡＧＦ工法の中間に位置する工法であり、通常使用されている油圧ドリルジャンボと呼ばれる削孔機械が利用可能であるとともに特殊作業員を必要とせず、ロッド２８による削孔と同時に、先受シート１０を打設することができるので、サイクルに影響せずに施工可能であるという特徴がある。
【００３１】
本発明では先受シート１０の鋼材重量を格別大きくする必要はなく、先受シート１０の断面係数は従来の鋼管又は鋼棒の断面係数である１．５３に対して４．３４と増大しており、先受鋼材としても十分な強度を持たせることができる。更に先受シート１０は下方が開放された略半円環状の断面形状としたことにより、開放部分を水抜き孔として利用することが可能であって、湧水があっても施工上の問題は生じない。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によればトンネル本体の掘削時に油圧ドリフターをガイドセルに沿って摺動させることによってロッド先端部のビットにより切羽から先の地山に対して所定角度上向きの削孔口が穿設され、同時にロッドの上面をカバーする位置にセットされた先受シートを油圧ドリフターの打撃圧を利用して削孔口内に打設することができるので、その後に打ち込まれたロックボルトとの相乗作用にともなって、掘削機械を用いてトンネル本体として掘削する地山をトンネル本体の掘削に先行して効果的に補強することができる。
【００３３】
特に従来の充填式フォアパイリングのように岩盤にあけた削孔口内にクリコとか岩片などが入って鋼棒が挿入できなくなる事態は発生せず、かつ、地山に土砂とレキが混じっていたり節理が発達している軟弱な地盤を削孔する場合であっても土砂とか岩塊の崩壊に起因する偏土圧をきたしたり、トンネル本体に影響する土圧の増大を生じる惧れは少ない。
【００３４】
また、注入式フォアパイリングとは異なってシルトとか細粒の砂質土のような均一粒子の土質でも問題なく先受シートを打設することが可能であり、更にＡＧＦ工法のように有孔鋼管の打設と注入材の注入を行うための切羽の断面拡幅は必要とせず、作業時に高価な薬液が不要であるとともに特殊作業員とか特殊機器も要しないので、工事費を低廉化するとともに掘削のサイクルを高めて作業能率が向上するという効果が得られる。
【００３５】
従って本発明によれば、地山に土砂とレキが混じっていたり軟弱な地盤であっても土砂及び岩塊の崩壊が発生せず、偏土圧及びトンネル本体に影響する土圧の増大をなくすとともに先受シート自体の断面係数を大きくし、クリコを出やすくしてビットの回収も容易なトンネル先受工法及びトンネル先受工法における先受シート並びにその打込装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるトンネル先受工法の施工例を示す概要図。
【図２】打設した先受シートの形状の一例を示す要部断面図。
【図３】打設した先受シートの形状の他例を示す要部断面図。
【図４】図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図５】先受シートの形状の一例を全体的に示す斜視図。
【図６】先受シートの形状の一例を示す平面図。
【図７】先受シートの形状の一例を示す端面図。
【図８】先受シートの形状の他例を全体的に示す斜視図。
【図９】先受シートの形状の他例を示す平面図。
【図１０】先受シートの形状の他例を示す端面図。
【図１１】先受シートとロックボルトのみを取り出して示すイメージ図。
【図１２】先受シートの打込装置を全体的に示す平面図。
【図１３】先受シートの打込装置を全体的に示す側面図。
【図１４】打込装置の要部を示す斜視図。
【図１５】打込装置の要部を示す斜視図。
【図１６】打込装置の要部を示す側面図。
【図１７】打込装置の要部を示す拡大斜視図。
【図１８】図１２のＦ−Ｆ線に沿う断面図。
【図１９】図１２のＧ−Ｇ線に沿う断面図。
【図２０】従来の充填式フォアパイリングの施工例を示す概要図。
【図２１】打設した鋼棒の形状例を示す要部断面図。
【図２２】図２０のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図２３】従来のＡＧＦ工法の施工例を示す概要図。
【図２４】打設した有孔鋼管の形状例を示す要部断面図。
【図２５】図２３のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【符号の説明】
１…トンネル本体
２…切羽
３…削孔口
８…支保工
１０…先受シート
１０ａ…リブ
１１…ロックボルト
１９…打込装置
２０…ガイドセル
２１…油圧ドリフター
２２…ホースリール
２３…フィードモータ
２５…先受シートガイドアダプタ
２７…ビット
２８…ロッド
３０…主軸
３０ａ…二股部
３１…メカストッパ
整理番号  Ｐ３６１０
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2004339837.tif 000021
【図２０】
2004339837.tif 000022
【図２１】
2004339837.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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