(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の小断面トンネルの側面間を連結した小断面トンネル群によって地山を囲繞し、その囲繞された地山を掘削して構築する地中構造物の構築方法において、
前記地中構造物を構築する地点に向けてシールド掘削機を掘進させて先行トンネルを構築し、その先行トンネルの周面の２箇所から先行トンネルから離隔する方向に２本の枝トンネルを構築し、その２本の枝トンネルのそれぞれの周面の間隔を置いた複数の位置から複数の並行する小断面トンネルを構築するための小断面シールド掘削機を発進させ、前記小断面トンネルが所定の位置に到達したところで前記小断面シールド掘削機を折り返させるとともに該小断面シールド掘削機によって構築された往路の小断面トンネルと並行するように復路の小断面トンネルを構築することで略Ｕ字形の小断面トンネルを複数構築し、先行して構築された小断面トンネル間の隙間に小断面トンネルを構築して側面間を連結した小断面トンネル群によって地山を囲繞することを特徴とする地中構造物の構築方法。
【請求項２】
前記Ｕ字形の小断面トンネルを構築した前記小断面シールド掘削機を、再び折り返させてその小断面シールド掘削機が発進した地点まで掘進させることによって長円形の小断面トンネルとすることを特徴とする請求項１に記載の地中構造物の構築方法。
【請求項３】
前記小断面シールド掘削機を折り返すところに構築される小断面トンネルの曲率部の一部を切削可能な部材で形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の地中構造物の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下道路の分岐・合流部、地下鉄の駅舎、大断面トンネル、地下備蓄施設又は地下駐車場などの地中構造物を構築する際の構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地中に大断面の地中構造物を構築する方法として、特許文献１〜３などに開示されているように、地山を複数の小断面トンネルで囲繞して大断面トンネルの外殻を形成した後に内部の地山を掘削する方法が知られている。
【０００３】
これらの方法では、小断面トンネルを構築するシールド掘削機を発進及び到達させる基地として、上方が地表面に開口された立坑を発進側と到達側に構築し、その立坑間に小断面トンネル群を構築している。
【特許文献１】特公平７−８６３２０号公報
【特許文献２】特許第３０８４５００号公報
【特許文献３】特開２０００−３１０１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この立坑の建設費及び工期は、トンネルの深度が深くなればなるほど嵩む上に、都心部においては立坑を建設する場所の用地買収などが難しく工事の着手が遅れたり、ルートを変更せざるをえない状況になったりするなどの問題が発生するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、立坑を建設しなくとも小断面トンネル群からなる地中構造物を構築することが可能な地中構造物の構築方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は、複数の小断面トンネルの側面間を連結した小断面トンネル群によって地山を囲繞し、その囲繞された地山を掘削して構築する地中構造物の構築方法において、前記地中構造物を構築する地点に向けてシールド掘削機を掘進させて先行トンネルを構築し、その先行トンネルの周面の２箇所から先行トンネルから離隔する方向に２本の枝トンネルを構築し、その２本の枝トンネルのそれぞれの周面の間隔を置いた複数の位置から複数の並行する小断面トンネルを構築するための小断面シールド掘削機を発進させ、前記小断面トンネルが所定の位置に到達したところで前記小断面シールド掘削機を折り返させるとともに該小断面シールド掘削機によって構築された往路の小断面トンネルと並行するように復路の小断面トンネルを構築することで略Ｕ字形の小断面トンネルを複数構築し、先行して構築された小断面トンネル間の隙間に小断面トンネルを構築して側面間を連結した小断面トンネル群によって地山を囲繞する地中構造物の構築方法であることを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記Ｕ字形の小断面トンネルを構築した前記小断面シールド掘削機を、再び折り返させてその小断面シールド掘削機が発進した地点まで掘進させることによって長円形の小断面トンネルとすることもできる。
【０００８】
また、前記小断面シールド掘削機を折り返すところに構築される小断面トンネルの曲率部の一部を切削可能な部材で形成することもできる。
【発明の効果】
【０００９】
このように構成された本発明の地中構造物の構築方法は、先行トンネルの周面から延伸された枝トンネルから小断面シールド掘削機を発進させ、その小断面シールド掘削機を折り返させることで構築される略Ｕ字形の小断面トンネルを複数連結して小断面トンネル群を構築する。
【００１０】
このように立坑を建設しなくても小断面トンネル群によって地山を囲繞した地中構造物を構築することができるので、立坑を建設する場合に発生する用地問題や建設費及び工期の増加などの問題によって地中構造物の建設が制限されることがない。
【００１１】
また、複数の長円形の小断面トンネルを連結させて地中構造物を構築するようにすれば、小断面トンネル群によって地山の全周を囲むことができる。
【００１２】
さらに、曲率部の一部を切削可能な材料によって構築することで、地中構造物に外部から容易にトンネルを接続させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本実施の形態の地中構造物の構築方法によって構築された地中構造物としての分岐・合流部１００の概略構成を示す平面図である。
【００１５】
この分岐・合流部１００は、地下道路の分岐・合流部や地下鉄の駅舎として地中に構築されるもので、そこにアクセスするためのトンネルが接続されている。
【００１６】
本実施の形態の地中構造物の構築方法では、まず、図２に示すように分岐・合流部１００に接続するトンネルを先行トンネル２として構築する。
【００１７】
この先行トンネル２は、シールド掘削機２１によって構築されるトンネルであって、地下道路のアクセストンネルとしたり、図示しないトンネルを分岐・合流部１００に別途接続して一方を本線、他方をランプトンネルとしたりして共用される。
【００１８】
そして、分岐・合流部１００の端部付近となる先行トンネル２の外殻には、トンネル周面の上面と下面の２箇所に開口部が設けられた円筒形の鋼製セグメント２２が設置される。
【００１９】
この鋼製セグメント２２の開口部は設置時には閉塞されており、この鋼製セグメント２２を設置した後も先行トンネル２１の掘進を続け、分岐・合流部１００の長手方向のもう一方の端部付近まで延伸させる。
【００２０】
本実施の形態では、先行トンネル２は、分岐・合流部１００の側面（図１の図面下側）に接するように平面視外側に構築された後に、鋼製セグメント２２の設置後に分岐・合流部１００の平面視内側に入り込むように曲って分岐・合流部１００の端面から延出される。
【００２１】
また、鋼製セグメント２２の開口部（図示せず）からは、図２に示すように枝トンネル３（３Ａ，３Ｂ）が延伸される。ここで、図２（ａ）は平面図を、図２（ｂ）はＴ−Ｔ線方向の断面図を示す。
【００２２】
この図２に示すように、２本の枝トンネル３Ａ，３Ｂは、先行トンネル２の鋼製セグメント２２の互いに対向する上面及び下面に設けられた開口部（この実施の形態では四角形状）から円弧状に上方又は下方に向けて延伸される。なお、枝トンネル３Ａ，３Ｂは、鋼製セグメント２２内での上下作業を避けるために、先行トンネル２の延伸方向の前後にずらして設けられた上下開口部から延伸させるようにすることもできる。
【００２３】
この枝トンネル３Ａ，３Ｂの構築に使用される小型推進機３１Ａ，３１Ｂは、例えば正面視四角形の刃口を備えた程度の簡単な構成のものでよく、小型推進機３１Ａ，３１Ｂの後方には鋼製の四角柱状箱形覆工体（図示せず）を設置してトンネルの外殻とする。
【００２４】
この枝トンネル３Ａ，３Ｂの内部からは、後述するように小断面シールド掘削機１５を発進させるため、すべての小断面シールド掘削機１５が発進できるような長さになるまで延伸させる。
【００２５】
また、枝トンネル３Ａ，３Ｂの先端からは、小断面シールド掘削機１５による切削が可能となるように、掘削終了後に小型推進機３１Ａ，３１Ｂを撤去する。
【００２６】
この枝トンネル３の内部からは、この枝トンネル３の軸方向に直交する方向に向けて略水平に小断面シールド掘削機１５（１５Ｂ，１５Ｃ）を発進させる（図３参照）。
【００２７】
そして、この小断面シールド掘削機１５によって構築される複数の小断面トンネル１，・・・は、図１，６に示すように略平行に構築され、これらの小断面トンネル１，・・・によって構成される断面視楕円状の小断面トンネル群１０によって地山が囲繞される。なお、図６の小断面トンネル１Ａ〜１Ｍは、トンネルを構築する順番にＡ〜Ｍの符号を付したものである。
【００２８】
この小断面シールド掘削機１５によって構築される小断面トンネル１は、図１の平面図に示すように、直線状の往路部１１と、小断面シールド掘削機１５が折り返しをおこなう半円状の曲率部１２と、往路部１１と略平行に設けられる復路部１３と、枝トンネル３に戻るために折り返される半円状の曲率部１４とから平面視略長円状に構築される。
【００２９】
ここで、「略平行」とは往路部１１と復路部１３の間隔が略一定であることを示すが、小断面トンネル１Ａなどにおいては往路部１１Ａと復路部１３Ａは略平行とはいえない部分もあり、これらを含めて並んでいると概念として「並行」という表現を適宜使用する。
【００３０】
この大きさの異なる長円状の小断面トンネル１，・・・が積み重なるように構築されてその側面間が連結されることで、図１のＳ−Ｓ線断面図である図６に示すような小断面トンネル群１０が構築される。
【００３１】
また、この小断面トンネル１の外殻は、図６に示すように先行して構築されたトンネルの側面が後行のトンネルの構築時に切削されることになるので、小断面シールド掘削機１５で切削が可能となる程度の強度のコンクリートによって形成される。
【００３２】
なお、後行トンネルを構築する際に小断面シールド掘削機１５によって切削されることがない部分には、鉄筋を配置しておくのが好ましい。
【００３３】
図６に示すような往路部１１の覆工部１１ａ及び復路部１３の覆工部１３ａは、トンネルが直線状に構築されるため、覆工部１１ａ，１３ａの内周面の型枠となる移動式型枠を小断面シールド掘削機１５に追従させ、掘削周面と型枠の間にコンクリートを充填することによって形成することができる。
【００３４】
一方、曲率部１２，１４においては移動式型枠が使用できないので、図７に示すように残置式の内型枠１５ｆを使用して覆工部１２ａ，１４ａを構築する。
【００３５】
すなわち、曲率部１２，１４においては、小断面シールド掘削機１５を曲率に沿って掘進させ、円盤状の切削面１５ａだけでは掘り残される部分は切削面１５ａから側方に突出させたオーバカッタ１５ｂによって切削させる。さらに、シールド掘削機１５を中折れ構造（図示せず）にすることで、オーバカット量を低減することができる。
【００３６】
そして、小断面シールド掘削機１５によって掘削された空洞には、リング状の鋼製の内型枠１５ｆ，・・・をトンネルの略中央に曲率に沿って設置する。また、この内型枠１５ｆの外周面とスキンプレート１５ｅとの間には、円環状の妻型枠１５ｈと隙間を埋める膨張及び収縮自在のゴム袋１５ｉを設置して閉塞させる。
【００３７】
この状態で妻型枠１５ｈの貫通孔に接続したコンクリート打設管１５ｇによってコンクリートを流し込み、掘削周面と内型枠１５ｆ，・・・との間をコンクリートで充満させる。
【００３８】
このように充填されたコンクリートは、妻型枠１５ｈをプレスジャッキ１５ｄ，１５ｄで押すことによって密実化させることができる。
【００３９】
また、プレスジャッキ１５ｄ，１５ｄの伸長及び内型枠１５ｆ端面に先端を当接させた推進ジャッキ１５ｃ，１５ｃの伸長によって小断面シールド掘削機１５を掘進させることができる。
【００４０】
さらに、推進ジャッキ１５ｃ，１５ｃやプレスジャッキ１５ｄ，１５ｄを伸ばす長さを曲率部１２，１４の内周側と外周側で調整することによって、小断面シールド掘削機１５を所定の方向に曲げることができる。
【００４１】
次に、本実施の形態の地中構造物の構築方法を説明するとともに、この実施の形態の作用について説明する。
【００４２】
まず、図２に示すように分岐・合流部１００の端部付近まで先行トンネル２を掘進させて鋼製セグメント２２を組み立てる。その後、シールド掘削機２１を分岐・合流部１００に近づけるように掘進させて平面視が緩やかなＳ字状の先行トンネル２を構築する。
【００４３】
そして、鋼製セグメント２２の上面から上方に向けて円弧状の枝トンネル３Ａを延伸させる。この枝トンネル３Ａは長さが短いため、この構築に使用する小型推進機３１Ａを大掛かりなものにする必要はなく、例えば正面視矩形の全面開放型の手掘り式シールドなどが使用できる。
【００４４】
ここで、地下水の状態や土質条件によっては、枝トンネル３Ａを構築する部分に事前に地盤改良などをおこなって補強をおこない掘削の安全性を確保しておく。
【００４５】
また、掘削後の空洞にはボックス状の覆工体（図示せず）を設置して覆工をおこなう。なお、図２（ｂ）に示すように、鋼製セグメント２２の下面から下方に向けて延伸される円弧状の枝トンネル３Ｂも上方の枝トンネル３Ａと同様に構築する。
【００４６】
続いて図３（ａ）に示すように、先行トンネル２の曲折部から小断面シールド掘削機１５Ａを発進させ、小断面トンネル１Ａの往路部１１Ａを構築する。この往路部１１Ａは、曲折部を経た後の先行トンネル２に並行するように構築される。
【００４７】
また、図３（ａ），（ｂ）に示すように、枝トンネル３Ａの周面の鋼製セグメント２２に近い位置からは小断面シールド掘削機１５Ｂが発進し、そこから枝トンネル３Ａの軸方向に間隔を置いた位置からは小断面シールド掘削機１５Ｃが発進する。
【００４８】
これらの小断面シールド掘削機１５Ａ〜１５Ｃは並行して略同一方向に向けて掘進されるので、構築された小断面トンネル１Ａ〜１Ｃの往路部１１Ａ〜１１Ｃは並行する３本の線として形成される。
【００４９】
また、往路部１１Ａ〜１１Ｃには、小断面シールド掘削機１５Ａ〜１５Ｃの後方に追従して移動する移動式型枠（図示せず）によってコンクリート製の覆工が構築される。
【００５０】
そして、図４に示すように、小断面シールド掘削機１５Ａ〜１５Ｃを合流・分岐部１００の前方端部付近まで掘進させた後に、折り返させて進行方向を反転させる。
【００５１】
この折り返しは、それぞれの小断面トンネル１Ａ〜１Ｃにおいて一定の曲率でおこなわれ、曲率部１２Ａ〜１２Ｃが構築される。
【００５２】
この曲率部１２Ａ〜１２Ｃには、曲率部１２周辺の一部切断平面図である図７に示すように、鋼製の内型枠１５ｆ，・・・が設置され、コンクリート製の覆工部１２ａが構築される。
【００５３】
この曲率部１２Ａ〜１２Ｃによって方向が反転した小断面シールド掘削機１５Ａ〜１５Ｃは、図４（ａ）に示すように往路部１１Ａ〜１１Ｃと略平行になるように掘進させ、復路部１３Ａ〜１３Ｃを構築する。
【００５４】
このようにして構築された半円状の曲率部１２Ａ〜１２Ｃとその両端に接続される直線状の往路部１１Ａ〜１１Ｃ及び復路部１３Ａ〜１３Ｃとによって、平面視略Ｕ字形の小断面トンネル１Ａ〜１Ｃが形成される。
【００５５】
これらの３本の小断面トンネル１Ａ〜１Ｃは、図４（ａ）のＶ―Ｖ線方向の断面図である図４（ｂ）に示すように、水平方向に掘進させた小断面シールド掘削機１５Ａ〜１５Ｃによって掘進方向に勾配が設けられることなく構築される。
【００５６】
このため、小断面シールド掘削機１５Ａ〜１５Ｃの上下が反転するような掘進をおこなう必要はなく、姿勢制御が容易で正確な位置に小断面トンネル１Ａ〜１Ｃを構築することができる。
【００５７】
そして、下側の枝トンネル３Ｂの内部からも小断面シールド掘削機１５Ｄ，１５Ｅを発進させて、平面視略Ｕ字形の小断面トンネル１Ｄ，１Ｅを構築する。図５は、小断面トンネル１Ａ〜１Ｅを構築した段階での図４（ａ）のＷ―Ｗ線の方向の断面図である。
【００５８】
この図５に示すように、この段階では小断面トンネル１Ａ〜１Ｅの間には隙間があって側面間が連結されていないので、それぞれの小断面トンネル１Ａ〜１Ｅ間に小断面トンネル１Ｆ〜１Ｍを構築して隙間を埋める（図６参照）。
【００５９】
この後から構築される小断面トンネル１Ｆ〜１Ｍは、先行して構築された小断面トンネル１Ａ〜１Ｅ間に小断面シールド掘削機１５Ｆ〜１５Ｍを掘進させて構築することができる。
【００６０】
この小断面シールド掘削機１５Ｆ〜１５Ｍは、隣接する小断面トンネル１Ａ〜１Ｅの覆工部１１ａ〜１３ａを切削しながら掘進し、小断面トンネル１Ｆ〜１Ｍの覆工部１１ａ〜１３ａを構築するために流し込まれたコンクリートが切削された小断面トンネル１Ａ〜１Ｅの側面にも流れ込むことで、小断面トンネル１Ａ〜１Ｍの側面間が連結されて一体の小断面トンネル群１０が形成される。
【００６１】
ここで、小断面トンネル１Ｈと小断面トンネル１Ｉとの間は近接しすぎており、小断面トンネル１Ｈを構築するために掘進させた小断面シールド掘削機１５Ｈを折り返して小断面トンネル１Ｉを構築するには旋回可能となるところまで迂回させなければならなくなるため、小断面トンネル１Ｈと小断面トンネル１Ｉとは別々の小断面シールド掘削機１５Ｈ，１５Ｉで往路部１１Ｈ，１１Ｉだけを構築することとする。
【００６２】
また、小断面トンネル１Ｌと小断面トンネル１Ｍについても小断面トンネル１Ｈ，１Ｉと同様にして構築する。
【００６３】
一方、このようにして構築した小断面トンネル群１０の端部の蓋を構成する曲率部１２の内側から、シールド掘削機２１を発進させて先行トンネル２を延伸し、図１に示すように分岐・合流部１００の両側に先行トンネル２を延出させる。
【００６４】
なお、この際はシールド掘削機２１を通過させる曲率部１２の覆工は、鉄筋を配置しないなどして切削可能な状態にしておくのが好ましい。
【００６５】
そして、図１に示すように、復路部１３を掘進して枝トンネル３の側方を通過した後の小断面シールド掘削機１５を折り返させて曲率部１４を構築する。
【００６６】
このように長円状及び直線状の小断面トンネル１，・・・によって構成された小断面トンネル群１０は、地山の全周を囲繞しているので、その内部の地山は周囲の地山から分離されることになってバックホウなどで安全かつ容易に掘削することができる。
【００６７】
この内部掘削によって露出される小断面トンネル群１０の内側面側には、コンクリートを吹き付けたり、別途、鉄筋コンクリート壁を構築したり、支持柱や支持梁を設けたりするなどして分岐・合流部１００の内部構造を完成させればよい。
【００６８】
このような本実施の形態の地中構造物の構築方法によれば、立坑を構築しなくとも地中に小断面トンネル群１０を構築することができる。
【００６９】
このため、立坑の建設費が不要な上に、立坑を建設するための用地を確保する必要がないので、全体の工期及び工事費を大幅に削減することができる。また、ルートを選定する際の制限も少なくなり、地下道路の建設がおこない易くなる。
【００７０】
特に、大深度の地中に分岐・合流部１００を建設するために立坑を構築しなければならないとすれば、工事費及び工期が大幅に増加することになるが、本実施の形態によれば大深度の地中にも経済的に分岐・合流部１００を建設することができる。
【００７１】
また、小断面シールド掘削機１５は、通常のシールドトンネルの施工時と同様に、略水平方向に掘進させればよいので、小断面シールド掘削機１５を上向きに掘進させて上下を反転させて折り返させるなどの特殊な掘進をおこなう必要がなく、姿勢制御が容易で施工性に優れている。
【００７２】
さらに、施工性がよいため正確な位置に小断面トンネル１Ａ〜１Ｍを構築することができ、施工誤差によって小断面トンネル１Ａ〜１Ｍ間に隙間が発生することがない。
【００７３】
そして、枝トンネル３Ａ，３Ｂの構築や、小断面トンネル１Ａ〜１Ｍの構築など、並行しておこなえる工程が多いため、大幅な工期の短縮が可能になる。
【００７４】
以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００７５】
例えば、前記実施の形態では、先行トンネル２の上面及び下面から正面視四角形状の枝トンネル３Ａ，３Ｂを延伸させたが、これに限定されるものではなく、例えば先行トンネル２の左右側面から枝トンネルを延伸させることもできる。この際、先行トンネル２から円弧状に延伸される２本の枝トンネルは、両方とも先行トンネルより上方に向けて構築されるものであっても、両方とも下方に向けて構築されるものであってもよい。さらに、枝トンネル３Ａ，３Ｂの正面視は円形や楕円形など他の形状であってもよい。
【００７６】
また、前記実施の形態では、小断面トンネル群１０を円筒状に形成したが、これに限定されるものではなく、例えば断面視四角形などの多角柱状や馬蹄形状など任意の断面形状に形成することができる。
【００７７】
さらに、前記実施の形態では、１３本の小断面トンネル１Ａ〜１Ｍによって小断面トンネル群１０を構成して地山を囲繞したが、これに限定されるものではなく、小断面トンネル１，・・・の径及び構築する地中構造物の大きさ及び断面形状によって適切な本数を設定すればよい。
【００７８】
また、前記実施の形態では、分岐・合流部１００の長手方向の両端に小断面トンネル１の曲率部１２，１４によって蓋状部を構築したが、これに限定されるものではなく、Ｕ字形の小断面トンネル群の開放側の地山を枝トンネル３内部から凍結や地盤改良によって補強した後に垂直壁を構築したり、枝トンネル３の内側から連続地中壁を構築したりするなど、曲率部１４を設けない構成とすることもできる。
【００７９】
さらに、前記実施の形態では、先行して構築した小断面トンネル１の側面を後行の小断面トンネル１の小断面シールド掘削機１５によって切削して連結させたが、これに限定されるものではなく、例えば最初に構築した断面視円形の小断面トンネルの両側面に、円形の一部が欠損した月形の小断面トンネルを構築したり、円形の両側が欠損した分銅形の小断面トンネルを構築したりして連結をおこなう方法であってもよい。また、小断面トンネル間を地盤改良して連結させる方法であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の最良の実施の形態の地中構造物の概略構成を説明する平面図である。
【図２】分岐・合流部を構築する方法を説明する図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＴ−Ｔ線方向の断面図である。
【図３】分岐・合流部を構築する方法を説明する図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＵ−Ｕ線方向の断面図である。
【図４】分岐・合流部を構築する方法を説明する図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ線方向の断面図である。
【図５】先行する小断面トンネルを構築した後の図４のＷ−Ｗ線方向の断面図である。
【図６】図１のＳ−Ｓ線方向の断面図である。
【図７】曲率部の構築方法を説明するための一部切断平面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１００            分岐・合流部（地中構造物）
１０              小断面トンネル群
１，１Ａ〜１Ｍ    小断面トンネル
１１              往路部
１２              曲率部
１３              復路部
１４              曲率部
１５              小断面シールド掘削機
２                先行トンネル
２１              シールド掘削機
３，３Ａ，３Ｂ    枝トンネル
【図１】
0004566927.tif 000002
【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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