(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削したトンネル内に覆工体を組み立てて推進されるシールド掘進機のテールシール装置であって、
シールド本体の後部内周面に、先端部が覆工体の外周面に摺接する複数のシール材を周方向に沿って取り付け、
前記シール材の外周部で複数層にシール材が重ね合わされた部位に、作動部がシール材の外面に当接可能な可動ブロックと、該可動ブロックを駆動して作動部をシールド本体の略法線方向に出退させる加圧駆動手段とを設け、
前記加圧駆動手段により可動ブロックを駆動して作動部により複数層に重ね合わされたシール材を覆工体に加圧してシールするように構成した
ことを特徴とするシールド掘進機のテールシール装置。
【請求項２】
掘削したトンネル内に、通常断面覆工体と、通常断面覆工体の一部が膨出する膨出部を有する異型断面覆工体とを連続して組み立てるシールド掘進機のテールシール装置であって、
シールド本体の後部内周面に、異型断面覆工体の組立時に異型断面覆工体の外周面に摺接する主シール材を設けるとともに、通常断面覆工体の組立時に前記膨出部に対応するシールド本体内に設置された妻枠部材に、通常断面覆工体に摺接する副シール材を設け、
前記主シール材と副シール材の連結部の外周部に配置されて、作動部が重ね合わされた主シール材と副シール材に当接可能な可動ブロックと、該可動ブロックを駆動して作動部をシールド本体の略法線方向に出退させる加圧駆動手段とを設け、
前記加圧駆動手段により可動ブロックを駆動して、作動部により互いに重ね合わされた主シール材と副シール材と覆工体に押し付けるように構成した
ことを特徴とするシールド掘進機のテールシール装置。
【請求項３】
可動ブロックは、シールド本体に法線方向に垂直な面内に回転軸心を有する回動カムブロックにより構成され、
加圧駆動手段は、前記回動カムブロックを所定範囲で回動可能な直線駆動装置により構成された
ことを特徴とする請求項１または２記載のシールド掘進機のテールシール装置。
【請求項４】
主シール材および副シール材をそれぞれシールド軸心方向に複数本配置するとともに、各シール材にそれぞれ可動ブロックと加圧駆動手段とを設け、
前記可動ブロックと加圧駆動手段とを周方向に複数組配置することにより、覆工体に対応して各可動ブロックの押付け力および押付け量の少なくとも一方をそれぞれ調整可能に構成した
ことを特徴とする請求項２または３記載のシールド掘進機のテールシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド本体内の後部でセグメントを組み立てて推進するシールド掘進機において、シールド本体とセグメントとの隙間を止水するシールド掘進機のテールシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばシールド本体のスキンプレートとセグメントとの隙間をシールするものとして、合成ゴムなどのやわらかい材質のものを使用すると、磨耗が激しいため、金属製のワイヤ束をシール材として使用し、このシール材をスキンプレートの内面に周方向に取り付けて、中心側後方に向けて傾斜させ、セグメントの外面に摺接させている。
【０００３】
そのシール材のシール性を向上させるために、シール材の前後面にばね板を取り付けることにより、弾性による押付け力を増加させるものが提案されているが、セグメントとスキンプレートとの隙間が広くなった場合に対処できないため、たとえば特開平８−１８４２９５号にシール材を積極的に変形させてシール性能を向上されるものが提案されている。
【０００４】
すなわち、このテールシール装置は、図１１に示すように、スキンプレート５１の内面に周方向のシール材５２がシールド軸心方向に一定間隔をあけて複数列配置され、各シール材５２の後部に環状パッド５３を配置し、これら環状パッド５３をロッド５４を介してシールド軸心方向に移動させるシリンダ装置５５を設けたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、環状パッド５３によりシール材５２の中央部を前方に押圧して変形させるが、一般的にシールド本体の後部に取り付けられるシール材は、ほぼシールド軸心方向に伸びているため、環状パッド５３をシールド軸心方向に移動させる構造では、パッド５３によりシール材５２を押圧することが困難である。また、シール材５２の弾性力を利用して先端部をセグメント５６に押付ける構造のため、高圧の泥水に対するシール性が低く、信頼性に欠けるという問題があった。
【０００６】
また、特に複数のシール材が重なるような特殊な部分でのシール性能が十分に得られないという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決して、簡単な構造で覆工体とシールド本体テール部との隙間を良好にシールできて泥水の浸入を効果的に防止できるシールド掘進機のテールシール装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、掘削したトンネル内に覆工体を組み立てて推進されるシールド掘進機のテールシール装置であって、シールド本体の後部内周面に、先端部が覆工体の外周面に摺接する複数のシール材を周方向に沿って取り付け、前記シール材の外周部で複数層にシール材が重ね合わされた部位に、作動部がシール材の外面に当接可能な可動ブロックと、該可動ブロックを駆動して作動部をシールド本体の略法線方向に出退させる加圧駆動手段とを設け、前記加圧駆動手段により可動ブロックを駆動して作動部により複数層に重ね合わされたシール材を覆工体に加圧してシールするように構成したものである。
【０００８】
上記構成によれば、加圧駆動手段により可動ブロックを駆動して作動部を略法線方向に突出させ、シール材を覆工体に押付けるので、周辺部に比べてシールド本体と覆工体との隙間が変化していたり、覆工体のずれにより隙間が変動しても、隙間を効果的にシールすることができ、シール性を向上することができる。また、可動ブロックにより複数層に重ねあわされたシール材を覆工体との間で加圧することで、より効果的にシールすることができ、泥水の浸入を確実に防止することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、掘削したトンネル内に、通常断面覆工体と、通常断面覆工体の一部が膨出する膨出部を有する異型断面覆工体とを連続して組み立てるシールド掘進機のテールシール装置であって、シールド本体の後部内周面に、異型断面覆工体の組立時に異型断面覆工体の外周面に摺接する主シール材を設けるとともに、通常断面覆工体の組立時に前記膨出部に対応するシールド本体内に設置された妻枠部材に、通常断面覆工体に摺接する副シール材を設け、前記主シール材と副シール材の連結部の外周部に配置されて、作動部が重ね合わされた主シール材と副シール材に当接可能な可動ブロックと、該可動ブロックを駆動して作動部をシールド本体の略法線方向に出退させる加圧駆動手段とを設け、前記加圧駆動手段により可動ブロックを駆動して、作動部により互いに重ね合わされた主シール材と副シール材と覆工体に押し付けるように構成したものである。
【００１２】
上記構成によれば、通常断面覆工体と、膨出部を有する異型断面覆工体とを連続して組み立てる場合、異型断面覆工体の組立時には、異型断面覆工体とシールド本体との隙間を、主シール材を周方向に連続させることにより、良好なシールが得られる。しかし、通常断面覆工体の組立時に、膨出部に対応するシールド本体に生じた空洞部に妻枠部材を設置し、この妻枠部材に通常断面覆工体に摺接する副シール材を設けることにより、通常断面覆工体の外周部に沿ってシールすることができる。ところで、上記構成では、主シール材と副シール材との連結部は、周辺部と隙間の空間形状が変化することが多く、また覆工体の変位により隙間が大きく変化した場合、単に主シール材と副シール材が重なるだけでは、シールの信頼が低いが、本発明では、可動ブロックと加圧駆動手段とを用いて、覆工体との間に主シール材と副シール材とを重ねて押付け加圧することで、変化の大きい連結部で良好なシール性を得ることができ、泥水の浸入を効果的に防止することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、可動ブロックは、シールド本体に法線方向に垂直な面内に回転軸心を有する回動カムブロックにより構成され、加圧駆動手段は、前記回動カムブロックを所定範囲で回動可能な直線駆動装置により構成されたものである。
【００１４】
上記構成によれば、直線駆動装置により回動カムブロックを回動させてその作動部を法線方向に出退させるので、簡単な構造で確実にシール材を覆工体に押付けることができ、シール性能を向上させることができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の構成において、主シール材および副シール材をそれぞれシールド軸心方向に複数本配置するとともに、各シール材にそれぞれ可動ブロックと加圧駆動手段とを設け、前記可動ブロックと加圧駆動手段とを周方向に複数組配置することにより、覆工体に対応して各可動ブロックの押付け力および押付け量の少なくとも一方をそれぞれ調整可能に構成したものである。
【００１６】
上記構成によれば、覆工体の周方向およびシールド軸心方向の変更や変化に対応して、各可動ブロックの作動部の押付け力および押付け量の少なくとも一方をそれぞれ制御して追従させることにより、主シール材と副シール材との連結部をさらに良好にシールすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るシールド掘進機のテールシール装置の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
【００１８】
図１に示すように、このシールド掘進機１は、シールド本体２の前部に配置された複数のカッタヘッド３Ａ〜３Ｃにより、一方の側部が突出する膨出部１０ｂを有する異型断面トンネルを掘削するもので、シールド本体２内の後部に設けられたエレクタ装置６（図３）により、通常掘削部で円形断面セグメント（通常断面覆工体）Ｓｃと、拡幅部で膨出部Ｓ２を有する異型断面セグメント（異型断面覆工体）Ｓｗとを組み立てるものである。そして、通常掘削部で円形断面セグメントＳｃを組み立てて掘進する途中の拡幅部で、異型断面のセグメントＳｗを組み立てて掘進することで、円形断面トンネルの組立途中に、退避路線などに使用される拡幅部を有する異型断面トンネルを連続して組立することができる。なお円形断面のセグメントＳｃを組み立てる時に生じる異型断面トンネルの空洞部は間詰め材により埋め戻される。
【００１９】
シールド掘進機１を図２〜図５を参照して簡単に説明する。
シールド本体２の前部には、大口径トンネルを掘削する主カッタヘッド３Ａがシールド軸心Ｏ周りに回転自在に配置され、また主カッタヘッド３Ａの後部でシールド軸心Ｏから偏心した位置に、側方部から一部が三日月状に突出する膨出部を掘削する副カッタヘッド３Ｂが圧力隔壁４に回転自在に配置されている。さらに副カッタヘッド３Ｂの後部で、上下の主カッタヘッド３Ａと副カッタヘッド３Ｂの外周交差部に、トンネル内壁面を滑らかに接続するためにコーナ部を掘削するコーナ用カッタヘッド３Ｃ，３Ｃが回転自在に配置されている。そして、シールド本体２内に配置された複数のカッタ回転駆動装置５，５により回転機構を介して主カッタヘッド３Ａ、副カッタヘッド３Ｂおよびコーナ用カッタヘッド３Ｃ，３Ｃがそれぞれ所定方向に所定速度で回転駆動される。また、シールド本体２の後部には、円形断面のセグメントＳｃおよび異型断面のセグメントＳｗをそれぞれ組み立てるエレクタ装置６が装備されている。７は圧力隔壁４内の掘削土砂を後方に搬送するスクリュー式排土装置、８はセグメントＳｃ，Ｓｗを反力受けとしてシールド本体２を推進する推進ジャッキである。
【００２０】
シールド本体２のスキンプレート１０は、主カッタヘッド３ａにより掘削されて円形トンネルに沿う主円弧部１０ａと、副カッタヘッド３ｂにより掘削される膨出部に沿う膨出円弧部（膨出部スキンプレート）１０ｂと、外周側に中心を配置して主円弧部１０ａと膨出円弧部１０ｂとを接続する凹状円弧部（分岐部のスキンプレート）１０ｄと、コーナ用カッタヘッド５により掘削されるトンネルに沿って凹状円弧部１０ｄを覆うコーナー円弧部１０ｃ，１０ｃとで異型断面に形成されている。そして、円形断面のセグメントＳｃを組み立てる通常掘削時には、膨出円弧部１０ｂ内に、円形断面のセグメントＳｃとの残部空洞部を埋める妻枠部材９が設置される。
【００２１】
本発明に係るテールシール装置１１は、主円弧部１０ａの後端部内面に沿ってシールド軸心Ｏ方向に所定間隔をあけて複数列（図面では３列）に取り付けられており、異型断面セグメントＳｗの主円弧部Ｓ１と膨出円弧部１０ｂにわたって連続されて摺接する複数列（図面では３列）の主シール材１２と、膨出円弧部１０ｂに対応して妻枠部材９の後部内面に沿って取り付けられて円形断面セグメントＳｃの前記膨出部Ｓ２の対応する対応円弧部Ｓ３に摺接する複数列（図面では３列）の副シール材１３と、副シール材１３の両端部で主シール材１２との連結部に配置される加圧シール部１４とで構成される。
【００２２】
これら主シール材１２の前中後段の主シール列１２ａ〜１２ｃおよび前中後段の副シール材１３ａ〜１３ｃは、それぞれ金属製ブラシ内にグリース剤を充填して構成され、スキンプレート１０の後部内面に取り付けられて外周側前方から内周側後方に傾斜され、先端部がセグメントＳｃ，Ｓｗにそれぞれ摺接される。また主シール材１２はスキンプレート１０の主円弧部１０ａおよび膨出円弧部１０ｂの内面に周方向にわたって連続して取り付けられている。副シール材１３は、妻枠部材９の後部内面に沿って取り付けられ、図１０に示すように、両端の連結部で後段副シール列１３ｃの端部から湾曲部を介して前方に折り曲げられた接続副シール列１３ｄにより、前段副シール列１３ａ、中段副シール列１３ｂ、後段副シール列１３ｃが端部で重なり合って連結されている。
【００２３】
図７に示すように、スキンプレート１０のコーナー円弧部１０ｃ内で主円弧部１０ａと膨出円弧部１０ｂとを接続する凹状円弧部１０ｄに加圧シール部１４が設けられている。この加圧シール部１４は、凹状円弧部１０ｄに各主シール列１２ａ〜１２ｃの外側にそれぞれ対応して切欠き部（切欠き穴）２１Ａ〜２１Ｃが形成され、凹状円弧部１０ｄの外面で切欠き部２１Ａ〜２１Ｃの左右両側にブラケット２２が設けられるとともに支持部材２３がそれぞれ取付けられている。
【００２４】
そして前記ブラケット２２には、各シール列１２ａ〜１２ｃ，１３ａ〜１３ｃに対応して、接線方向の支持ピン２４を介して側面視が略Ｌ字形の複数（図では３個）の回動カムブロック（可動ブロック）２５Ａ〜２５Ｃが回動自在に支持され、前記支持部材２３と回動カムブロック２５Ａ〜２５Ｃの各受動端２５ｂとの間に直線駆動機構（加圧駆動手段）である加圧シリンダ２６Ａ〜２６Ｃがそれぞれ連結配置されている。そして、加圧シリンダ２６Ａ〜２６Ｃにより回動カムブロック２５Ａ〜２５Ｃを所定角度範囲で回転することにより、作動端（作動部）２５ａを切欠き部２１から略法線方向に出退させて重なり合った各シール列１２ａ〜１２ｃ，１３ａ〜１３ｃをそれぞれ外面側から押圧するように構成される。
【００２５】
これら主シール列１２ａ〜１２ｃの各回動カムブロック２５Ａ〜２５Ｃは、異型断面セグメントＳｗの組立時には動作されず、円形断面セグメントＳｃの組立時に、油圧供給源（図示せず）から加圧シリンダ２６Ａ〜２６Ｃに油圧が供給され、加圧シリンダ２６Ａ〜２６Ｃの進展室の油圧を検出して、この油圧が一定値または所定値となるように制御することにより、各回動カムブロック２５Ａ〜２５Ｃの作動端２５ａにより一定または所定の加圧力で各主シール列１２ａ〜１２ｃおよび副シール列１３ａ〜１３ｃを押圧してシールするように構成される。あるいは、加圧力に代えて作動端２５ａの位置または加圧シリンダ２６Ａ〜２６Ｃの出退量を検出して、作動端２５ａの出退量を制御してもよい。
【００２６】
上記構成において、複数のカッタヘッド３Ａ〜３Ｃにより異型断面のトンネルを掘削し、エレクタ装置６により円形断面セグメントＳｃを組み立てつつ、推進ジャッキ８により円形断面セグメントＳｃを反力受けとして推進させ、さらに副カッタヘッド３Ｂにより掘削されたトンネルの膨出部に間詰め材が充填される。
【００２７】
この時、スキンプレート１０の膨出円弧部１０ｂの内面には、妻枠部材９が装着されており、妻枠部材９に設けられた副シール材１３が円形断面セグメントＳｃの対応円弧部Ｓ３に摺接され、円形断面セグメントＳｃとシールド本体２の隙間がシールされる。そして主シール材１２と副シール材１３が連結される連結部では、加圧シール部１４により、加圧シリンダ２６Ａ〜２６Ｃに油圧が供給されて各回動カムブロック２５Ａ〜２５Ｃが回動され、作動端２５ａが突出されることにより所定圧で主シール材１２を加圧し、作動端２５ａと円形断面セグメントＳｃとの間で主シール材１２と主シール材１２に重なり合う副シール材１３とが所定圧で加圧され圧縮される。これにより、主シール材１２と副シール材１３との連結部におけるシール性能を向上させ、地山から泥水が流入するのが効果的に防止される。
【００２８】
拡幅部まで掘削すると、掘削を停止して妻枠部材９を撤去し、膨出円弧部１１Ｂ内に、最初に端面セグメントＳｗａを介して異型断面セグメントＳｗの膨出部Ｓｗを組み立てる。この時、シールド本体２のスキンプレート１０と異型断面セグメントＳｗとは、周方向に連続する主シール材１２によりシールされるので、加圧シール部１４が作動されることはない。
【００２９】
拡幅部が終了すると、掘削を停止して妻枠部材９を組み立て、通常掘削部と同様にして掘削が開始される。
上記実施の形態によれば、シールド掘進機により異型断面トンネルを掘削し、異型断面トンネル内に円形断面セグメントＳｃを組み立てる場合には、スキンプレート１０の膨出円弧部１０ｂ内に組み立てられた妻枠部材９に、円形断面セグメントＳｃの対応円弧部Ｓ３に摺接する副シール材１３を設け、この副シール材１３と主シール材１２との連結部を加圧シール部１４を設け、加圧シリンダ２６Ａ〜２６Ｃにより回動カムブロック２５Ａ〜２５Ｃを回動して作動端２５ａを突出させ、主シール材１２および副シール材１３を円形断面セグメントＳｃに押付けて加圧するので、副シール材１３と主シール材１２の連結部を良好に接続して、地山からの泥水の浸入を効果的に防止することができる。
【００３０】
また加圧シリンダ２６Ａ〜２６Ｃによりそれぞれ回動される回動カムブロック２５Ａ〜２５Ｃが各シール列１２ａ〜１２ｃ，１３ａ〜１３ｃごとに配置されるとともに、周方向に複数に分割されることから、シールド本体２と円形断面セグメントＳｃとのずれにも精度良く対応して止水することができるとともに、円形断面セグメントＳｃと異型断面セグメントＳｗ間でのシールド軸心Ｏ方向の断面の変化にも各シール列１２ａ〜１２ｃ，１３ａ〜１３ｃごとに十分に対応することができ、主副シール材１２，１３を効果的に加圧することができ、これにより良好にシールすることができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態では、円形断面セグメントＳｃと異型断面セグメントＳｗとを連続して組み立てるシールド掘進機に採用して、加圧シール部１４を副シール材１３と主シール材１２の連結部に配置したが、これに限定されるものではなく、セグメントＳｃ，Ｓｗの変形やシールド本体２の姿勢変向などに起因して、スキンプレート１０とセグメントＳｃ，Ｓｗとの隙間の変動が周方向部分に適用することができる。また加圧シール部１４により主シール材１２と副シール材１３とを重ねた状態で加圧してセグメントＳｃに押付けたが、１層のシール材であっても、シール効果を向上させることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、加圧駆動手段により可動ブロックを駆動して作動部を略法線方向に突出させ、シール材を覆工体に押付けるので、周辺部に比べてシールド本体と覆工体との隙間が変化していたり、覆工体のずれにより隙間が変動しても、隙間を効果的にシールすることができ、シール性を向上することができる。また可動ブロックにより複数層に重ねあわされたシール材を覆工体との間で加圧することにより、より効果的にシールすることができ、泥水の浸入を確実に防止することができる。
【００３４】
請求項２記載の発明によれば、通常断面覆工体と、膨出部を有する異型断面覆工体とを連続して組み立てる場合、異型断面覆工体の組立時には、異型断面覆工体とシールド本体との隙間を、主シール材を周方向に連続させることにより、良好なシールが得られる。しかし、通常断面覆工体の組立時に、膨出部に対応するシールド本体に生じた空洞部に妻枠部材を設置し、この妻枠部材に通常断面覆工体に摺接する副シール材を設けることにより、通常断面覆工体の外周部に沿ってシールすることができる。ところで、上記構成では、主シール材と副シール材との連結部は、周辺部と隙間の空間形状が変化することが多く、また覆工体の変位により隙間が大きく変化した場合、単に主シール材と副シール材が重なるだけでは、シールの信頼が低いが、本発明では、可動ブロックと加圧駆動手段とを用いて、覆工体との間に主シール材と副シール材とを重ねて押付け加圧することで、変化の大きい連結部で良好なシール性を得ることができ、泥水の浸入を効果的に防止することができる。
【００３５】
請求項３記載の発明によれば、直線駆動装置により回動カムブロックを回動させてその作動部を法線方向に出退させるので、簡単な構造で確実にシール材を覆工体に押付けることができ、シール性能を向上させることができる。
請求項４記載の発明によれば、覆工体の周方向およびシールド軸心方向の変更や変化に対応して、各可動ブロックの作動部の押付け力および押付け量の少なくとも一方をそれぞれ制御して追従させることにより、主シール材と副シール材との連結部をさらに良好にシールすることができる。
【００３６】
請求項５記載の発明によれば、覆工体の周方向およびシールド軸心方向の変更や変化に対応して、各可動ブロックの作動部の押付け力および押付け量の少なくとも一方をそれぞれ制御して追従させることにより、主シール材と副シール材との連結部をさらに良好にシールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るテールシール装置を具備したシールド掘進機の実施の形態を示し、その掘進状態を説明する全体斜視図である。
【図２】同シールド掘進機の正面図である。
【図３】同シールド掘進機の側面断面図である。
【図４】同シールド掘進機の円形断面セグメント組立状態を示す背面断面図である。
【図５】同シールド掘進機の異型断面セグメント組立状態を示す背面断面図である。
【図６】図４に示すＡ部拡大図である。
【図７】図５に示すＢ部拡大図である。
【図８】図６に示す加圧状態のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】図７に示すＥ−Ｅ断面図である。
【図１０】図８に示すＦ−Ｆ断面図である。
【図１１】従来のテールシール装置を示す側面断面図である。
【符号の説明】
Ｏ    シールド軸心
Ｓｃ  円形断面セグメント
Ｓｗ  異型断面セグメント
Ｓ１  主円弧部
Ｓ２  膨出部
Ｓ３  対応円弧部
１    シールド掘進機
２    シールド本体
３Ａ  主カッタヘッド
３Ｂ  副カッタヘッド
３Ｃ  コーナ用カッタヘッド
９    妻枠部材
１０    スキンプレート
１０ａ  主円弧部
１０ｂ  膨出円弧部
１０ｃ  コーナ円弧部
１１  テールシール装置
１２    主シール材
１２ａ〜１２ｃ  主シール列
１３    副シール材
１３ａ〜１３ｃ  副シール列
１４    加圧シール部
２１Ａ〜２１Ｃ    切欠き部
２４    支持ピン
２５Ａ〜２５Ｃ  回動カムブロック
２６Ａ〜２６Ｃ  加圧シリンダ
【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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