(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキンプレートのテール部内に環状の内側テール部材を設け、該内側テール部材の内周面に沿ってセグメントを組立てるように構成したトンネル掘削機であって、上記内側テール部材の前後部にこの内側テール部材に対するセグメントの競りを調整する複数本の競り調整ジャッキを装着し、これらの競り調整ジャッキのロッド端をスキンプレートの内周面に当接させてロッドを伸縮させることにより内側テール部材をスキンプレートの軸芯に直交する上下左右方向に移動並びに軸方向に傾動させるように構成していることを特徴とするトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスキンプレートのテール部内で内側テール部材を介してセグメントを組み立てると共にこのセグメントをトンネルの掘進に従ってトンネル掘削壁面側に送り出すようにしたトンネル掘削機であって、掘進時に内側テール部材内で組み立てられたセグメントの該内側テール部材に対する競りを自在に調整し得る手段を備えたトンネル掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘削機によってトンネルを築造していく際に、そのトンネル築造途上において駅舎等の大径トンネル覆工部を施工する必要が生じる場合がある。このようにトンネルの築造途上において、大径トンネル覆工部を施工する方法としては、例えば、特開平１０ー１８４２８４号公報に記載しているように、大径トンネル覆工部を築造可能な径を有するトンネル掘削機を用い、通常は該トンネル掘削機の径よりも小径のトンネル覆工部を施工している。
【０００３】
この小径のトンネル覆工部の施工は、上記トンネル掘削機のテール部内に内側テール部材（妻型枠）を装着し、この内側テール部材の内周に沿ってセグメントを順次環状に組立て、この環状のセグメントの前端面に推進ジャッキの推進反力をとりながらトンネル掘削機を掘進することによってトンネル覆工部を築造していくと共に該トンネル覆工部とトンネル掘削壁面との間にモルタル等の固化材を充填することによって行われている。
【０００４】
そして、このトンネル覆工部の築造途上において、大径トンネル覆工部を施工するには、上記内側テール部材の前端面とトンネル覆工部の前端面とを調整セグメントによって一体的に連結し、内側テール部材をテール部から切り離したのち調整セグメントの外周部前面に大径トンネル覆工形成用のセグメントを環状に組み立てゝトンネル掘削機の掘進に従ってトンネル掘削壁面側に送り出し、しかるのち、この大径の環状セグメントに順次同径のセグメントを環状に組立てゝ連結しながらトンネル掘削壁面側に送り出すことにより、所望長の大径トンネル覆工部を築造している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなトンネル施工方法によれば、内側テール部材を使用して該内側テール部材の内周面に沿って環状に組立てたセグメントをトンネル掘削機の掘進に従って後方に送り出す際に、トンネル掘削機が上下方向或いは左右方向に変位すると、内側テール部材がトンネル掘削機のスキンプレートの内周面に一体的に固定されているために、該内側テール部材内で組立てられた上記環状セグメントが内側テール部材の内周面に対してその位置や向きが相対的に変動する所謂、競りが発生し、環状セグメントが内側テール部材の内周面に当接して損傷する虞れがあるばかりでなく、トンネル覆工の施工が困難となる場合が生じることになる。
【０００６】
特に、曲線トンネルの施工時には、図８に示すように、トンネル掘削機1'のスキンプレートの内周面に固定されている上記内側テール部材2'に対して該内側テール部材2'内で組立てた環状セグメントａの向きが交差する方向に傾斜することによって競りが発生し、環状セグメントａの前後端部が内側テール部材2'の内周面に当接して内側テール部材2'や該環状セグメントａが破損する事態が生じる上にトンネル掘削機を計画曲線トンネルに沿って掘進させることが困難となり、曲線トンネルの施工が行えなくなる虞れがあった。
【０００７】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、トンネル掘削機のスキンプレートのテール部内に配設した内側テール部材内でセグメントを環状に組立てたのち、トンネルの掘進に従ってトンネル掘削壁面側に送り出す際に、内側テール部材によって環状セグメントの競りを調整するようにしたトンネル掘削機を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１に係るトンネル掘削機は、スキンプレートのテール部内に環状の内側テール部材を設け、該内側テール部材の内周面に沿ってセグメントを組立てるように構成したトンネル掘削機であって、上記内側テール部材の前後部にこの内側テール部材に対するセグメントの競りを調整する複数本の競り調整ジャッキを装着し、これらの競り調整ジャッキのロッド端をスキンプレートの内周面に当接させてロッドを伸縮させることにより内側テール部材をスキンプレートの軸芯に直交する上下左右方向に移動並びに軸方向に傾動させるように構成している。
【０００９】
【作用及び効果】
トンネル掘削機のテール部内に配設した環状の内側テール部材の内周面に沿って１リング分のセグメントを組み立て、このセグメントを既に組み立てゝトンネル掘削壁面側に送り出している既設のセグメントに接続したのち、セグメントの前端面に推進反力をとってトンネル掘削機を掘進させることにより内側テール部材内で組み立てたセグメントを内側テール部材の内周面に設けているテールパッキンに摺接させながらトンネル掘削機によって掘削された掘削壁面内に送り出し、しかるのち、再び、内側テール部材内でセグメントを組み立てゝ上記同様にトンネル掘削機の掘進に従って掘削壁面側に送り出し、この作業を繰り返し行うことによって掘削壁面の内周面に沿ってセグメント覆工を施工し、該セグメント覆工と掘削壁面との間に形成される空間部にモルタル等の固化材を充填することによって該固化材の固化層を介し、トンネル掘削壁面に強固に支持させたトンネル覆工部を施工する。
【００１０】
このようなトンネル覆工部の施工中において、トンネル掘削機が上下左右に変動した場合、特に、曲線トンネル部を施工時においてトンネル掘削機が計画曲線トンネル方向に掘進した場合、内側テール部材内で環状に組み立てられたセグメントの軸芯に対してスキンプレート内に配設している内側テール部材の軸芯が交差する方向に傾斜して内側テール部材とセグメントとの間に競りが発生しようとするが、内側テール部材がスキンプレートのテール部の内周面にスキンプレートの軸芯に直交する上下左右方向に移動可能に装着されているので、該内側テール部材を上記セグメントと同一軸芯上に且つ同一向きとなるよう移動調整することによって競りによるセグメントと内側テール部材との圧着を防止し、セグメントや内側テール部材の損傷をなくすることができると共に、円滑なトンネル掘削機の掘進とトンネル覆工を可能にし得る。このように、内側テール部材がトンネル掘削機のスキンプレートにおける前後胴部の中折れ装置と同じ機能を発揮するので、曲線トンネルの掘進の施工性が向上するものである。
【００１１】
また、上記競りの調整手段として、内側テール部材の前後部に装着した複数本の競り調整ジャッキで構成しているので、これらの競り調整ジャッキを個別に作動させて内側テール部材の位置や向きを競りの度合いに応じて簡単且つ正確に調整することができると共にこれらのジャッキのストロークを検出して管理することにより、トンネル掘削機に対する内側テール部材の位置及び向きを容易に把握することができる。さらに、競りが生じた場合には、その競っている部分において、セグメントが内側テール部材の内周面に設けているテールパッキンを介して内側テール部材の内周面に押圧する力が増大してその部分に配設しているジャッキの圧力が増加するので、セグメントと競っている位置を正確に検知することができ、該ジャッキのロッドを収縮させることによって内側テール部材の位置や向きを競りを吸収し得る方向に修整することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１は組立セグメントによるトンネル覆工Ａを施工中のトンネル掘削機の簡略縦断側面図であって、トンネル掘削機１はスキンプレート10の開口前端にカッターヘッド11を回転自在に配設していると共にスキンプレート10のテール部10a の内周面に、前後端面間の幅、即ち、トンネル長さ方向の幅がトンネル覆工Ａを形成する環状に組み立てられた一リング分のセグメントA1のトンネル長さ方向の幅よりも大きく形成された環状の内側テール部材２をテール部10a に対して切り離し可能に且つスキンプレートの軸芯に直交する上下左右方向に移動可能に取付けている。
【００１３】
この内側テール部材２は鋼板製であって図２〜図４に示すように、中空に形成されてあり、スキンプレート10の内周面に沿って湾曲した一定の円弧長とスキンプレート10の長さ方向に沿った一定の長さを有する内外湾曲板21、22と、これらの内外湾曲板21、22間の前後端間と両側端間とをそれぞれ一体に連結、固着した前後端面板23、24と両側端面板25、25とからなる１個のセグメント材形状の分割テールピース材2Aを複数個、スキンプレート10の内周面に沿って配設すると共に隣接するテールピース材2A、2Aの対向する側端面板25、25をボルト20によって一体に連結することにより環状に形成されているものである。なお、この内側テール部材２には図示していないが前端面から後端面に貫通する固化材充填用管路が設けられている。
【００１４】
さらに、内側テール部材２の後端部における外周面にスキンプレート10のテール部10aの内周面に摺接させたテールパッキン３を全周に亘って装着していると共に、内周面に環状に組み立てられた上記セグメントA1の外周面に摺接させたテールパッキン４を全周に亘って装着している。また、この内側テール部材２には該内側テール部材２をスキンプレート10のテール部10a に対して上下左右方向並びに傾斜させる方向に移動させて曲線トンネル部の施工時等において発生するセグメントA1の競りに対応させる競り調整手段が配設されている。
【００１５】
この競り調整手段は、内側テール部材２の前端部内に周方向に所定間隔毎（実施例においては上下左右の４箇所）に装着した複数本の前側競り調整ジャッキ５と、後端部内に周方向に所定間隔毎（実施例においては上下左右の４箇所）に装着した複数本の後側競り調整ジャッキ６とからなり、これらの競り調整ジャッキ５、６はその底面を内側テール部材２の上記内周側湾曲板22上に固定し、ロッド5a、6aを外周側湾曲板21に穿設している孔26から外部に突出させてそのロッド端面をスキンプレート10のテール部内周面に押接させるように構成している。
【００１６】
トンネル掘削機１内の適所には図３に示すように、上記前側競り調整ジャッキ５と後側競り調整ジャッキ６とにそれぞれ配管７、８を通じて圧油を供給する油圧ポンプ31、32が設置されていると共に各配管７、８には流量調整弁33、34がそれぞれ設けられている。
【００１７】
また、上記スキンプレート10のテール部10a の内周面に対して内側テール部材２を切り離し可能に且つ上下方向に移動可能に連結する手段としては、図２、図３に示すように、スキンプレート10のテール部10a の内周面と内側テール部材２の前端面との複数個所に、それぞれ互いに係止するフック形状の係止金具9a、9bをボルト・ナット9cによって取り外し可能に固定してなる構造を採用している。
【００１８】
さらに、トンネル掘削機１は図１に示すように、上記スキンプレート10の長さ方向の中間部に円環状の固定壁12を一体に固着し、この固定壁12に周方向に一定間隔毎に複数個の推進ジャッキ13を内外方向に変位可能に支持させていると共に上記カッターヘッド11をスキンプレート10の前端部に張設した隔壁板14に回転自在に支持させて適宜な回転駆動機構（図示せず）によって回転駆動するように構成している。さらに、カッターヘッド11と隔壁板14との間の空間部は掘削土砂取込室15に形成されてあり、この土砂取込室15の下部に機内に設置したスクリューコンベアよりなる土砂排出手段16の開口前端を臨ませ、該土砂排出手段16から排出管等の排出通路を通じて外部に土砂を排出するように構成している。
【００１９】
17はスキンプレート10の適所に穿設した裏込材注入口で、スキンプレート10の外周面の長さ方向に固着している注入管18に連通してあり、この注入管18の開口後端から裏込材Ｂをトンネル掘削機１によって掘削されたトンネル掘削壁面Ｔに向かって注入するように構成している。
【００２０】
このように構成したトンネル掘削機１によって該トンネル掘削機１のスキンプレート10の径よりも小径のトンネル覆工部Ａを施工する場合には、トンネル掘削機１のテール部10a の内周面に沿って環状の内側テール部材２を組立てゝ該内側テール部材２の後端部外周面に装着しているテールパッキン３をテール部10a の内周面に摺接させると共に前端面を係止金具9a、9bによってテール部10a に該内側テール部材２が上下左右方向に移動可能な状態に連結しておく。
【００２１】
そして、この内側テール部材２の内周面に沿って円弧状に湾曲した複数個のセグメント材を組立てることにより外周面を内側テール部材２の内周面に装着しているテールパッキン４に圧接させた環状のセグメントA1を形成し、このセグメントA1を既に組立てられたトンネル掘削壁面側のセグメントA1の前端に一体に接続したのち、内側テール部材２内に組立てた該セグメントA1の前端面に推進ジャッキ13のロッド端を押しつけて該ロッドを伸長させることにより、セグメントA1に推進反力をとってトンネル掘削機１を掘進させる。
【００２２】
トンネル掘削機１の掘進に従って内側テール部材２内のセグメントA1はその外周面を内側テール部材２に装着しているテールパッキン４に摺接させながらトンネル掘削壁面Ｔ側に押し出され、該セグメントA1の前端部外周面がテールパッキン４に摺接した位置まで送りだされた時にトンネル掘削機１を停止させて推進ジャッキ13のロッドを収縮させ、再び、このセグメントA1の前端面に連結させて１リング分のセグメントA1内側テール部材２の内周面に沿って組立てたのちロッドを伸長させてトンネル掘削壁面Ｔ側に送り出す。このように、内側テール部材２内でセグメントA1を順次組み立てながらトンネル掘削機１の一定長のトンネル部掘削毎に掘削壁面Ｔ側に送り出して所望長さのトンネル覆工Ａを形成するものである。
【００２３】
さらに、トンネル覆工Ａの形成時において、セグメントA1を掘削壁面Ｔ側に順次送り出す毎に、該セグメントA1の外周面と掘削壁面Ｔとの間に形成される空間部内に内側テール部材２の前後端面間に貫通した固化材充填用管路を通じてモルタル又はセメントと掘削土砂の一部との混合物よりなる固化材を充填、硬化させて肉厚の固化材層Ｃを形成し、トンネル掘削壁面Ｔに該固化材層Ｃで被覆された小径のトンネル覆工Ａを築造するものである。
【００２４】
セグメントA1の外周面と掘削壁面Ｔとの間の空間部に充填する固化材や掘削地盤側からの土砂、或いは地下水等は、内側テール部材２の後端部における内外周面に装着したテールパッキン３、４によって機内側に浸入するのを阻止される。
【００２５】
このように、内側テール部材２内で組み立てたセグメントA1をトンネル掘削機１による一定長のトンネル部の掘削毎に順次送り出してトンネル覆工Ａを築造していく際に、地質の変動等によってトンネル掘削機１が計画トンネル線から上下左右方向に偏位した場合には、内側テール部材２内で組み立てたセグメントA1の軸芯に対して内側テール部材２の軸芯がズレると共に交差方向に傾斜し、内側テール部材２とセグメントA1との間に所謂、競りが発生する。また、このような競りは、トンネル掘削機１が上記のように計画トンネル線から偏位しなくても、曲線トンネル部の築造時において計画曲線トンネル方向に向きを変えて掘進する場合には特に大きな競りが生じることになる。
【００２６】
即ち、内側テール部材２内で曲線トンネル用のセグメントA1を組み立てたのちトンネル掘削機１を計画曲線トンネルに沿う方向に各推進ジャッキ13のストローク量を調整しながら推進させると、内側テール部材２内のセグメントA1の軸芯に対してトンネル掘削機１の機軸が交差する方向に向きを変えながら曲線トンネル部を掘進する。従って、トンネル掘削機１のスキンプレート10の内周面に装着している内側テール部材２もトンネル掘削機１と同一方向に向き、この内側テール部材２内のセグメントA1が内側テール部材２に対してその向きが相対的に変動する所謂、競りが発生することになる。
【００２７】
この時、予め、内側テール部材２とスキンプレート10との軸芯が合致している状態において、該内側テール部材２の前後部における四方に装着した競り調整ジャッキ５、６のロッドをスキンプレート10のテール部10a の内周面に当接させた状態にしておくと、上記のように競りが発生した場合、例えば、図５、図６に示すように、シールド掘削機１が下向き方向に曲線トンネル部を掘進することによって内側テール部材２に対してセグメントA1が上向きにその位置及び向きを相対的に変位した場合、内側テール部材２の内周側テールパッキン４における下周部にセグメントA1の下周部が強く圧接して内側テール部材２を該セグメントA1と同じ向きにしようとする押圧力が発生し、この押圧力によって内側テール部材２の後部側の下部に装着している競り調整ジャッキ６のロッド6aが圧縮力を受けることになる。
【００２８】
内側テール部材２の前後に装着している上記競り調整ジャッキ５、６の圧力は常時管理されていて圧力検出器（図示せず）により検出されており、従って、圧力が上記のように増大した競り調整ジャッキからセグメントA1と競っている位置を正確に把握できると共に該競り調整ジャッキと他の圧力変動が生じた競り調整ジャッキとの圧力値から競りの大きさと向きを検知することができる。
【００２９】
このように、内側テール部材２と該内側テール部材２内のセグメントA1との間に競りが発生すると、前後の各競り調整ジャッキ５、６のロッド5a、6aを競りの大きさ、向きに応じて所定の油圧力でもって伸長或いは収縮させることにより、内側テール部材２の軸芯の向き及び位置をセグメントA1の軸芯と同じ向き及び位置になるように調整し、曲線トンネル部の掘進中において内側テール部材２内でセグメントA1が内側テール部材２に対してこじれる方向に大きく競りが生じるのを防止しながら且つ競りを調整しながらトンネル掘削機１によって掘削されたトンネル掘削壁面Ｔに上述したようにセグメントA1によるトンネル覆工Ａを築造するものである。
【００３０】
なお、競り調整手段としてジャッキ５、６を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、エアーチューブやエアーバックなどを採用してもよい。また、セグメントA1は円形断面に限らず馬蹄形状、多角形状等の異形断面形状であってもよく、この場合には内側テール部材２の内周面も該セグメントの断面形状に合った形状に形成しておくものである。このように、異形断面形状のセグメントでトンネル覆工Ａを施工する場合には、内側テール部材２内でのセグメントの周方向の妄動が阻止された構造となり、従って、内側テール部材２に装着した競り調整ジャッキ５、６と、内側テール部材２をスキンプレート10のテール部10a に連結した係合部材9a、9bとを介してトンネル掘削機１がローリングするのを防止し得る。
【００３１】
次に、上記トンネル覆工Ａの築造途上において、該トンネル覆工Ａよりも大径のトンネル覆工部A'を築造する場合には、まず、スキンプレート10のテール部10a と内側テール部材２とを連結している係止金具9a、9bをボルト・ナット9cを除去することにより取り外して内側テール部材２をスキンプレート10のテール部10a に沿って摺動可能にすると共に競り調整ジャッキ５、６を内側テール部材２から撤去する。これらの競り調整ジャッキ５、６を撤去するには、そのロッド5a、6aを収縮させて内側テール部材２内に没入させ、内側テール部材２の内周側湾曲板22に対するボルト等により固定手段を外したのち、内側テール部材２の適所に設けている孔を通じて取り出せばよい。なお、競り調整ジャッキ５、６は内側テール部材２にそのまゝ装着しておいてもよい。
【００３２】
次いで図７に示すように、スキンプレート10のテール部10a 内で断面が縦長矩形状の反力受セグメント部材35を組立てゝ該反力受セグメント部材35の後面における外周部と内周部とを内側テール部材２の前端面とセグメントA1の前端面とにそれぞれボルトによって一体に連結したのち、反力受セグメント部材35の外周部前面に推進ジャッキ13のロッド端を押し当てゝ伸長させることによりトンネル掘削機１を掘進させると、反力受セグメント部材35は内側テール部材２及びセグメントA1と共にトンネル掘削壁面Ｔ側に押し出される。
【００３３】
トンネル掘削機１が一定長掘削すると推進ジャッキ13のロッドを収縮させてそのロッド端と反力受セグメント部材35の外周部前面との間の空間部にスキンプレート10の内周面に沿って１リング分の大径セグメントA2を組立て、該大径セグメントA2の後端面を反力受セグメント部材35の外周部前面にボルトによって一体に連結したのち、この大径セグメントA2の前端面に推進ジャッキ13を押し付けて伸長させることによりトンネル掘削機１を掘進させると共に大径セグメントA2を反力受セグメント部材35と内側テール部材２と共にトンネル掘削壁面Ｔ側に送り出す。
【００３４】
この大径セグメントA2の後部がスキンプレート10からトンネル掘削壁面Ｔ側に送り出されると、トンネル掘削機１を停止させて推進ジャッキ13のロッドを収縮させ、再び、１リング分の大径セグメントA2をスキンプレート10の内周面に沿って組立てると共に大径セグメントA2、A2同士を連結したのち、トンネル掘削機１を掘進させると共に大径セグメントA2をトンネル掘削壁面Ｔ側に送り出す。この際、トンネル掘削機１の掘進に従ってトンネル掘削壁面Ｔの内周面に沿って押し出される大径セグメントA2と掘削壁面Ｔとの間の隙間に、スキンプレート10に設けた裏込材注入口17から注入管18を通じて裏込材Ｂを注入して裏込材層を設ける。このようにしてトンネル掘削機１の一定長のトンネル部掘削毎に大径セグメントA2を順次連結しながら掘削壁面Ｔ側に送り出して所望長さの大径トンネル覆工部A'を形成する。
【００３５】
この大径トンネル覆工部A'の施工後、再び、上記小径のトンネル覆工Ａの施工に移るには、大径セグメントA2の後端面に上記反力受セグメント部材35と同大、同形の反力受セグメント部材35の外周部後面をボルトにより一体に連結したのち、スキンプレート10のテール部10a の内周面に沿って新たに環状の内側テール部材２を組立てゝ該内側テール部材２をテール部10a に係止金具9a、9bによって切り離し可能に連結し、この内側テール部材２の内周面に沿って組立てたセグメントA1の後端面を上記反力受セグメント部材35の内周部前面に接合させた状態で推進ジャッキ13のロッド端を該セグメントA1の前端面に押し付け、伸長させることによってトンネル掘削機１を掘進させる。
【００３６】
以下、上述したトンネル覆工Ａの施工方法と同様にして、シールド掘削機１が１リング分のセグメントA1と同一長、掘進する毎に１リング分のセグメントA1を組立て且つ先に組立てたセグメントA1の前面に一体に接続してシールド掘削機１の掘進に従って順次、掘削壁面Ｔ側に押し出していくと共に掘削壁面Ｔと該セグメントA1との間の空間部に固化材を充填して所定長さのトンネル覆工Ａを施工するものである。このトンネル覆工Ａの施工中において、内側テール部材２とセグメントA1との間に競りが発生した場合には、上記同様にして競り調整手段により内側テール部材２の軸芯の向き及び位置をセグメントA1の軸芯の向き及び位置に合致する方向修整しながらトンネルを築造する。なお、上記の説明において、トンネル掘削機は大径のトンネル覆工と小径のトンネル覆工とを併用するものとして説明したが、本発明のトンネル掘削機はこれに限らず、小径のトンネル覆工のみに用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  トンネルを施工しているトンネル掘削機の簡略縦断側面図、
【図２】  スキンプレートのテール部分の縦断側面図、
【図３】  その上周部側の縦断側面図、
【図４】  その縦断正面図、
【図５】  競りが生じた場合の調整を説明するための簡略側面図、
【図６】  その簡略正面図、
【図７】  大径トンネル覆工の施工を説明するための簡略縦断側面図、
【図８】  従来例を説明するための簡略側面図。
【符号の説明】
１  トンネル掘削機
２  内側テール部材
３、４  テールパッキン
５、６  競り調整ジャッキ
10  スキンプレート
10a   テール部
13  推進ジャッキ
Ａ  トンネル覆工
A1  環状セグメント
【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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