(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒体状のシールドフレーム内にて型枠をリング状に組み立て、その型枠とシールドフレームとの間にコンクリートを打設し、組み立てられた型枠に反力を取って前進する掘削機本体と、該掘削機本体の後方のトンネル内に当該掘削機本体から切り離して配置され、組み立てられた型枠をコンクリートが固まった後に取り外す脱型手段とを備え、
上記脱型手段は、トンネル軸方向に走行自在なベース台車と、該ベース台車にトンネル幅方向に移動自在に設けられた第１脱型装置と、上記ベース台車にトンネル周方向に回転自在に設けられた第２脱型装置とを備えたことを特徴とするトンネル覆工装置。
【請求項２】
上記脱型手段は、上下の型枠間に掛け渡された中柱を取り外す第３脱型装置を備えた請求項１記載のトンネル覆工装置。
【請求項３】
上記第３脱型装置は、上記中柱をトンネル後方側で取り外し、取り外した中柱をトンネル前方側に移動して再び上記型枠の内側に組み付けて再利用するものである請求項２記載のトンネル覆工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル覆工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル覆工装置は、筒体状のシールドフレームを有する掘削機本体によって地山を掘削した後、その掘穴を覆工するものである（特開平１０−３２５２９８号公報等）。
【０００３】
この種のトンネル覆工装置として、掘削機本体に、シールドフレーム内にて型枠をリング状に組み立てる機構と、その型枠とシールドフレームとの間にコンクリートを注入・打設する機構と、組み立てられた型枠に反力を取って前進する機構とを設けたものが知られている。リング状に組み立てられた型枠は、注入されたコンクリートが硬化した後、脱型手段によってトンネル内にて取り外され、再利用される。
【０００４】
従来、上記脱型手段は、掘削機本体に取り付けた支持ビームに係合されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、脱型手段が掘削機本体の支持ビームに係合されていると、掘削機本体の前進に伴って脱型手段も前進してしまうため、掘削機本体の前進中に脱型手段によって型枠を取り外すことが困難となる。
【０００６】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、掘削機本体の前進とは無関係に型枠を取り外すことができるトンネル覆工装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るトンネル覆工装置は、筒体状のシールドフレーム内にて型枠をリング状に組み立て、その型枠とシールドフレームとの間にコンクリートを打設し、組み立てられた型枠に反力を取って前進する掘削機本体と、該掘削機本体の後方のトンネル内に当該掘削機本体から切り離して配置され、組み立てられた型枠をコンクリートが固まった後に取り外す脱型手段とを備え、上記脱型手段は、トンネル軸方向に走行自在なベース台車と、該ベース台車にトンネル幅方向に移動自在に設けられた第１脱型装置と、上記ベース台車にトンネル周方向に回転自在に設けられた第２脱型装置とを備えたものである。
【０００８】
本発明によれば、掘削機本体と脱型手段とを切り離したので、脱型手段は、掘削機本体が前進してもその場に止どまることができ、掘削機本体が前進中であってもそれとは無関係に型枠を取り外すことができる。また、上記脱型手段は、トンネル軸方向に走行自在なベース台車と、該ベース台車にトンネル幅方向に移動自在に設けられた第１脱型装置と、上記ベース台車にトンネル周方向に回転自在に設けられた第２脱型装置とを備えているので、横長楕円状の断面のトンネルに好適となる。
【０００９】
また、上記脱型手段は、上下の型枠間に掛け渡された中柱を取り外す第３脱型装置を備えていてもよい。
【００１０】
また、上記第３脱型装置は、上記中柱をトンネル後方側で取り外し、取り外した中柱をトンネル前方側に移動して再び上記型枠の内側に組み付けて再利用するものであってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１２】
図１および図４に示すように、本実施形態に係るトンネル覆工装置１は、筒体状のシールドフレーム２内にて型枠３をリング状に組み立て、その型枠３とシールドフレーム２との間にコンクリートを打設し、組み立てられた型枠３に反力を取って前進する掘削機本体４を有する。シールドフレーム２は、図３に示すように、横長楕円状（馬蹄状）の断面に成形されている。シールドフレーム２内には、フレーム２内を前後にカッタ室５と坑内６とを仕切るようにして隔壁７が設けられている。
【００１３】
隔壁７には、図２にも示すように、切羽を掘削するカッタ８が設けられている。カッタ８は、４個の部分カッタ９からなり、各部分カッタ９が偏心回転機構によって平行リンク運動することで、切羽をシールドフレーム２の断面形状に掘削する。掘削された土砂は、図４に示すカッタ室５に取り込まれた後、スクリューコンベヤ１０によって坑内６に移送され、排土ポンプ１１で加圧され、排土管１２を通ってトンネル入口側へ圧送される（図１参照）。
【００１４】
シールドフレーム２内には、図３に示すように、シールドフレーム２の内周面に沿って鋼枠１３をリング状に組み立て、その鋼枠１３の上に型枠３をリング状に組み立てるエレクタ１４が設けられている。エレクタ１４は、図示はしないが中央に配置された昇降式エレクタとその左右に配置された回転式エレクタとからなり、昇降式エレクタによって図３の上下の鋼枠１３ａ、１３ｅおよび型枠３ａ、３ｅを組み立て、回転式エレクタによって左右の３個の鋼枠１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈおよび型枠３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｆ、３ｇ、３ｈを組み立てる。また、中柱１５は、後述する中柱脱型組立装置２０（第３脱型装置）によって組み立てられる。
【００１５】
鋼枠１３は、鋼板を折り曲げて溶接して成形されており、内部が中空となっている。かかる鋼枠１３の上に型枠３が組み立てられた後、鋼枠１３の内部にはコンクリートが注入・打設される。すなわち、上記エレクタ１４によってシールドフレーム２内にて鋼枠１３をリング状に組み立てその上に型枠３をリング状に組み立てた後、その型枠３によって蓋された鋼枠１３の内部に図示しない充填装置によってコンクリートが充填・打設されるのである。
【００１６】
シールドフレーム２の内部には、図４に示すように、型枠３の端部に当接される推進ジャッキ１６が複数周設されている。推進ジャッキ１６は、鋼枠１３上に組み立てられた型枠３に反力を取って掘削機本体４を前進させるものである。すなわち、型枠３は、図１に示すように、鋼枠１３との摩擦力によって少なくとも掘進機本体４を前進させることができる数だけ、トンネルの軸方向に沿って組み付けられ、最後尾のものが後述する脱型手段３１によって取り外される。
【００１７】
シールドフレーム２には、図１、図４および図６に示すように、後方作業台１７が取り付けられている。後方作業台１７の上部には、トンネルの軸方向に延出された左右一対のビーム１８が設けられている。ビーム１８には、その長手方向に沿ってレール１９が敷設され、レール１９には、中柱脱型組立装置２０（第３脱型装置）が載置されている。中柱脱型組立装置２０は、左右のレール１９、１９上に掛け渡される本体部２１と、各中柱１５を把持してトンネル幅方向に移動させて着脱する把持部２２とを有し、最後尾の中柱１５を取り外して前方に移送し、最前列の型枠３の内側に嵌め込む。
【００１８】
後方作業台１７の下部には、図６および図７に示すように、トンネルの軸方向に延出された左右一対の第１ホイストレール２３が設けられている。第１ホイストレール２３には、吊りビーム２４を介して第１ホイスト２５が吊下されている。第１ホイスト２５は、図７に示すようにトンネル底部に仮置きされた鋼枠３および型枠１３を吊り下げてトンネルの長手方向に移送するものである。
【００１９】
また、スクリューコンベヤ１０は、図６に示すように、左右１本ずつ設けられており、それぞれ排土ポンプ１１を介して排土管１２に接続されている。排土管１２は、図１に示すように、最初はトンネル底部の型枠３上に配置されているが、途中で上方に偏向されてトンネルの上部に配置される。後述する脱型手段３１の第１脱型装置３３との干渉を避けると共に、型枠３の取り外しとの干渉を避けるためである。
【００２０】
後方作業台１７のビーム１８の後端部には、図１および図８に示すように、門型に形成された後方台車２６が３両接続されている。後方台車２６は、図８に示すように、トンネル底部の型枠３上に敷設されたレール２７上を走行する。後方台車２６の上部には、上記中柱脱型組立装置２０用のレール２８が、上記レール１９に繋げて敷設されている。後方台車２６の内部には、図８に示すように、１本の第２ホイストレール２９が設けられ、第２ホイストレール２９には、第２ホイスト３０が吊下されている。第２ホイスト３０は、図８乃至図１１に示すように、鋼枠１３および型枠３をトンネル入口側からトンネル奥側へ搬送するものである。
【００２１】
後方台車２６の後方には、図１および図５に示すように、打設されたコンクリートが固まった後の型枠３を取り外すための脱型手段３１が配置されている。脱型手段３１は、図９および図１０にも示すように、トンネル底部のコンクリートが固まった後の鋼枠１３上をトンネル軸方向に走行するベース台車３２と、ベース台車３２にトンネル幅方向に移動自在に設けられた第１脱型装置３３と、ベース台車３２にトンネル周方向に回転自在に設けられた第２脱型装置３４とを備えている。
【００２２】
ベース台車３２は、図５および図１０に示すように、下方に延出されたブラケット３５を介してトンネル底部中央のコンクリートが固まった後の鋼枠１３上を走行するメインローラ３６を備えると共に、水平方向側方に延出された水平ビーム３７を介してトンネル底部左右のコンクリートが固まった後の鋼枠上を走行するサブローラ３８を備える。メインローラ３６は、主としてベース台車３２に加わる荷重を支持し、サブローラ３８は、主としてベース台車３２の左右の傾き・転倒を抑える。
【００２３】
ベース台車３２の水平ビーム３７には、トンネル幅方向に移動する第１脱型装置３３が設けられている。第１脱型装置３３は、図１０に示すように、上記ビーム３７に係合してトンネルの幅方向に移動する移動台３９と、移動台３９に立設された固定柱４０と、固定柱４０に係合して昇降する昇降台４１と、昇降台４１に回動自在に設けられた回動部４２と、回動部４２に設けられ型枠３を把持する把持部４３とを有する（図１６乃至図１９参照）。水平ビーム３７は、ベース台車３２の最前部に取り付けられている。そして、第１脱型装置３３は、図５に示すように、メインローラ３６が設置される鋼枠１３の上方から前方の型枠３側に延出されている。
【００２４】
ベース台車３２には、第２脱型装置３４が設けられている。第２脱型装置３４は、図５および図１０に示すように、ベース台車３２上に設けられた枠状の支持フレーム４４と、支持フレーム４４内に保持ローラ４５ａを介して回転自在に設けられたリング状の旋回リング４５と、旋回リング４５の周方向の２箇所にそれぞれ前後方向に移動自在に設けられた支持ビーム４６と、各支持ビーム４６の前端に設けられたベース部４７と、ベース部４７に旋回リング４５の接線方向に移動自在に設けられた移動部４８と、移動部４８の先端にピン４９を介して回動自在に取り付けられ型枠３を把持する把持部５０と、把持部５０を移動部４８に対してピン周りに回動させるシリンダ５１とを有する（図１３乃至図１５参照）。
【００２５】
支持フレーム４４には、図１０に示すように、上記排土管１２をトンネル内の高さ方向の略中央部の空中に摺動可能に載置するブラケット５２が設けられている。これにより、排土管１２は、第１脱型装置３３の移動台３９が水平ビーム３７に沿って左右に移動しても、又は第１および第２脱型装置３３、３４によって型枠３・中柱１５を取り外すときにも、邪魔になることはない（図１２乃至図１９参照）。また、図１０に示すように、旋回リング４５には、上述の第２ホイストレール２９が挿通されている。よって、図１に示すように、トンネル内に脱型手段３１が配置されていても、鋼枠１３および型枠３を旋回リング４５をくぐらせて移送することができる。
【００２６】
以上の構成からなる本実施形態の作用について述べる。
【００２７】
本実施形態に係るトンネル覆工装置１の掘削機本体４は、図１および図２に示すように、カッタ８によって切羽を掘削しつつ、既設の型枠３に反力をとる推進ジャッキ１６によって前進する。このように掘削機本体４が前進すると、掘削機本体４に連結された後方作業台１７、第１ホイストビーム２３、第２ホイストビーム２９および後方作業台車２６等が、一体的に前進するものの、掘削機本体４から切り離されている脱型手段３１は、前進することなくその場所に止どまる。よって、掘削機本体４が前進中であってもそれとは無関係に脱型手段３１によって型枠３を容易に取り外すことができる。従って、掘進計画を型枠取外計画と無関係に設定でき、掘進スピードが向上する。
【００２８】
具体的には、図１２に示すように、先ず、中柱１５が取り外される。このとき、中柱脱型組立装置２０（第３脱型装置）は、図２２に示すように、当該装置２０用のレール２８の最後端に移動し、図１２に示すように中柱１５を把持した後に幅方向内側に引き寄せ、型枠３から取り外す。取り外された中柱１５は、中柱脱型組立装置２０がレール２８、１９上を前方に移動することで切羽側に移送され、レール１９の最前端にて図３に示すように再び型枠３の内側に組み付けられ、再利用される。すなわち、中柱１５は、鋼枠１３に充填・打設されたコンクリートが必要な強度を発揮するまでの間、仮の荷重支持部材として機能する。
【００２９】
次に、図１３乃至図１５に示すように、回転式の第２脱型装置３４によって、上部の３個の型枠３ａ、３ｂ、３ｈが取り外される。ここで、本実施形態では、第２脱型装置３４の旋回リング４５の穴に第２ホイストレール２９を挿通させているので、図１に示すようにトンネルの内部に脱型手段３１が介在していても、型枠３および鋼枠１３をトンネルの軸方向に移送することができる。すなわち、第２脱型装置３４の旋回リング４５の穴は、型枠３および鋼枠１３の搬送用のスペースとなる（図１０および図１１参照）。
【００３０】
次に、図１６乃至図１９に示すように、水平移動式の第１脱型装置３３によって、側部および下部の５個の型枠３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇが取り外される。ここで、第１脱型装置３３の移動台３９が水平ビーム３７の端部に移動したとき、移動台３２およびそれが把持する型枠３の自重によってベース台車３２に転倒モーメントが生じるが、そのモーメントは水平ビーム３７の端部に設けたサブローラ３８によって抑えられる。
【００３１】
また、排土管１２は、図１０に示すように、トンネル内の高さ方向の略中央部の空中に位置して、支持フレーム４４のブラケット５２上に摺動可能に載置されているので、移動台３９が左右に移動するときも、または第１・第２脱型装置３３、３４および中柱脱型組立装置２０（第３脱型装置）によって型枠３・中柱１５を取り外すときにも、邪魔になることはない。
【００３２】
このようにして取り外された型枠３は、図１３乃至図１９に示すように一旦トンネル底部に置かれ、第２ホイスト３０によってトンネルの奥側に搬送され、図１および図７に示すようにトンネル底部に仮置きされる。そして、その仮置きされた型枠３は、第１および第２ホイスト２５、３０によって、さらにトンネルの奥側に搬送され、エレクタ１４によって再び図３に示すように鋼枠１３の内側に組み立てられ、再利用される。
【００３３】
すなわち、型枠３は、鋼枠１３に充填・打設されたコンクリートが必要な強度を発揮するまでの間、鋼枠１３を蓋すると共に仮の荷重支持部材として機能し、更に掘削機本体４の推進反力部材として機能する。
【００３４】
中柱１５および型枠３の取り外しを図２０乃至図２５を用いて更に詳述する。
【００３５】
先ず、中柱１５の取り外しに際しては、図２２に示すように、後方台車２６に設けられた中柱脱型組立装置２０（第３脱型装置）用レール２８の最後端が取り外すべき型枠３に対向する位置のとき、図２０に示す上部作業台６０を図２１に示すように折り畳んでその上方に中柱脱型組立装置２０が通過できるようにする。上部作業台６０は、図２２および図２４に示すように、後方台車２６に設けられたビーム６１に移動自在に取り付けられている。
【００３６】
その後、図２２に示すように、中柱脱型組立装置２０が、折り畳まれた上部作業台６０上を通過し、図１２に示すように中柱１５を把持して型枠３から取り外す。ここで中柱脱型組立装置２０が中柱１５を把持した後、図２０に示す中部作業台６２上の作業員およびトンネル底部の作業員（図示せず）が、中柱１５と型枠３とを固定している固定具（ボルト等）を取り外す。中部作業台６２は、図２４および図２５に示すように移動台車６３にトンネル後方に出没自在に設けられている。移動台６３は、図２０及び図２１にも示すように、トンネル底部の型枠３上の左右に敷設されたレール６３上を走行する。
【００３７】
次に、型枠３の取り外しに際しては、図１３に示すように第２脱型装置３４によって上部の型枠３ａを把持した後、図２０に示すように上部作業台６０を上方に展開すると共に図２３に示すように上部作業台６０の左右から突出台６４、６４を後方に突出させ、左右の突出台６４、６４上の作業員によって上部の型枠３ａとそれに隣接する型枠３と固定している固定具（ボルト等）を取り外す。このとき、図２０に示す左右の突出台６４、６４の間に、図１３に示す第２脱型装置３４の把持部５０が位置することになる。
【００３８】
そして、図１４および図１５に示すように、左右上部の型枠３ｂ、３ｈを取り外すときには、第２脱型装置３４によって左右上部の型枠３ｂ、（３ｈ）を把持した後、図２３に示すように後方に突出された上部作業台６０の突出台６４上の作業員および図２４に示すように後方に突出された下部作業台６５上の作業員によって、左右上部の型枠３ｂ、（３ｈ）とそれに隣接する型枠３とを固定している固定具（ボルト等）を取り外す。
【００３９】
このとき、中部作業台６２は、図２５に示すように移動台車６３内に収納されている。すなわち、図１４および図１５における第２脱型装置３４の把持部５０は、図２０において後方に突出された上部作業台６０の突出台６４と下部作業台６５との間に位置し、図２５に示すように移動台車６３内に収納された中部作業台６２と干渉することはない。
【００４０】
そして、図１６および図１７に示すように、左右側部の型枠３ｃ、３ｇを取り外すときには、第２脱型装置３４によって左右上部の型枠３ｃ、（３ｇ）を把持した後、図２４に示すように後方に突出された下部作業台６５上の作業員およびトンネル底部の作業員（図示せず）によって、左右側部の型枠３ｃ、（３ｇ）とそれに隣接する型枠３とを固定している固定具（ボルト等）を取り外す。
【００４１】
そして、図１８および図１９に示すように、底部の型枠３ｄ、３ｅ、３ｆを取り外すときには、第２脱型装置３３によって底部の型枠３ｄ、（３ｅ、３ｆ）を把持した後、トンネル底部の作業員（図示せず）によって、左右側部の型枠３ｄ、（３ｅ、３ｆ）とそれに隣接する型枠３とを固定している固定具（ボルト等）を取り外す。
【００４２】
こうして取り外された中柱１５および型枠３は、中柱脱型組立装置２０（第３脱型装置）および第１・第２ホイストに３０、２５によってトンネル前方で移送され、型枠３はエレクタ１４によって既設鋼枠１３上に組み付けられ、中柱１５は中柱脱型組立装置２０によって型枠３の内側に組み付けられる。
【００４３】
型枠３は、図３において、下部のものから順に上部へ組み付けられていくが、ここで、スクリューコンベヤ１０に固定された図３０および図３１に示す台本体７０に設けた中部作業台７１と下部作業台７２とを適宜前方へ出没させると共に、後方作業台１７に移動自在に設けた上部作業台７３の左右に突出台７４、７４を適宜前方へ出没させることで、エレクタ１４との干渉を避けつつ、型枠３を組み付けていくことができる。すなわち、各台７１、７２、７４上の作業員がエレクタ１４に把持された型枠３をそれに隣接する既設の型枠３にボルト等の固定具によって固定するのである。
【００４４】
そして、最後に図２９に示すように、上部作業台７３を折り畳んだ後、その上方を中柱脱型組立装置２０が通過し、中柱１５を型枠３の内側に嵌め込む。このとき、図３０に示すように突出された中部作業台７１上の作業員が、ボルトで中柱１５を型枠３に固定する。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るトンネル覆工装置によれば、掘削機本体の前進とは無関係に型枠を取り外すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル覆工装置の概要断面図である。
【図２】上記トンネル覆工装置の正面図である。
【図３】上記トンネル覆工装置で組み立てられる鋼枠および型枠の断面図である。
【図４】上記トンネル覆工装置の部分断面図である。
【図５】上記トンネル覆工装置の部分断面図である。
【図６】図１の VI-VI線断面図である。
【図７】図１の VII-VII線断面図である。
【図８】図１の VIII-VIII線断面図である。
【図９】図１の IX-IX線断面図である。
【図１０】図１の X-X線断面図である。
【図１１】図１の XI-XI線断面図である。
【図１２】中柱の取り外しの様子を示す説明図である。
【図１３】型枠の取り外しの様子を示す説明図である。
【図１４】型枠の取り外しの様子を示す説明図である。
【図１５】型枠の取り外しの様子を示す説明図である。
【図１６】型枠の取り外しの様子を示す説明図である。
【図１７】型枠の取り外しの様子を示す説明図である。
【図１８】型枠の取り外しの様子を示す説明図である。
【図１９】型枠の取り外しの様子を示す説明図である。
【図２０】上記トンネル覆工装置の部分断面図である。
【図２１】上記トンネル覆工装置の部分断面図である。
【図２２】上記トンネル覆工装置の部分側断面図である。
【図２３】上記トンネル覆工装置の部分側断面図である。
【図２４】上記トンネル覆工装置の部分側断面図である。
【図２５】上記トンネル覆工装置の部分側断面図である。
【図２６】上記トンネル覆工装置の部分断面図である。
【図２７】上記トンネル覆工装置の部分断面図である。
【図２８】上記トンネル覆工装置の部分側断面図である。
【図２９】上記トンネル覆工装置の部分側断面図である。
【図３０】上記トンネル覆工装置の部分側断面図である。
【図３１】上記トンネル覆工装置の部分側断面図である。
【符号の説明】
１  トンネル覆工装置
２  シールドフレーム
３  型枠
４  掘削機本体
１３  コンクリートが流し込まれる鋼枠
２０  第３脱型装置（中柱脱型組立装置）
３１  脱型手段
３２  ベース台車
３３  第１脱型装置
３４  第２脱型装置
【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】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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