(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発進立坑内においてシールド機の後方側に取り付けられ、シールド機の前進に追従して移動可能とされるとともに、シールド機の前進ステップ毎に推進時反力を支持するための移動式バックアンカー装置であって、
前記バックアンカー装置は、左右両側部に立坑側壁に対して圧着自在とされるグリッパを備えた枠状のバックアンカー本体と、このバックアンカー本体のシールド機がわ面に一体的に設けられ、シールド機からの推進時反力を受けるためのプレスリングとから構成されたことを特徴とする移動式バックアンカー装置。
【請求項２】
前記プレスリングの先端面に対して、シールド機のシールド推進ジャッキが連結されている請求項１記載の移動式バックアンカー装置。
【請求項３】
前記バックアンカー本体は、４つの隅角部ブロックと、これら隅角部ブロックの間に配設されたスペーサブロックとによって組み立てられている請求項１〜２記載の移動式バックアンカー装置。
【請求項４】
前記請求項１〜３記載の移動式バックアンカー装置を用いた立坑からのシールド発進方法であって、
立坑底部にシールド機を組立・設置するとともに、前記シールド機と立坑背面壁との間に前記移動式バックアンカー装置を組立・設置した後、
前記移動式バックアンカー装置のグリッパを立坑側壁に圧着して反力支持を取り、前記シールド機をシールドジャッキにより１ステップ分だけ前進させる第１工程と、
前記移動式バックアンカー装置のグリッパ支持を解放し、移動式バックアンカー装置をシールド機の後方位置まで移動させる第２工程と、
の繰り返しによって前記シールド機を順次前進させることを特徴とするシールド発進方法。
【請求項５】
掘進方向の地山中にアースアンカーを打設し、このアースアンカーの端部を移動式バックアンカー装置に定着させることにより、シールド機前進時の反力補助を取るようにする請求項４記載のシールド発進方法。
【請求項６】
前記移動式バックアンカー装置と立坑背面壁との間に、掘進方向に単一または実質的に直列的に連設したジャッキにより、シールド機前進時の反力補助を取るようにする請求項４記載のシールド発進方法。
【請求項７】
立坑の両側壁に水平配置でブラケット取付鋼材を固定しておき、このブラケット取付鋼材に対して固定される反力ブラケットにより、シールド機前進時の反力補助を取るようにする請求項４記載のシールド発進方法。
【請求項８】
立坑の両側壁に掘進方向に所定の間隔を空けて複数の反力鋼材を鉛直配置で配列固定しておき、移動式バックアンカー装置が移動する各ステップ毎にグリッパを前記反力鋼材の間に嵌合させることにより、シールド機前進時の反力補助を取るようにする請求項４記載のシールド発進方法。
【請求項９】
立坑の鏡面側にロッド支点鋼材を設置するとともに、このロッド支点鋼材に一端が連結された複数の反力ロッドの他端側を移動式バックアンカー本体に定着させることにより、シールド機前進時の反力補助を取るようにする請求項４記載のシールド発進方法。
【請求項１０】
掘進方向に伸縮自在に構成されたジャバラ式反力装置を移動式バックアンカー装置と立坑背面壁との間に設置し、移動式バックアンカー装置の移動に合わせて前記ジャバラ式反力装置を伸長させ、シールド機前進時の反力補助を取るようにする請求項４記載のシールド発進方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来より発進立坑内でシールド機を前進させるために必要とされていた仮組セグメントを不要とし得る移動式バックアンカー装置と、これを用いたシールド発進方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シールド等が発進立坑から発進を開始する際、立坑の背面壁にバックアンカー（支圧壁）を組み立てた後、その前方側（発進方向）に順次仮組セグメントを組み立て、これにシールドジャッキの反力を取りながらシールド機を前進させる方法が一般に採用されている。
【０００３】
具体的には、先ず図３１（Ａ）に示されるように、地盤中に断面略方形状の立坑５０を構築した後、立坑５０の背面壁にバックアンカー５１を構築するとともに、上方が開口している仮組セグメント５２、５２…を順次設置し、これに反力を取りながらシールド機Ｍを前進させている。また、シールド機Ｍの前進に伴い、シールド機Ｍの後方側に枕木５３、５３…を設置するとともに、この枕木５３，５３…上に左右一対のレール５４、５４を敷設する。図３１（Ｃ）に示されるように、シールド機Ｍがさらに掘進し、掘削後に順次設置される本セグメントと地山との摩擦抵抗が増大し、シールド機Ｍの反力が立坑５０に影響しなくなったならば、図３２（Ａ）に示されるように、一旦前記仮組セグメント５２，５２…、バックアンカー５１、レール５４…、枕木５３…を撤去し、図３２（Ｂ）に示されるように、ステージ鋼材５５、５５…を設置するとともに、このステージ鋼材５５，５５…の上に本レール５６、５６を敷設する。この本掘進に移行するまでの掘進工程は、通常「初期掘進」と呼ばれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、今までの初期掘進方法では、常識的にシールド機Ｍの前進のために仮組セグメントが必要とされていた。この仮組セグメントは、上方を開口として設置されるセグメントであり、初期掘進時には、この仮組セグメントに形成された幅狭の上部開口から種々の資材、機材の搬出入やズリ出し等を行わなければならず、作業に大幅な制約を受けるために作業そのものが非常に非効率となっている。通常、初期掘進から本掘進への段取り替えに１〜２ヶ月の期間を要する場合があり、平均掘進効率の低下原因の一つとなっている。
【０００５】
また、前記バックアンカー５１は、シールドの外径寸法に合わせて製作されるため他に転用することができず、使用後は解体処分とされていたため、資材としての無駄が多い。一方、仮組セグメントについては、解体後に整備・再使用されることが多いが、特にＲＣセグメントの場合には、解体時の衝撃などにより欠損やクラックなどの発生が見られ、転用するに当たって修繕費が嵩むなどの問題がある。さらに仮組セグメント解体時には、シールド機の推力を受けていたこと、および専用機がないことなどから解体作業には危険が伴うなどの問題がある。
【０００６】
他方、図３３に示されるように、シールド機Ｍとバックアンカー５１との間に仮支保工分の設置スペースを必要とする。この仮支保工の設置スペース寸法Ｌは、たとえば下水道設計積算要領〔管路施設（シールド編）〕（社団法人  日本下水道協会）によれば、トンネルの仕上がり内径が４７５０mm以上の場合、約仮組セグメントの２リング分に相当する２２００mmの長さを必要とする。すなわち、従来法の場合には、立坑５０の断面寸法を決定するに当たり、当初から前記仮支保工分の設置スペース分の容積を見込まなければならず、その分大きな立坑形状となっていた。近年の都市土木では、用地面積を十分に確保できる条件の場合の方がむしろ少なく、立坑用地をできる限り小さくできるものが望まれている。
【０００７】
そこで本発明の主たる課題は、従来必要とされていた仮組セグメントを不要として初期掘進の作業効率の向上、低コスト化および安全性の向上を図るとともに、立坑サイズの縮小化を図り得るようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明は、発進立坑内においてシールド機の後方側に取り付けられ、シールド機の前進に追従して移動可能とされるとともに、シールド機の前進ステップ毎に推進時反力を支持するための移動式バックアンカー装置であって、
前記バックアンカー装置は、左右両側部に立坑側壁に対して圧着自在とされるグリッパを備えた枠状のバックアンカー本体と、このバックアンカー本体のシールド機がわ面に一体的に設けられ、シールド機からの推進時反力を受けるためのプレスリングとから構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
この場合において、前記プレスリングの先端面に対して、シールド機のシールド推進ジャッキを連結し、所謂テレスコ推進によって前記シールド機およびバックアンカー装置を交互に移動させるようにするのが望ましい。もちろん、前記移動式バックアンカー装置を自走可能あるいは他の移動手段によって移動させることもできる。
【００１０】
また、前記バックアンカー本体は、４つの隅角部ブロックと、これら隅角部ブロックの間に配設されたスペーサブロックとによって組み立てられている構造とすることによって、前記スペーサブロックのサイズ変更によって任意のトンネル径に対応し得るようになるとともに、少なくとも前記隅角部ブロックについては転用が可能となり資材の無駄を無くすことができる。
【００１１】
一方、前記移動式バックアンカー装置を用いた立坑からのシールド発進方法は、立坑底部にシールド機を組立・設置するとともに、前記シールド機と立坑背面壁との間に前記移動式バックアンカー装置を組立・設置した後、
前記移動式バックアンカー装置のグリッパを立坑側壁に圧着して反力支持を取り、前記シールド機をシールドジャッキにより１ステップ分だけ前進させる第１工程と、
前記移動式バックアンカー装置のグリッパ支持を解放し、移動式バックアンカー装置をシールド機の後方位置まで移動させる第２工程と、
の繰り返しによって前記シールド機を順次前進させることを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記移動式バックアンカー装置のみではシールド機からの反力に耐えきれないと想定される場合には、後述する各種の反力補助方法を併用することが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を作業工程に従いながら図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る初期掘進工程（その１）の平面図である。本発明では地盤中に構築された発進立坑２の底部に対して、シールド機Ｍを組立・設置した後、このシールド機Ｍの後方側に移動式バックアンカー装置１（以下、移動バックアンカーという。）が組立・設置される。
【００１４】
前記発進立坑２の底面には、図２に示されるように、予めシールド受台３が設置され、このシールド受台３の上面に左右一対のシールド機用レール４，４が敷設されるとともに、その外側位置に同じく左右一対の移動バックアンカー用レール５，５が敷設され、これら各レール４，５…にそれぞれ荷重を預けて前記シールド機Ｍおよび移動バックアンカー１が載置される。また、図３０を参照すれば判るように、本初期掘進方法によれば、シールド機Ｍの背面側には、余裕代とバックアンカー分のスペースを取れば十分であり、図３３に示される従来方法と比較して仮支保工分のスペースが不要となる。
【００１５】
前記移動バックアンカー１は、詳細には図４〜図６に示されるように、バックアンカー本体１０と、これのシールド機Ｍ側に一体的に付設されたリング形状のプレスリング１１とから構成されている。
【００１６】
前記バックアンカー本体１０は、中央に空間を有する枠状部材であり、左右両側部にそれぞれ上下２段に亘って、内設されたグリッパジャッキ１３，１３によって進退自在とされるグリッパ１２Ａ〜１２Ｄを備えており、シールド機Ｍの前進に際して、前記グリッパ１２Ａ〜１２Ｄを立坑側壁に対して圧着させて推進反力を取るようになっている。また、バックアンカー本体１０は、隅角部ブロック１０Ａ〜１０Ｄと、これら隅角部ブロック１０Ａ〜１０Ｄの間に配設されたスペーサブロック１４Ａ〜１４Ｄとによって組み立てられており、前記スペーサブロック１４Ａ〜１４Ｄのサイズ変更によって任意のトンネル径のものに対応し得るようになっている。したがって、図７に示される組み立て例を最小サイズとして、工事対象毎のトンネル径に合わせて前記スペーサブロック１４Ａ〜１４Ｄを製作すれば、巾広い径に適用可能となっている。なお、下側隅角部ブロック１０Ｃ、１０Ｄの下面に設けられた切欠き１０ｃ、１０ｄは、図３を見れば判るように、シールド機用レール４，４のための設置空間を確保するためのものである。
【００１７】
一方、前記プレスリング１１は、前記バックアンカー本体１０に一方側端面が連結固定された断面多角形状の中間プレスリング１５と、この中間プレスリング１５の先端側に固設された断面円形状の先端プレスリング１６とから構成されている。前記中間プレスリング１５は、前記バックアンカー本体１０と同様に、リングブロック１５Ａ，１５Ｂ…の間にそれぞれプレスリングスぺーサ１７Ａ、１７Ｂ…を介在させて構成されており、シールド機Ｍのスキンプレート内径に応じて径を任意に変更できるようになっている。なお、先端プレスリング１６については、トンネル径に応じて製作された所定径のリング部材でトンネル工事毎に製作されるものである。
【００１８】
前記移動バックアンカー１の組立て完了状態では、図８に示されるように、シールド機Ｍの内周部に多数配設されたシールド推進ジャッキ１８，１８…のピストン先端が前記先端プレスリング１６に対して連結される。
【００１９】
前記シールド機Ｍの推進は、前記移動バックアンカー１との連携による、テレスコ推進である。図９に示されるように、前記移動バックアンカー１のグリッパ１２Ａ〜１２Ｄを立坑側壁に圧着させて位置を固定したならば、これを反力部材として前記シールド推進ジャッキ１８，１８…を伸長させてシールド機Ｍを掘進方向に前進させる。次いで、移動完了後、前記グリッパ１２Ａ〜１２Ｄによる反力支持を解放した後、シールド推進ジャッキ１８，１８…を収縮させることにより前記移動バックアンカー１をシールド機Ｍの後方位置まで引き寄せる。この工程の繰り返しにより、シールド機Ｍと移動バックアンカー１とが交互に前進される。なお、前記移動バックアンカー１に自走装置を取付け、あるいは他の移動手段により、前記移動バックアンカー１をシールド機Ｍとは別に移動させるようにすることもできる。
【００２０】
シールド機Ｍの推進に当たっては、スキンプレートの後方端に設けられたテールシール１９，１９が傷付かないように配慮しながらジャッキ操作が行われる。すなわち、図１０（Ａ）の状態からシールド推進ジャッキ１８を伸長させてシールド機Ｍを前進させる際、図１０（Ｂ）に示されるように、シールド推進ジャッキ１８の伸長量を、先端プレスリング１６とテールシール１９とが接触しないように１ストローク長を制限している。
【００２１】
前述要領によりシールド機Ｍおよび移動バックアンカー１を交互に前進させ、前記移動バックアンカー１の背面側に空間が空いたならば、図１１に示されるように、順次ステージング鋼材２０が所定の間隔で配設されるとともに、掘進方向に２条の本レール２１，２１が敷設される。
【００２２】
前記シールド機Ｍおよび移動バックアンカー１の移動が進み、移動バックアンカー１が発進坑口位置に到達したならば、図１２に示されるように、前記移動バックアンカー１を発進坑口に残したままでシールド機Ｍのみが本セグメント２２，２２…を組み立てながら掘進する。
【００２３】
その後、図１４に示されるように、シールド機Ｍの掘進が進み、本セグメント２２，２２…と地山との摩擦抵抗が増大し、シールド機Ｍの掘進反力が発進立坑２に影響しなくなった段階で、前記移動バックアンカー１を撤去する。
【００２４】
ところで、前記シールド機Ｍが発進立坑２内を推進する際、移動バックアンカー１のみではシールド機Ｍからの反力に耐えきれない場合がある。このような場合には、後述する種々の反力補助方法により不足分の反力を補うことができる。
【００２５】
先ず、第１の方法として、図１５および図１６に示されるアースアンカー式補助工法は、シールド掘進方向側の立坑壁面より前方地山中に、好ましくは全ネジロッドによるアースアンカー２３，２３…を打設し、これら各アースアンカー２３，２３…の一端端側をバックアンカー本体１０に挿通し、その背面側において定着用ナット２４，２４…により定着し、シールド機Ｍの反力の一部を前記アースアンカー２３，２３…に分担させる方法である。
【００２６】
前記移動バックアンカー１の前進に合わせて前記定着用ナット２４，２４…をシールド掘進方向に螺進させるようにし、シールド機Ｍの前進時には、移動バックアンカー１の背面に前記定着用ナット２４，２４…を定位させ反力点とする。なお、前記定着用ナット２４に代えてセンターホールジャッキを用いれば、このセンターホールジャッキの駆動により前記移動バックアンカー１を前進させることもできる。
【００２７】
次いで、第２の方法として図１７〜図２０に示される後方ジャッキ式補助工法は、先ず図１７に示されるように、移動バックアンカー１が所定量だけ前進したならば、バックアンカー本体１０と背面立坑壁との間に第１背面ジャッキ２５，２５…を設置し、図１８に示されるように、シールド機Ｍが前進する際の反力の一部を前記第１背面ジャッキ２５，２５…に分担させる。次いで、移動バックアンカー１が１ストローク分、前方に移動した段階においても第１背面ジャッキ２５，２５…のピストンを伸長させてバックアンカー本体１０に当接させ、次ステップのシールド機推進の際にも前記第１背面ジャッキ２５，２５…により反力補助をおこなうようにする。その後、さらに移動バックアンカー１が前進し、前記第１背面ジャッキ２５，２５…では追従できなくなったならば、図２０に示されるように、一旦前記第１背面ジャッキ２５，２５…を縮め、中間受け鋼材２６を設置するとともに、この中間受け鋼材２６とバックアンカー本体１０との間に、前記第１背面ジャッキ２５と実質的に直列配置となるように第２背面ジャッキ２７，２７…を設置してシールド機Ｍの反力部材とする。
【００２８】
さらに第３の方法として、図２１および図２２に示されるブラケット式補助工法は、左右それぞれの側において、上下段のグリッパ１２Ａ、１２Ｃ（１２Ｂ、１２Ｄ）との間の空間位置にＨ鋼などのブラケット取付鋼材２８，２８を水平配置で立坑側壁に固定しておき、このブラケット取付鋼材２８，２８の所定位置、具体的にはバックアンカー本体１０を背面で支える位置に図示しないボルト等により反力ブラケット２９，２９を固定し、シールド機Ｍの推進時の反力を分担させる方法である。
【００２９】
第４の方法として、図２３および図２４に示される反力鋼材式補助工法は、発進立坑２の両側壁にそれぞれ鉛直配置で、かつ掘進方向に所定間隔でＨ鋼などの反力鋼材３０，３０…を配列固定しておき、移動バックアンカー１が移動する各ステップ毎にグリッパ１２Ａ，１２Ｂ…を前記反力鋼材３０，３０…の間に嵌合させ、シールド機Ｍの推進時反力の一部を分担させる方法である。
【００３０】
第５の方法として、図２５および図２６に示されるロッド式補助工法は、立坑の鏡面側にロッド支点鋼材３１を固定するとともに、このロッド支点鋼材３１に一端が連結された複数の反力ロッド３２，３２…の他端側をバックアンカー本体１０の側部に貫通させ、その背面側で定着用ナット３３，３３…により定着し、シールド機Ｍの推進に際して前記反力ロッド群３２，３２…に反力を分担させる方法である。
【００３１】
第６の方法として、図２７〜図２９に示されるジャバラ式反力装置による方法は、掘進方向に伸縮自在に構成されたジャバラ反力装置３４をバックアンカー本体１０と立坑背面壁との間に設置し、バックアンカー本体１０の進行に合わせて前記ジャバラ装置３４を伸長させるようにしてシールド機Ｍの推進時反力を前記ジャバラ反力装置３４に分担させるようにするものである。前記ジャバラ装置３４は、弦材を連続Ｘ字状となるようにヒンジ連結した面材を左右一対として構成された伸縮自在装置であり、伸縮操作は上下ヒンジ間を連結するように設けられた鉛直配置の油圧ジャッキ３５，３５によって成される。
【００３２】
シールド機Ｍの反力が比較的小さい場合には、前記油圧ジャッキ３５，３５…により十分な反力支持が可能であるが、前記油圧ジャッキ３５が受ける軸力は構造的に隣接する斜弦材の合成応力となる関係上、反力が大きい場合には、図２８に示されるように、隣接するヒンジ間を連結する水平配置の油圧ジャッキ等を設けてこれに反力を支持させるようにするとよい。また、移動バックアンカー１の上下グリッパ１２Ａ、１２Ｃとの間に噛咬グリッパ３７を設けるとともに、図２９に示すように、立坑側壁面に水平板状の噛板３８を配置し、移動バックアンカー１の移動ステップの各段階で前記噛咬グリッパ３７によって噛板３８を狭持するようにして反力補助を取ることもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳説のとおり本発明によれば、従来必要とされていた仮組セグメントを不要とすることができ、初期掘進時における大幅な作業効率の向上、低コスト化を図り得るようになるとともに、仮組セグメント解体作業が無くなるため安全性が向上する。また、従来より必要とされていた仮支保工分の設置スペースが不要となるため、立坑サイズの縮小化も同時に達成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る初期掘進工程（その１）の平面図である。
【図２】図１のII−II線矢視図である。
【図３】図１のIII−III線矢視図である。
【図４】移動バックアンカー１の平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線矢視図である。
【図６】図４のVI−VI線矢視図である。
【図７】移動バックアンカーの最小サイズ時の正面図である。
【図８】組立完了状態を示す一部破断平面図である。
【図９】本発明の係る初期掘進工程（その２）の平面図である。
【図１０】テールシール部のテレスコ推進要領図である。
【図１１】本発明に係る初期掘進工程（その３）の平面図である。
【図１２】本発明に係る初期掘進工程（その３）の断面図である。
【図１３】図１１のXIII−XIII線矢視図である。
【図１４】本発明に係る初期掘進工程（その４）の平面図である。
【図１５】反力補助工法の第１例を示す平面図である。
【図１６】図１５のXVI-XVI 線矢視図である。
【図１７】反力補助工法の第２例を示す手順図（その１）である。
【図１８】反力補助工法の第２例を示す手順図（その２）である。
【図１９】反力補助工法の第２例を示す手順図（その３）である。
【図２０】反力補助工法の第２例を示す手順図（その４）である。
【図２１】反力補助工法の第３例を示す平面図である。
【図２２】図２１のXXII−XXII線矢視図である。
【図２３】反力補助工法の第４例を示す手順図（その１）である。
【図２４】反力補助工法の第４例を示す手順図（その２）である。
【図２５】反力補助工法の第５例を示す断面図である。
【図２６】図２５のXXVI−XXVI線矢視図である。
【図２７】反力補助工法の第６例を示す手順図（その１）である。
【図２８】反力補助工法の第６例を示す手順図（その２）である。
【図２９】反力補助工法の第６例に係る平面図である。
【図３０】本発明の場合の立坑平面寸法図である。
【図３１】従来の初期掘進方法の手順図（その１）である。
【図３２】従来の初期掘進方法の手順図（その２）である。
【図３３】従来法の場合の立坑平面寸法図である。
【符号の説明】
１…移動バックアンカー、２…発進立坑、３…レール受台、４…シールド機用レール、５…移動バックアンカー用レール、１０…バックアンカー本体、１０Ａ〜１０Ｄ…隅角部ブロック、１１…プレスリング、１２Ａ〜１２Ｄ…グリッパ、１３…グリッパジャッキ、１４Ａ〜１４Ｄ…スペーサブロック、１５…中間プレスリング、１５Ａ〜１５Ｄ…リングブロック、１６…先端プレスリング、１７Ａ〜１７Ｄ…プレスリングスペーサ、１８…シールド推進ジャッキ、１９…テールシール、２３…アースアンカー、２４…定着用ナット、２５…第１背面ジャッキ、２６…中間受け鋼材、２７…第２背面ジャッキ、２８…ブラケット取付鋼材、２９…反力ブラケット、３０…反力鋼材、３２…反力ロッド、３３…定着用ナット、３４…ジャバラ反力装置、３７…噛咬グリッパ、３８…噛板、Ｍ…シールド機
【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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【図３２】
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【図３３】
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