(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に細長いトンネルの左右両側に中柱を掛け渡してトンネルの内部空間を上下三段に分け、その下部空間からセグメントを搬入し、中部空間を通して掘削土砂を搬出し、上部空間を作業者の通路として用いるようにしたトンネル構築方法。
【請求項２】
シールド掘進機内の上下にそれぞれセグメント組立用のエレクタを設け、その後方のトンネル内部空間が上下三段に分けられ、上記下部空間から搬入されたセグメントをトンネル内部の中部空間に設けられた中継手段を介して上部エレクタ又は下部エレクタに受け渡すようにした請求項１記載のトンネル構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機を用いたトンネルの構築方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機を用いて特に上下に細長いトンネルを掘る場合にはトンネルの左右両側に中柱を掛け渡して補強しながら掘削する場合がある。このような掘削方法のうち中柱を上下二段に掛け渡す場合は、中柱によってトンネルの内部空間が上下方向三段に分けられてしまうため、作業空間を特に効率的に利用する必要がある。このため、上下三段の各空間を用途別に区別して利用する方法が用いられており、具体的には、上部空間が土砂の排出のために利用され、中部空間がセグメントの搬入のために利用され、下部空間が作業員の移動のために利用されている。
【０００３】
これは、中部空間をセグメントの搬入のための空間として利用することにより人手によってセグメントをエレクタに取り付ける作業を容易なものとすると共に土砂を外部に排出するスクリューコンベアを上方に傾斜させることで土砂の排出を容易にするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各空間はトンネルの左右両側に掛け渡された中柱により区切られているだけであり、作業員が行き来する通路の上方をセグメントや土砂等の重量物が移動するため、万一セグメントが移動中の台車等から落下したり土砂がトンネル内に流出したりすると、トンネルの床面を破損させたり通路を塞いだりする虞があり、また、重量物であるセグメントを人手によってエレクタに取り付けるため、作業が困難であるという課題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、万一セグメントが移動中の台車等から落下したり土砂がトンネル内に流出してもトンネルの床面を破損させたり通路を塞いだりせず、セグメントのエレクタへの取付作業が容易なトンネル構築方法を提供することにある。
【０００６】
【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は、上下に細長いトンネルの左右両側に中柱を掛け渡してトンネルの内部空間を上下三段に分け、その下部空間からセグメントを搬入し、中部空間を通して掘削土砂を搬出し、上部空間を作業者の通路として用いるようにしたものである。
【０００７】
また、シールド掘進機内の上下にそれぞれセグメント組立用のエレクタを設け、その後方のトンネル内部空間が上下三段に分けられ、上記下部空間から搬入されたセグメントをトンネル内部の中部空間に設けられた中継手段を介して上部エレクタ又は下部エレクタに受け渡すようにするとよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【０００９】
なお、本実施の形態におけるセグメントには、図８乃至図９に示すように６種類の形状のものがあるが、いずれかを特定しない場合には単に「セグメント」というものとする。
【００１０】
図１に示すように、トンネル６０の内部は、複数の中柱６１が左右の側面に掛け渡されている。それぞれの中柱６１は、掘進方向に所定の間隔を隔てると共に上下方向に所定の間隔を隔てて設けられており、トンネル６０の内部空間を上下方向三段に分けるように掘進方向に向けて並行に設けられている。これらの空間のうち下部に位置される下部空間６２は、後述するセグメント移送手段５を用いてセグメント４を搬入する空間であり、その上に位置される中部空間６３は、後述するスクリューコンベア９を用いて掘削土砂を搬出する空間であり、上部に位置される上部空間６４は、作業者の通路として用いる空間である。
【００１１】
図１乃至図４に示すように、トンネル構築装置１は、正面視上下に細長い矩形形状のシールドフレーム２を有するシールド掘進機３と、セグメント４をシールド掘進機３内に搬入するセグメント移送手段５と、セグメント移送手段５によりシールド掘進機３内に搬入されたセグメント４をシールド掘進機３内のトンネル組立手段６に受け渡す中継手段７とからなる。
【００１２】
シールド掘進機３は、セグメント４をトンネル壁８に継ぎ足してトンネル６０を組み立てるトンネル組立手段６と、掘削土砂を後方に排出するスクリューコンベア９と、シールド掘進機３の移動手段であるシールドジャッキ１０とをその内部に有し、図示しないカッタでシールド掘進機３の正面の土砂を掘削しながらシールドジャッキ１０でトンネル壁８の前端（掘進方向を前方とする）を後方に押して前進するようになっている。
【００１３】
トンネル組立手段６は、シールドフレーム２内の上下にそれぞれ設けられたエレクタ１１，１２からなる。
【００１４】
これらエレクタ１１，１２のうちシールドフレーム２内の上部に設けられた上部エレクタ１１は、トンネル６０の天井から上部側面までの範囲にセグメント４を組み付けるためのものであり、セグメント４を係脱自在に係合させる係合部１３と、係合部１３を前後方向に移動自在に支持する第１支持部１４と、第１支持部１４を正面視上下左右方向に回動自在に支持する第２支持部１５と、第２支持部１５を正面視左右方向に移動自在に支持する第３支持部１６と、第３支持部１６を上下方向に移動自在に支持する第４支持部１７とからなる。
【００１５】
第１支持部１４は、係合部１３を前後方向に移動させるための第１シリンダ１８を有し、油圧シリンダである第１シリンダ１８を伸縮させることにより係合部１３を前後方向にスライド自在に支持するガイド体（図示せず）に沿って前後方向に係合部１３を移動させるようになっている。
【００１６】
第２支持部１５は、第１支持部１４を回動可能に支持すると共に、第１支持部１４を回動させるためのモータ１９を有し、モータ１９を駆動させることにより第１支持部１４に一体的に設けられた歯車２０を回動させ、第１支持部１４ごと係合部１３を回動させるようになっている。
【００１７】
第３支持部１６は、シールドフレーム２の左右両側に掛け渡され第２支持部１５を左右方向に移動可能に支持するガイドレールに、第２支持部１５を移動させるための第２シリンダ２１を設けてなるものであり、第２シリンダ２１を伸縮させることにより第２支持部１５を左右方向に移動させることができるようになっている。
【００１８】
第４支持部１７は、シールドフレーム２の上端から下方に垂下されて設けられ第３支持部１６を上下方向に移動可能に支持するガイドレールに、第３支持部１６を移動させるための第３シリンダ（図示せず）を設けてなるものであり、第３シリンダを伸縮させることにより第３支持部１６を上下方向に移動させることができるようになっている。
【００１９】
下部エレクタ１２は、トンネル６０の床から下部側面までの範囲にセグメント４を組み付けるための装置であり、セグメント４を係脱自在に係合させる係合部１３と、係合部１３を前後方向に移動自在に支持する第１支持部１４と、第１支持部１４を正面視上下左右方向に回動自在に支持する第２支持部１５と、第２支持部１５を上下方向に移動自在に支持する第５支持部２３と、第５支持部２３を正面視左右方向に移動自在に支持する第６支持部２４とからなる。
【００２０】
係合部１３、第１支持部１４及び第２支持部１５は、上部エレクタ１１のものと同様のものであり、上部エレクタ１１と同様に作動するようになっている。
【００２１】
第５支持部２３は、シールドフレーム２の下端から上方に起立して設けられ第３支持部１６を上下方向に移動可能に支持するガイドレールに、第３支持部１６を移動させるための第４シリンダ（図示せず）を設けてなるものであり、第４シリンダを伸縮させることにより第３支持部１６を上下方向に移動させることができるようになっている。
【００２２】
第６支持部２４は、シールドフレーム２の左右両側に掛け渡され第５支持部２３を左右方向に移動可能に支持するガイドレールに、第５支持部２３を移動させるための第５シリンダ２６を設けてなるものであり、第５シリンダ２６を伸縮させることにより第６支持部２４を左右方向に移動させることができるようになっている。
【００２３】
スクリューコンベア９は、図示しないカッタの下部後方から後上方に向けて設けられており、カッタの下部後方から取り込んだ土砂をシールド掘進機３の後方に送り出すようになっている。
【００２４】
セグメント移送手段５は、シールドフレーム２の後方に構築されるトンネル６０の下部空間６２に敷設される軌道２７と、その軌道２７上をセグメント４を載置して走行する複数のセグメント台車２８と、これらセグメント台車２８から受け渡されるセグメント４を中継手段７に受け渡す供給台車２９，２９とからなり、トンネル６０内の左右両側にそれぞれ並行に設けられている。
【００２５】
軌道２７は、左右一対のレールからなり、トンネル６０内後方からシールドフレーム２内に向けて敷設されている。
【００２６】
セグメント台車２８は、トンネル６０内後方から供給台車２９へセグメント４を搬送するための台車であり、セグメント４を前方へ送出自在に載置するコンベア（図示せず）と、コンベア上に載置されたセグメント４を側方へ転倒させないように支持する側部支持板３１とを有する。側部支持板３１は、セグメント台車２８のトンネル６０中央側の側端から上方に起立して設けられており、セグメント４をトンネル６０中央側に倒してセグメント台車２８から落下させないようになっている。また、セグメント台車２８は、それぞれ前後方向一列に連結されており、コンベア上のセグメント４を互いに受け渡すことができるようになっている。
【００２７】
コンベアは、無限軌道（キャタピラ）式のものであり、セグメント４の受け渡しを円滑かつセグメント４に負担をかけずに行えるように、互いのスプロケット（図示せず）を機械的に連結して輸送速度に差が生じないようになっている。
【００２８】
供給台車２９は、セグメント４を中継手段７に受け渡すリフト台３２と、リフト台３２を前方に移動させながら上昇させるための第６シリンダ３３とを有した台車であり、軌道２７の前端近傍の位置に配置されている。
【００２９】
リフト台３２は、供給台車２９の上に配置されたセグメント４を載置させるための台であり、リフト台３２のトンネル６０中央側の側端にはセグメント４を側方へ転倒させないようにするための支持板３４が起立して設けられている。第６シリンダ３３は、供給台車２９に設けられる油圧シリンダであり、その一端を供給台車２９に固定されると共に他端をリフト台３２の支持板３４に回動自在に取り付けられている。また、第６シリンダ３３は、支持板３４に取り付けられる上端側を前方に傾斜させて供給台車２９に固定されており、第６シリンダ３３を伸長させることでリフト台３２を前方に押し出しながらリフト台３２の前端を上方に押し上げ、第６シリンダ３３を縮退させることでリフト台３２を供給台車２９上に戻すようになっている。
【００３０】
中継手段７は、中部空間６３の前端近傍に配置されるセグメント供給装置３５であり、トンネル６０の左右両側にそれぞれ配置されている。このセグメント供給装置３５は、セグメント４を把持して上方に旋回させるためのアーム３６と、このアーム３６を上下方向に旋回させるための第７シリンダ３７と、これらアーム３６及びアクチュエータ３７を支承する基台３８とからなる。
【００３１】
アーム３６は、前後方向に長い棒状体であり、その両端を前後に突出させて基台３８に回動自在に取り付けられ、その両端を上下方向に揺動させることができるようになっている。そして、アーム３６は、前端にセグメント４を係脱自在かつ回動自在に把持する把持部３９が設けられ、後端に第７シリンダ３７の一端が回動自在に連結されている。また、アーム３６には把持部３９を回動させるためのモータ４３が設けられている。モータ４３は、その回転軸にスプロケット（図示せず）を有し、モータ４３を駆動させることにより図示しないチェーンを介して把持部３９を回動させるようになっている。
【００３２】
第７シリンダ３７は、一端をアーム３６の後端に連結されると共に他端を基台３８に回動自在に連結される油圧シリンダであり、伸長させることによりアーム３６の後端を上方に向けて回動させ、縮退させることによりアーム３６の後端を下方に向けて回動させるようになっている。
【００３３】
基台３８は、走行可能な台車４０にアーム３６を支持するための支持部４１を上方に起立して設けてなるものである。台車４０は、前後方向に走行可能なものであり、台車４０の後端近傍には第７シリンダ３７が回動自在に連結されている。支持部４１は、側面視三角形状の２枚の厚板４２，４２からなり、これら厚板４２，４２の頂部にはアーム３６が図示しない回転軸を介して前後方向に回動自在に連結されている。
【００３４】
次に作用を述べる。
【００３５】
シールド掘進機３にて土砂を掘削しながら掘削した穴にセグメント４を組み付けてトンネル６０を構築する場合、シールド掘進機３で掘り出された土砂をスクリューコンベア９を用いてトンネル６０の中部空間６３を通して外部に排出し、セグメント４をトンネル６０の下部空間６２に設けられたセグメント移送手段５を用いてシールド掘進機３内に搬入する。また、シールド掘進機３で作業する作業員はトンネル６０の上部空間６４を歩いて外部と行き来する。
【００３６】
このとき、たとえ何等かの原因によりセグメント４が移動中のセグメント台車２８から落下したり、土砂がトンネル６０内に流出しても、セグメント４は下部空間６２を移送されるものであるためトンネル６０の床面を破損させることはなく、上部空間６４を作業員の通路とするため通路が塞がれることもない。このため、人手による復旧作業等を妨げることはなく、重量物が通路上に落下することもない。
【００３７】
セグメントの組付けは、図８乃至図９の（ａ）から（ｆ）の順序で行う。そして、この順序の組付けを掘削方向に移動しながら繰り返すことによりトンネル６０を構築する。
【００３８】
これを詳細に説明すれば、まず、図８（ａ）に示すように、トンネル６０の床面を形成する床部セグメント５０をシールドフレーム２内の左右方向中央の底部に組み付ける。このとき、床部セグメント５０は、左側のセグメント供給装置３５から下部エレクタ１２に渡され、下部エレクタ１２がその係合部１３を下方に向かせるように矢印７０の方向に回動されることにより所定の向きに向かされ、そのまま矢印７１の方向に降下される。
【００３９】
そして、図８（ｂ）に示すように、トンネル６０の右下部側面を形成する右下部セグメント５１を組み付ける。このとき、右下部セグメント５１は、右側のセグメント供給装置３５から下部エレクタ１２に渡され、右側方（矢印７２の方向）に移動されたのち矢印７３の方向に降下され、所定の位置に組み付けられる。
【００４０】
その次は、図８（ｃ）に示すように、トンネル６０の左下部側面を形成する左下部セグメント５２を組み付ける。このとき、左下部セグメント５２は、左側のセグメント供給装置３５から下部エレクタ１２に渡され、左側方（矢印７４の方向）に移動されたのち矢印７５の方向に降下され、所定の位置に組み付けられる。
【００４１】
次に、図９（ｄ）に示すように、トンネル６０の右上部側面を形成する右上部セグメント５３を組み付ける。このとき、右上部セグメント５３は、右側のセグメント供給装置３５から上部エレクタ１１に渡され、矢印７６の方向に上昇されたのち右側方（矢印７７の方向）に移動され、所定の位置に組み付けられる。
【００４２】
そして、図９（ｅ）に示すように、トンネル６０の天井面を形成する天井部セグメント５４を組み付けられた右上部セグメント５３の上部左側面に組み付ける。このとき、天井部セグメント５４は、左側のセグメント供給装置３５から上部エレクタ１１に渡され、上部エレクタ１１がその係合部１３を上方に向かせるように矢印７８の方向に回動されることにより所定の向きに向かされ、そのまま矢印７９の方向に上昇される。
【００４３】
そして最後に、図９（ｆ）に示すように、トンネル６０の左上部側面を形成する左上部セグメント５５を組み付ける。このとき、左上部セグメント５５は、左側のセグメント供給装置３５から上部エレクタ１１に渡され、矢印８０の方向に上昇されたのち左側方（矢印８１の方向）に移動され、所定の位置に組み付けられる。
【００４４】
次に、セグメント４を組み付ける際の作用を詳細に説明する。
【００４５】
まず、トンネル６０後方にてそれぞれのセグメント台車２８のコンベア（図示せず）上に右下部セグメント５１を含むセグメント４を載置した後、セグメント台車２８を供給台車２９と近接する位置までトンネル６０の下部空間６２を走行させる。このとき、それぞれのセグメント４は、セグメント台車２８上に起立させて載置させ、それぞれ並行に走行するセグメント台車２８同志の走行を妨げないようにする。また、走行させている間にセグメント台車２８が多少揺れることもあるが、セグメント台車２８のトンネル６０の中央側の側端に側部支持板３１が上方に起立して設けられており、かつ、セグメント台車２８がトンネルの壁面に沿って走行するものであるため、セグメント４が側方に倒れて落ちることはない。
【００４６】
そして、セグメント台車２８が軌道２７の前端近傍の位置に配置された供給台車２９に近接したら、セグメント台車２８上のコンベアを駆動させてセグメント４を供給台車２９上に移載する。このとき、コンベアは各々連結されて回転するため、先頭のセグメント台車２８上に載置されたセグメント４が供給台車２９上に移載されると共に、それぞれ後続のセグメント台車２８上に載置されたセグメント４が直前に位置するセグメント台車２８上に移載される。また、各々のコンベアには速度差が生じないため、セグメント４が移載される際に移載先のコンベアとセグメント４との間に摩擦は起こらず、セグメント４は円滑に移載されることとなる。
【００４７】
供給台車２９上にセグメント４が移載されたらコンベアを停止させ、図５に示すように、第６シリンダ３３を伸長させてリフト台３２を前方に押し出しながらリフト台３２の前端を上方に持ち上げる。このとき、リフト台３２は、後端を供給台車２９上を滑りながら前方に向けて水平移動させ、前端を上方に上げた状態に傾斜させる。そして、リフト台３２上のセグメント４は、セグメント供給装置３５のアーム３６に接近されることとなる。
【００４８】
セグメント４がアーム３６に十分に近接したら、把持部３９にセグメント４を把持させ、図６に示すように、第７シリンダ３７を縮退させてセグメント４を上方（矢印８２の方向）に旋回させる。このとき、第７シリンダ３７を縮退させることによりアーム３６の後端側が下方に引き下げられると共に前端側が支持部４１を支点として上方に旋回されることとなり、把持部３９に把持されたセグメント４を上方に旋回させることとなる。また、上方に旋回されたセグメント４は、その長辺部を起立させるように姿勢を変化させて上部エレクタ１１の近傍に移動されることとなる。
【００４９】
そして、上部エレクタ１１をセグメント４の係合できる位置に移動させ、人手で上部エレクタ１１にセグメント４を係合させる。
【００５０】
このとき、セグメント４が右上部セグメント５３、天井部セグメント５４又は左上部セグメント５５の場合、上部エレクタ１１を所定の位置に移動させ、セグメント４を組み付ける。この際の上部エレクタ１１の上下動は、第３シリンダを伸縮させることにより行い、左右方向の移動は、第２シリンダ２１を伸縮させて第２支持部１５を左右方向に移動させることにより行い、前後方向の移動は、第１シリンダ１８を伸縮させて係合部１３を前後方向に移動させることにより行い、回動は、モータ１９を駆動させて歯車２０と共に第１支持部１４を回動させることにより行う。
【００５１】
また、セグメント４が床部セグメント５０、右下部セグメント５１又は左下部セグメント５２の場合、図７に示すように、セグメント４を更に下部エレクタ１２に渡すためにセグメント供給装置３５により、セグメント４が供給台車２９と干渉しない位置まで一旦上方に持ち上げ、供給台車２９が退避した後、下部エレクタ１２に渡す位置に移動し、下部エレクタ１２の係合部１３をセグメント４を係合できる位置に合わせる。このとき、下部エレクタ１２の移動のみでは位置合せができないため、把持部３９を回動させてセグメント４を起立させるように姿勢を直しながら位置合せをする。把持部３９の回動は、モータ４３により行う。モータ４３の駆動力は、図示しないスプロケット及びチェーンを介して把持部３９に伝達され、把持部３９は任意の角度に回動されることとなる。下部エレクタ１２の上下動は、第４シリンダを伸縮させることにより行い、第３支持部１６を上下方向に移動させることにより行う。
【００５２】
そして、セグメント４を下部エレクタ１２に係合させると共にセグメント供給装置３５から外し、下部エレクタ１２を所定の位置に移動させ、セグメント４を組み付ける。このとき、下部エレクタ１２の左右方向の移動は、第５シリンダ２６を伸縮させて第６支持部２４を移動させることにより行い、前後方向の移動は、第１シリンダ１８を伸縮させて係合部１３を前後方向に移動させることにより行い、回動は、モータ１９を駆動させて歯車２０と共に第１支持部１４を回動させることにより行う。
【００５３】
このように、トンネル６０を上下三段に分けその下部空間６２からセグメント４を搬入し、中部空間６３を通して掘削土砂を搬出し、上部空間６４を作業者の通路として用いるようにしたため、たとえセグメント４が移動中のセグメント台車２８から落下したり、土砂がトンネル６０内に流出しても、トンネル６０の床面の破損を防ぐことができ、通路が塞がれるのを防ぐことができ、重量物が通路上に落下するのを防ぐことができる。
【００５４】
また、下部空間６２から搬入されたセグメント４を中部空間６３に設けられた中継手段７を介してシールド掘進機３内に設けられた上部エレクタ１１および下部エレクタ１２に受け渡されるようにしたため、セグメント４を上部エレクタ１１および下部エレクタ１２に取り付ける作業を容易なものとすることができる。
【００５５】
そして、トンネル構築装置１を上下に細長いシールドフレーム２内の上下にそれぞれ設けられたエレクタ１１，１２と、シールドフレーム２の後方に構築される上下に細長いトンネル６０の下部空間６２を走行し略長方形状のセグメント４をその長辺部を接地させて短辺部が起立するように載置するセグメント台車２８と、セグメント台車２８上のセグメント４を把持しその長辺部が起立するように旋回させ上部エレクタ１１に受け渡す中継手段７とを備えたものとしたため、トンネル６０を構築する際に重量物であるセグメント４を略完全に機械で搬送乃至支持させることができ、効率よくセグメント４を組付けることができる。
【００５６】
そして更に、セグメント台車２８及び中継手段７を上下に細長いトンネル６０の左右に、トンネル６０の側壁に沿わせてそれぞれ配置したため、セグメント４を効率よく上部エレクタ１１に受け渡すことができ、作業を迅速にすることができる。
【００５７】
また、セグメント４をセグメント台車２８に起立させて搬送するため、狭い空間を有効に利用することができる。
【００５８】
そして、中継手段７を、セグメント４を把持して上方に旋回させるアーム３６と、アーム３６を上下方向に旋回させるための第７シリンダ３７と、アーム３６及びアクチュエータ３７を支承する基台３８とからなるセグメント供給装置３５としたため、簡易な装置でセグメント４を上部エレクタ１１に受け渡すことができ、狭い空間を有効に利用することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を奏する。
（１）重量物が通路に落下し通路が塞がれるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示すトンネル構築装置の側面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１のIII −III 線矢視断面図である。
【図４】図１のIV−IV線矢視断面図である。
【図５】セグメントの受渡し動作を示すトンネル構築装置の動作説明図である。
【図６】図５に続くトンネル構築装置の動作説明図である。
【図７】図６に続くトンネル構築装置の動作説明図である。
【図８】セグメントの組付順序を示す図１のVIII−VIII線矢視断面図である。
【図９】図８に続く図１のVIII−VIII線矢視断面図である。
【符号の説明】
４  セグメント
７  中継手段
１１  上部エレクタ（エレクタ）
１２  下部エレクタ（エレクタ）
６０  トンネル
６２  下部空間
６３  中部空間
６４  上部空間
【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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