(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前部に拡幅掘削可能なカッタヘッドを有する胴部本体に、固定胴部と、この固定胴部に対して拡幅方向に移動自在な可動胴部とを設け、
前記可動胴部に、拡縮方向に平行移動自在な拡幅内胴と、この拡幅内胴に前後に揺動自在に支持された揺動外胴とを設け、
前記拡幅内胴に、胴部本体内で組み立てられるセグメントを反力受けとして胴部本体を前進させる推進駆動装置を設けた
ことを特徴とする拡縮式トンネル掘削機。
【請求項２】
推進駆動装置を拡幅内胴に拡幅方向に移動可能に設けた
ことを特徴とする請求項１記載の拡縮式トンネル掘削機。
【請求項３】
固定胴部に設けられて切羽崩壊土圧を支持する固定隔壁と、拡幅内胴に設けられた可動隔壁との摺動部、
拡幅内胴の拡幅方向両側に設けられて拡幅方向に沿うスライド部材の外面と、揺動外胴に設けられた支持プレートとの摺動部、
拡幅内胴の前記可動隔壁の外周部に形成された球状シール面と、揺動外胴に設けられた球面シール受座との摺動部を、
それぞれ摺接シール部に構成した
ことを特徴とする請求項１または２記載の拡縮式トンネル掘削機。
【請求項４】
揺動外胴を、別々に揺動自在な前部揺動外胴と後部揺動外胴とで構成した
ことを特徴とする請求項１または２記載の拡縮式トンネル掘削機。
【請求項５】
前部揺動外胴と後部揺動外胴とを同一揺動軸心を中心に揺動自在とした
ことを特徴とする請求項４記載の拡縮式トンネル掘削機。
【請求項６】
固定胴部に設けられて切羽崩壊土圧を支持する固定隔壁と、拡幅内胴に設けられた可動隔壁との摺動部、
拡幅内胴の拡幅方向両側に設けられて拡幅方向に沿うスライド部材の外面と、前部揺動外胴および後部揺動外胴に設けられた支持プレートとの摺動部、
拡幅内胴の前記可動隔壁の外周部に形成された球状シール面と、前部揺動外胴に設けられた球面シール受座との摺動部、
拡幅内胴の後部に形成された中央球面部と、後部揺動外胴の前部内面に形成された後部球面受座および前部揺動外胴の前部内面に形成された前部球面受座
との摺接部を、
それぞれ摺接シール部に構成した
ことを特徴とする請求項４または５記載の拡縮式トンネル掘削機。
【請求項７】
前部に拡幅掘削可能なカッタヘッドを有する胴部本体に、固定胴部と、この固定胴部に拡幅方向に移動自在に配置された可動胴部とを設け、前記可動胴部に、拡縮方向に平行移動自在な拡幅内胴と、この拡幅内胴に前後揺動自在に支持された揺動外胴とを設けた拡縮式トンネル掘削機を使用し、トンネルの断面に対応して胴部本体を拡大、縮小するに際して、
通常掘削部から拡幅掘削部に至る拡幅移行部および拡幅掘削部から通常掘削部に至る縮幅移行部で、胴部本体内で組み立てられた覆工体と揺動外胴の後端部との隙間を一定範囲内に保持した状態で、トンネルの掘削傾斜面に、拡幅内胴を拡幅方向に移動させるとともに揺動外胴を揺動させて揺動外胴の外面を掘削テーパ面に沿わせる
ことを特徴とする拡縮式トンネル掘削機の胴部の拡縮方法。
【請求項８】
前部に拡幅掘削可能なカッタヘッドを有する胴部本体に、固定胴部と、この固定胴部に拡幅方向に移動自在に配置された可動胴部とを設け、前記可動胴部に、拡縮方向に平行移動自在な拡幅内胴と、この拡幅内胴にそれぞれ前後揺動自在に支持された前部揺動外胴と後部揺動外胴を設けた拡縮式トンネル掘削機を使用し、トンネルの断面に対応して胴部本体を拡大、縮小するに際して、
通常掘削部から拡幅掘削部に至る拡幅移行部および拡幅掘削部から通常掘削部に至る縮幅移行部で、胴部本体内で組み立てられた覆工体と揺動外胴の後端部との隙間を一定範囲内に保持した状態で、拡幅移行部のトンネルの掘削傾斜面に、拡幅内胴を拡幅方向に移動させるとともに前部揺動外胴と後部揺動外胴とをそれぞれ揺動させて揺動外胴の外面を沿わせる
ことを特徴とする拡縮式トンネル掘削機の胴部の拡縮方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの掘削途中で幅の広い拡幅部を連続して掘削するトンネル掘削機の胴部拡縮構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば特許登録第２９９４９５１号公報（第１従来例）に開示された矩形シールド掘進機は、土圧保持用の圧力隔壁を有するシールド本体固定部の上下（左右）両側に、前記圧力隔壁に沿ってスライドするシールド本体移動部を互いに接近離間自在に配置したものである。また特開平１１−２５６９７９号公報（第２従来例）に開示されたトンネル掘削機は、主カッタヘッドを備えた主掘削機本体の左右両側に、副カッタヘッドを有する副掘削機本体を互いに接近離間自在に配置したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記第１従来例では、シールド本体移動部を、圧力隔壁を挟んで前部に配置された移動前胴部と、後部に配置された移動後胴部とで構成されるため、通常掘削部からシールド本体移動部を拡大して掘削幅を広げる場合には、移動前胴部と移動後胴部とを平行移動させて拡幅させる。このため、コピーカッタなどにより外側をあらかじめ余掘りしておく必要があり、また、拡縮移行時にテールシール部とセグメントとの間の止水を行う関係から、テールシール部とセグメント（覆工体）の隙間を一挙に拡大することができず、一定幅ずつ順次セグメントを拡幅していく必要がある。このため、通常掘削部から拡幅掘削部に達するまでに長い掘削距離を必要とするという問題があった。
【０００４】
また第２従来例では、副掘削機本体を傾斜させることができることから、通常掘削部から拡幅掘削部に達する経路を漸次拡幅される傾斜状態で掘削することが可能である。しかし、副掘削機本体内には、組み立てられたセグメントを反力受けとしてシールド掘進機を前進させる推進用ジャッキが設けられており、副掘削機本体が傾斜した場合、推進のために推進用ジャッキを押し出しても、セグメントに対して角度を持ったり、その押し付け位置が変化して、シールド本体の推進に支障をきたすおそれがあった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、セグメントを反力受けとして推進を確実に実施できるとともに、通常掘削部と拡幅掘削部の間の掘削移行部の掘削もスムーズに行える拡縮式トンネル掘削機および拡縮式トンネル掘削機の胴部構造を提供することを目的とする。
【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請求項１記載の発明は、前部に拡幅掘削可能なカッタヘッドを有する胴部本体に、固定胴部と、この固定胴部に対して拡幅方向に移動自在な可動胴部とを設け、前記可動胴部に、拡縮方向に平行移動自在な拡幅内胴と、この拡幅内胴に前後に揺動自在に支持された揺動外胴とを設け、前記拡幅内胴に、胴部本体内で組み立てられるセグメントを反力受けとして胴部本体を前進させる推進駆動装置を設けたものである。
【０００７】
上記構成によれば、可動胴部に拡幅内筒を介して揺動外胴を設け、拡幅内胴に推進駆動装置を設けたので、揺動外胴の揺動に影響されることなく推進駆動装置を推進方向に沿って配置でき、正確な方向に推進力を得ることができる。しかも拡幅内胴の拡縮移動とともに推進駆動装置を拡縮方向に移動できるので、胴部本体の拡幅および縮幅に従って拡大縮小される覆工体の端面に対応させることができる。
【０００８】
また請求項２記載の発明は、上記構成において、推進駆動装置を拡幅内胴に拡幅方向に移動可能に設けたものである。
上記構成によれば、推進駆動装置の位置を覆工体の端面に対応して微調整することができ、推進駆動装置の出力端を正確に覆工体の端面に当て付けて安定した推進力を得ることができる。また、推進駆動装置を位置固定した状態で拡幅内胴を拡幅方向に移動させることができるので、掘削推進中に拡幅内胴を拡幅移動、縮幅移動させても、覆工体への押付位置がずれることなく、推進と拡幅、縮幅とを同時に並行して行うことができる。
【０００９】
さらに請求項３記載の発明は、上記構成において、固定胴部に設けられて切羽崩壊土圧を支持する固定隔壁と、拡幅内胴に設けられた可動隔壁との摺動部、拡幅内胴の拡幅方向両側に設けられて拡幅方向に沿うスライド部材の外面と、揺動外胴に設けられた支持プレートとの摺動部、拡幅内胴の前記可動隔壁の外周部に形成された球状シール面と、揺動外胴に設けられた球面シール受座との摺動部を、それぞれ摺接シール部に構成したものである。
【００１０】
上記構成によれば、地山側および圧力室側からの泥水や土砂を可動隔壁やスライド部材および支持プレートの摺動シール部により良好にシールすることができる。
【００１１】
さらにまた、請求項４記載の発明は、上記構成において、揺動外胴を、別々に揺動自在な前部揺動外胴と後部揺動外胴とで構成したものである。
上記構成によれば、前部揺動外胴と後部揺動外胴を分離して別々に揺動できるので、拡幅の開始、終了位置や縮幅の開始、終了位置付近で、各揺動外胴の長さ分掘進するごとに、掘削面に対応して前部揺動外胴を揺動することができるので、余掘量を削減できるとともに、空洞部も少なくすることができ、余分な余掘や裏込め剤の無駄を無くすことができ、単一の揺動外胴に比較して、掘削時間の短縮とコストの低減に寄与することができる。
【００１２】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前部揺動外胴と後部揺動外胴とを同一揺動軸心を中心に揺動自在としたものである。
上記構成により、揺動状態で前部揺動外胴と後部揺動外胴とを同一面上に配置して、傾斜テーパ面に沿わせることができ、余掘量および空洞部を少なくすることができる。
【００１３】
さらに請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の構成において、固定胴部に設けられて切羽崩壊土圧を支持する固定隔壁と、拡幅内胴に設けられた可動隔壁との摺動部、拡幅内胴の拡幅方向両側に設けられて拡幅方向に沿うスライド部材の外面と、前部揺動外胴および後部揺動外胴に設けられた支持プレートとの摺動部、拡幅内胴の前記可動隔壁の外周部に形成された球状シール面と、前部揺動外胴に設けられた球面シール受座との摺動部、拡幅内胴の後部に形成された中央球面部と、後部揺動外胴の前部内面に形成された後部球面受座および前部揺動外胴の前部内面に形成された球状シール受け面との摺接部を、それぞれ摺接シール部に構成したものである。
【００１４】
上記構成によれば、地山側および圧力室側からの泥水や土砂を可動隔壁やスライド部材および支持プレートの摺動シール部により良好にシールすることができる。
【００１５】
さらに請求項７記載の拡縮式トンネル掘削機の胴部の拡縮方法は、前部に拡幅掘削可能なカッタヘッドを有する胴部本体に、固定胴部と、この固定胴部に拡幅方向に移動自在に配置された可動胴部とを設け、前記可動胴部に、拡縮方向に平行移動自在な拡幅内胴と、この拡幅内胴に前後揺動自在に支持された揺動外胴とを設けた拡縮式トンネル掘削機を使用し、トンネルの断面に対応して胴部本体を拡大、縮小するに際して、通常掘削部から拡幅掘削部に至る拡幅移行部および拡幅掘削部から通常掘削部に至る縮幅移行部で、胴部本体内で組み立てられた覆工体と揺動外胴の後端部との隙間を一定範囲内に保持した状態で、トンネルの掘削傾斜面に、拡幅内胴を拡幅方向に移動させるとともに揺動外胴を揺動させて揺動外胴の外面を掘削テーパ面に沿わせるものである。
【００１６】
上記構成によれば、拡幅移行部および縮幅移行部において、覆工体と揺動外胴の後端部との隙間を一定範囲内に保持することで、テールシールの性能低下を防止して揺動外胴の後部から泥水や土砂が浸入するのを効果的に防止することができ、また揺動外胴の外面を掘削テーパ面に沿わせることにより、余掘量を少なくできて空洞部を減少させることができ、効率良く拡幅移行部および縮幅移行部を掘削することができる。
【００１７】
さらに請求項８記載の拡縮式トンネル掘削機の胴部の拡縮方法は、前部に拡幅掘削可能なカッタヘッドを有する胴部本体に、固定胴部と、この固定胴部に拡幅方向に移動自在に配置された可動胴部とを設け、前記可動胴部に、拡縮方向に平行移動自在な拡幅内胴と、この拡幅内胴にそれぞれ前後揺動自在に支持された前部揺動外胴と後部揺動外胴を設けた拡縮式トンネル掘削機を使用し、トンネルの断面に対応して胴部本体を拡大、縮小するに際して、通常掘削部から拡幅掘削部に至る拡幅移行部および拡幅掘削部から通常掘削部に至る縮幅移行部で、胴部本体内で組み立てられた覆工体と揺動外胴の後端部との隙間を一定範囲内に保持した状態で、拡幅移行部のトンネルの掘削傾斜面に、拡幅内胴を拡幅方向に移動させるとともに前部揺動外胴と後部揺動外胴とをそれぞれ揺動させて揺動外胴の外面を沿わせるものである。
【００１８】
上記構成によれば、拡幅移行部および縮幅移行部において、覆工体と揺動外胴の後端部との隙間を一定範囲内に保持することで、テールシールの性能低下を防止して揺動外胴の後部から泥水や土砂が浸入するのを効果的に防止することができ、また前部および後部の揺動外胴の外面を掘削テーパ面に沿わせることにより、余掘量を少なくできて空洞部を減少させることができ、効率良く拡幅移行部および縮幅移行部を掘削することができる。また前部揺動外胴および後部揺動外胴とに分離することにより、それぞれを掘削テーパ面に沿わせることができ、余掘量をより減少させることができて空洞部もさらに少なくすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るトンネル掘削機の第１実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
【００２０】
このトンネル掘削機は、切羽崩壊土圧を保持しつつ円形断面トンネルを掘削し、このトンネル内に覆工体であるセグメントＳを組み立てつつ推進されるシールド掘進機で、図３に示すように、胴部本体であるシールド本体１の前部に、円形のカッタヘッド２を具備している。このカッタヘッド２は、図示しない多数のカッタビットと土砂取入口が形成された円形のカッタ面板２ａの複数位置に、カッタ出退装置３ｂによりコピーカッタ３ａをそれぞれ半径方向に出退可能なコピーカッタ装置３を具備し、図２（ａ）に示すように、通常掘削部Ｕでは円形断面のトンネルを掘削し、拡幅開始点Ｐ１からの縮幅終了点Ｐ４までの間でコピーカッタ３ａを突出させつつ掘削することにより、トンネルの一側部（図では掘削方向に向って左側）を順次拡張して掘削テーパ面Ｔｆを形成し、さらに拡幅掘削部Ｗで略長円形断面トンネルを掘削することができる。そしてこのシールド本体１は、掘削するトンネルの形状に対応してシールド本体１の断面形状を拡大縮小可能に構成され、図２（ｂ）に示すように、通常掘削部Ｕでは上下部に僅かな長さの平行平面部Ｓｆを有する略円筒断面のセグメントＳを組み立て、図２（ｃ）に示すように、拡張掘削部Ｗでは平行平面部Ｓｆが延長された小判型断面のセグメントＳを組み立て、拡幅開始点Ｐ１から拡幅終了点Ｐ２の間の拡幅移行部Ｗｆと、縮幅開始点Ｐ３から縮幅終了点Ｐ４の間の縮幅移行部Ｗｒでは、平行平面部Ｓｆが漸次伸縮された小判型断面のセグメントＳが組み立てられる。
【００２１】
シールド本体１は、右側部に配置されカッタヘッド２やカッタ駆動装置３７が配設された固定胴部４と、左側部に配置されてシール軸心Ｏに直交する拡幅方向に移動自在な可動胴部５とで構成され、可動胴部５は、固定胴部４に対して平行に拡縮移動する拡幅内胴６と、この拡幅内胴６にシールド軸心Ｏと直交する垂直軸心まわりに所定範囲で揺動自在に支持された揺動外胴７とで構成されている。
【００２２】
すなわち、図１，図３，図４に示すように、円筒形外殻（スキンプレート）８が横断面でトンネル軸心Ｏを中心に１８０°より大きい角度αでトンネル軸心Ｏ方向に沿う切断線に沿って２つに分離され、長円弧外殻８ａ側に固定胴部４が設けられるとともに、短円弧外殻８ｂ側に可動胴部５（揺動外胴７）が設けられている。
【００２３】
そして可動胴部５の拡幅内胴６は、短円弧外殻８ｂの内側に沿う円弧フレーム１０の両端部から固定胴４のラップ部４ａ内に嵌合される互いに平行な一対のスライド部材１１が延設されている。また揺動外胴７は、短円弧外殻８ｂの端部からスライド部材１１とラップ部４ａの間にスライド自在に嵌合される一対の支持プレート２１が延設され、支持プレート２１の内面にそれぞれ突設された揺動ピン２２が、前記スライド部材１１の支持孔１２を回動自在に嵌合され、拡幅内胴６に対して揺動外胴７を揺動ピン２２を中心に所定範囲で揺動自在に支持されている。
【００２４】
また左右のラップ部４ａの内側には、拡幅内胴６を拡縮方向に移動する拡幅装置である複数の拡幅用ジャッキ１６が配設されている。さらに拡幅内胴６には、推進駆動装置（推進用伸縮装置）である可動推進用ジャッキ１７Ｂを支持する可動フレーム１８が拡幅方向に所定範囲で移動自在に配置され、左右のラップ部４ａの内側に可動フレーム１８を拡幅方向に移動して可動推進用ジャッキ１７Ｂの押出し位置を調整する推進調整装置である推進調整用ジャッキ１９が設けられている。さらに拡幅内胴６の後部には、揺動外筒７の後端部に連結された揺動調整装置である揺動用ジャッキ３０が設けられており、通常掘削部から拡幅部に至る傾斜面にあわせて揺動外筒７の傾斜角を調整することができる。
【００２５】
前記シールド本体１の固定胴４の前部には、切羽崩壊土圧を保持する固定隔壁３１が配設されて圧力室３２が形成され、前記拡幅内胴６の前端部には、固定隔壁３１の背面に可動隔壁２０が摺接されている。また前記固定隔壁３１には軸受３３を介して旋回部材３４がシールド軸心Ｏ周りに回転自在に支持されている。そして旋回部材３４から圧力室３２側に突出する複数の支持脚３５がカッタ面板２ａに連結されている。この固定隔壁３１の大気室３６側には、カッタ駆動装置３７が設けられており、このカッタ駆動装置３７は、旋回部材３４に取付けられたリングギヤ３７ａと、このリングギヤ３７ａに噛み合う複数の駆動ピニオン３７ｂと、この駆動ピニオン３７ｂをそれぞれ回転駆動する複数のカッタ駆動モータ３７ｃとで構成されている。なお、図示しないが、固定隔壁３１には送泥管および排泥管、または排土装置が貫通して設けられ、また固定胴４の後部に覆工材であるセグメントＳを組み立てるエレクタ装置（図示せず）が配設されている。また固定胴部４の後部には、推進駆動装置である固定推進用ジャッキ１７Ａが配設されている。また固定胴部４と揺動外胴７のテールプレートには、セグメントＳの外面に摺接する複数列のシールブラシからなるテールシール３８がそれぞれ設けられている。
【００２６】
このシールド本体１には、複数の摺動部に最大移動時でも重なりが確保されて、地山からの土砂や泥水の浸入を防止する複数の摺接シール部が設けられている。まず、固定隔壁３１と可動隔壁２０との摺動部をシール材を介してシールする第１摺接シール部４１が設けられている。また拡幅内胴６のスライド部材１１と揺動外胴７の支持プレート２１との摺動部をシール材を介してシールする第２摺接シール部４２が設けられている。さらにスライド部材１１の前部外面に突設されて支持孔１２を中心とする円弧凹状段部１４と、揺動外胴７の前部に設けられた円弧状凸部２４との摺動部をシール材を介してシールする第３摺接シール部４３が設けられ、これにより、揺動外胴７の前端部で拡幅内胴６とラップ部４ａ内面との間に形成される間隙がシールされている。さらに可動隔壁２０の外周部に揺動ピン２２を通る揺動軸心を中心とする球状シール部１５と、短円弧外殻８ｂの前部内面に形成された球状シール受け座２５との摺動部をシール材を介してシールする第４摺接シール部４４が設けられている。固定胴部４のラップ部４ａの内面と支持プレート２１との摺動面をシール材を介してシールする第５摺接シール部４５が設けられている。また、固定胴部４と揺動外胴７には、先端部がセグメントＳに摺接するテールシール３８が設けられている。
【００２７】
上記構成のシールド掘進機を使用して拡幅部を掘削する時のシールド本体１の拡幅方法について説明する。
このシールド掘進機により通常掘削部Ｕの掘削平面Ｆｎが掘削され、通常掘削部Ｕが終了すると、拡幅開始点Ｐ１からカッタヘッド２により拡幅移行部Ｗｆの掘削が開始される。
【００２８】
このような拡幅移行部Ｗｆおよび縮幅移行部Ｗｒにおける留意点は、▲１▼．揺動外胴７とセグメントＳとの隙間を一定にしてテールシール３８によるシールを確実に行う、▲２▼．余掘量をできるだけ少なくして、空洞部を無くし、裏込め剤の注入量を少なくすることにある。
【００２９】
ａ．拡幅開始点Ｐ１からコピーカッタ装置３による余掘量が漸次増加されてテーパ状に広がる掘削テーパ面Ｔｆが形成される。そして、図５（ａ）に示すように、揺動外胴７の後端部が拡幅開始点Ｐ１近傍に達すると、拡幅用ジャッキ１６により拡幅内胴６が拡幅方向に移動されると同時に揺動用ジャッキ３０により揺動外胴７が前部を外側に広がるように傾動されることにより、揺動外胴７がその後端部を中心に揺動される。なお、この拡幅部Ｗと拡幅縮幅移行部Ｗｆ，Ｗｒでは、推進調整用ジャッキ１９により推進用ジャッキ１７Ａ，１７Ｂの押付け位置がセグメントＳの端面に対応して拡幅方向に調整され、さらに揺動外胴７とセグメントＳとの隙間がほぼ一定になるように制御される。
【００３０】
ｂ．シールド本体１の全体が拡幅移行部Ｗｆに入ると、図５（ｂ）および図９に示すように、拡幅用ジャッキ１６により拡幅内胴６を介して揺動外胴７が外側に平行移動される。この時、セグメントＳは幅が漸次増加されるテーパ状のセグメントピースが組み立てられ、推進調整用ジャッキ１９により推進用ジャッキ１７Ａ，１７Ｂの押付け位置がセグメントＳの端面に対応して拡幅方向に調整される。
【００３１】
ｃ．シールド本体１の前端部が拡幅終了点Ｐ２に達して拡幅掘削部Ｗに入ると、コピーカッタ装置３による余掘量が一定に維持されて拡幅掘削部Ｗの掘削平面Ｆｗが掘削される。シールド本体１では、図５（ｃ）、図７，図８に示すように、拡幅用ジャッキ１６により拡幅内胴６の位置を調整しつつ揺動用ジャッキ３０により揺動外胴７が前部を内側に傾動され、揺動外胴７の前端部がシールド軸心Ｏと平行な掘削平面Ｆｗに沿って移動される。またこの時、推進調整用ジャッキ１９により推進用ジャッキ１７Ａ，１７Ｂの押付け位置がセグメントＳの端面に対応して拡幅方向に調整され、さらに揺動外胴７とセグメントＳとの隙間がほぼ一定に保持される。
【００３２】
揺動外胴７の外面がシールド軸心Ｏと平行となると、図７，図８に示すように、拡幅内胴６および揺動外胴７は拡幅状態で固定されて拡幅掘削部Ｗが掘削される。
【００３３】
ｄ．図６（ａ）に示すように、縮幅開始点Ｐ３からコピーカッタ装置３による余掘量が漸次減少されてテーパ状に狭まる傾斜テーパ面Ｔｒが形成される。拡幅用ジャッキ１６により拡幅内胴６を縮幅方向に移動されると同時に揺動用ジャッキ３０により揺動外胴７を前部が内側に狭まるように傾動され、相対的に揺動外胴７が後端部を中心に前部が内側に狭まるように揺動されて揺動外胴７の後端部とセグメントＳとの隙間がほぼ一定になるように制御される。そして、シールド本体１内では、セグメントＳは幅が漸次増加されるテーパ状のセグメントピースが組み立てられる。
【００３４】
ｅ．シールド本体の全体が縮幅傾斜部Ｗｒに入ると、図６（ｂ），図１０に示すように、コピーカッタ装置３による余掘量を漸次縮小させて傾斜テーパ面Ｔｒが掘削される。シールド本体１では、拡幅用ジャッキ１６により拡幅内胴６が順次縮幅方向に移動される。この時、セグメントＳは幅が漸次縮小されるテーパ状のセグメントピースが組み立てられる。また、推進調整用ジャッキ１９により推進用ジャッキ１７Ａ，１７Ｂの押付け位置がセグメントＳの端面に対応して拡幅方向に調整される。そして揺動外胴７とセグメントＳとの隙間がほぼ一定に保持される。
【００３５】
ｆ．シールド本体１の前端部が縮幅終了点Ｐ４に達して通常掘削部Ｗに入ると、図６（ｃ）に示すように、コピーカッタ装置３が後退されて通常掘削部Ｗが掘削される。シールド本体１では、掘進されるとともに、拡幅用ジャッキ１６により傾斜テーパ面に沿う揺動外胴７が内側に平行移動される。そして揺動外胴７の後端部が縮幅終了点Ｐ４の近傍に達すると、拡幅用ジャッキ１６により拡幅内胴６が拡幅方向に移動されると同時に揺動用ジャッキ３０により揺動外胴７が前部が外側に広がるように傾動されることにより、相対的に揺動外胴７が後端部を中心に前部が外側に広がるように揺動されて、揺動外胴７の後端部とセグメントＳとの隙間がほぼ一定に保持される。そして、揺動外胴７が掘削平面に沿う状態で通常掘削部Ｗの掘削が継続される。
【００３６】
上記実施の形態によれば、可動胴部４に拡幅内筒６を介して揺動外胴７を設け、拡幅内胴６に可動推進ジャッキ１７Ｂを設けたので、揺動外胴７の揺動に影響されることなく可動推進ジャッキ１７Ｂを推進方向に沿って配置でき、その押付部材を正確にセグメントＳの前端面に押し付けて有効な推進力を得ることができる。また拡幅内胴の拡縮移動とともに可動推進ジャッキ１７Ｂを拡縮方向に移動できるので、拡大縮小されるセグメントＳの前端面に対応させるのが容易となる。さらに、これら可動推進ジャッキ１７Ｂは、拡縮方向にスライド自在な可動フレーム１８に設けられており、推進調整用ジャッキ１９により拡幅方向に移動して位置調整できるので、可動推進ジャッキ１７ＢをセグメントＳの前端面に対応して微調整することができ、押付部材を正確にセグメントＳの前端面に当て付けて安定した推進力を得ることができ、セグメントＳを破損することもない。さらに、揺動外胴７の後端部とセグメントＳとの隙間を一定範囲内に保持するように揺動外胴７の移動を制御するので、テールシールによるシール性能が低下されることもない。
【００３７】
さらにまた固定胴部４、拡幅内胴６および揺動外胴７の各摺動部に最大移動時でも重なりが確保されて、地山からの土砂や泥水の浸入を防止する第１〜第５摺接シール部４１〜４５を設けたので、地山側および圧力室３２側からの泥水や土砂を良好にシールすることができる。
【００３８】
また、揺動外胴７の外面を掘削テーパ面Ｔｆ，Ｔｒに沿わせることにより、余掘量を少なくできて空洞部を減少させることができ、効率良く拡幅移行部Ｗｆおよび縮幅移行部Ｗｒを掘削することができる。
【００３９】
次に第２の実施の形態を図１１〜図２７に基づいて説明する。第１の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
この第２の実施の形態は、揺動外胴を前部揺動外胴７１と後部揺動外胴６１とに分割してそれぞれ揺動できるように構成したものである。
【００４０】
すなわち、シールド本体５０の拡幅内胴５１は、図１１，図１２に示すように、可動隔壁２０の外周部の球状シール部１５に加えて、円弧フレーム１０の後部に中央球面部５２が形成されている。またスライド部材１１の外側に収容空間形成するスライドカバー板５３が取付けられている。そしてスライドカバー板５３には、ラップ部４ａ内に固定された揺動ピン５４が回動自在に嵌合される孔部４７が形成されている。
【００４１】
また後部揺動外胴６１は、図２２，図２３に示すように、後部短円弧外殻６２の両側に互いに平行な後部支持プレート６３が設けられ、後部支持プレート６３の前部に張出支持部６４が形成されている。この張出支持部６４は、揺動ピン５４が回動自在に嵌合する支持孔６５が形成され、前縁部に支持孔６５を中心とする内円弧ガイド部６６が形成されている。また張出支持部６４の後部支持プレート６３側の外面には、支持孔６５を中心とする円弧状段部６７が形成され、スライドカバー５３の後部に形成された半円弧ガイド部５３ａが円弧状段部６７に係合されている。後部短円弧外殻６２の前部内面には、中央球面部５２に摺接する後部球面受座６８が設けられ、また後部短円弧外殻６２の内面に補強フレーム６９が周方向に沿って設けられており、補強フレーム６９には可動推進用ジャッキ１７Ｂが遊嵌する挿通孔６９ａが形成されている。
【００４２】
さらに前部揺動外胴７１は、図２０，図２１に示すように、前部短円弧外殻７２の両側に互いに平行な前部支持プレート７３が設けられ、この前部支持プレート７３には、後部揺動外胴６１の内円弧ガイド部６６に周方向に摺動自在に嵌合される内円弧受け部７４が後辺側に形成され、さらにスライド部材８５に設けられた円弧凹状段部１４に周方向に摺動自在に嵌合される外円弧ガイド部７５（円弧状凸部２４と同じ）が設けられている。そして内円弧受け部７４と外円弧ガイド部７５とにより、前部揺動外胴７１が拡幅内胴５１に揺動ピン５４を中心に揺動自在に支持されている。また、前部短円弧外殻７２の前部内面に球状シール受け面２４が形成され、後端部の内面に中央球面部５２に摺接する前部球面受座７６が形成されている。
【００４３】
そして、図１１に示すように、拡幅内胴５１と後部揺動外胴６１との間に後部揺動用ジャッキ７０が連結され、さらに拡幅内胴５１の円弧フレーム１０と前部揺動外胴７１の前部短円弧外殻７２の間に前部揺動用ジャッキ８０が連結されている。なお、前部短円弧外殻７２への連結部は、円弧フレーム１０を貫通しているが、この貫通部は球面シール部１５と中央球面部５２の間にあって外部に対してシールされている。
【００４４】
このシールド本体５０は、複数の摺動部に最大移動時でも重なりが確保されて、地山からの土砂や泥水の浸入を防止する複数の摺接シール部が設けられている。図１２に示すように、固定隔壁３１と可動隔壁２０との摺動部の第１摺接シール部４１と、第４摺接シール部４４とは同一に構成されている。また拡幅内胴５１のスライド部材８５、スライドカバー板５３と前部揺動外胴７１の前部支持プレート７３および後部揺動外胴６１の後部支持プレート６３との摺動部にシール材を介してシールする第６，第７摺接シール部８１，８２が設けられている。さらに拡幅内胴５１の円弧凹状段部１４と前部揺動外胴７１の内円弧受け部７４との摺動部に形成されたシール材を介してシールする第８摺接シール部８３が設けられている。さらに、スライドカバー板５３の外縁円弧部５３ａと張出支持部６４の円弧状段部６７の摺動部にシール材を介してシールする第９摺接シール部８４が設けられている。そして、スライドカバー板５３および後部支持プレート６３とラップ部４ａ内面との摺動部にシール材を介してシールする第１０摺接シール部８５が設けられている。また拡幅内胴５１の円弧フレーム１０の後部に中央球面部５２と、後部揺動外胴６１の後部短円弧外殻６２の前部内面に形成された後部球面受座６８および前部揺動外胴７１の前部短円弧外殻７２の前部内面に形成された前部球面受座７６との摺接部に、シール材を介してシールする第１１摺接シール部８６が設けられている。
【００４５】
上記構成のシールド掘進機を使用して拡幅部Ｗを掘削する時のシールド本体１の拡幅方法について説明する。
このシールド掘進機により通常掘削部Ｕの掘削が終了すると、拡幅開始点Ｐ１からカッタヘッド２により拡幅移行部Ｗｆの掘削が開始される。
【００４６】
このような拡幅移行部Ｗｆおよび縮幅移行部Ｗｒにおける留意点は、▲１▼．前後部揺動外胴７１，６１とセグメントＳとの隙間を一定にしてテールシール３８によるシールを確実に行う。▲２▼．余掘量をできるだけ少なくして空洞部を無くし、裏込め剤の注入量を少なくすることにある。
【００４７】
Ａ．図２４（ａ）に示すように、拡幅開始点Ｐ１からコピーカッタ装置３による余掘量が漸次増加されてテーパ状に広がる掘削テーパ面Ｔｆが形成される。そして、図２４（ｂ）に示すように、シールド本体５０の中間部（中央球面部５２の対応位置）が拡幅開始点Ｐ１の近傍が達すると、前部揺動用ジャッキ８０により前部揺動外胴７１が前部を外側に広がるように傾動されて先端が掘削テーパ面に接近され、余掘の空洞部が減少される。そして掘進に従って前部揺動用ジャッキ８０により前部揺動外胴７１が前部を外側に広がるように傾動される。なお、これら拡幅移行部Ｗｆ，Ｗｒでは、推進調整用ジャッキ１９により推進用ジャッキ１７Ａ，１７Ｂの押付け位置がセグメントＳの端面に対応して拡幅方向に調整される。さらに後部揺動外胴６１の後端部とセグメントＳとの隙間がほぼ一定になるように制御される。
【００４８】
Ｂ．図２４（ｃ）に示すように、拡幅開始点Ｐ１がシールド本体５０の後端部に達すると、拡幅用ジャッキ１６を駆動して拡幅内胴５１を拡幅方向に移動させ、さらに前部揺動用ジャッキ８０により前部揺動外胴７１の広がりを戻すとともに、後部揺動用ジャッキ７０により後部揺動外胴６１を前部が外側に広がるように傾斜させ、図２５（ａ）に示すように、前部揺動外胴７１および後部揺動外胴６１を掘削テーパ面Ｔｆに沿わせる。これにより余掘部の空洞をほとんど無くすことができ。そして、拡幅移行部Ｗｆでは拡幅用ジャッキ１６により拡幅内胴５１を介して前後部揺動外胴７１，６１が掘削テーパ面に対応して拡幅方向に平行移動される。この拡幅移行部Ｗｆでは、シールド本体５０内で幅が漸次拡大されるテーパ状のセグメントＳが組み立てられる。
【００４９】
Ｃ．図２５（ｂ）に示すように、シールド本体５０の前端部が拡幅終了点Ｐ２に達して拡幅掘削部Ｗに入ると、コピーカッタ装置３による余掘量が一定に維持されて拡幅掘削部Ｗの掘削平面Ｆｗが掘削される。そして、図２５（ｃ）に示すように、シールド本体５０の中央部が拡幅終了点Ｐ２に達するまでの間、拡幅用ジャッキ１６により拡幅内胴５１が拡幅移動されつつ前部揺動用ジャッキ８０により前部揺動外胴７１が前部を内側になるように傾動され、前部揺動外胴７１の前端部が掘削平面Ｆｗに沿うように移動される。さらに、シールド本体５０の後端部がシールド本体５０の拡幅終了点Ｐ２に達するまで、後部揺動用ジャッキ７０が駆動されて後部揺動外胴６１が後部を外側になるように傾動される。そしてシールド本体５０の全体が拡幅部Ｗに入ると、前後部揺動外胴７１，６１の外面が掘削平面に沿う同一面上に配置される。
【００５０】
Ｄ．図２６（ａ）に示すように、縮幅開始点Ｐ３からコピーカッタ装置３による余掘量が漸次減少されてテーパ状に狭まる傾斜テーパ面Ｔｒが形成される。そして前部揺動用ジャッキ８０により前部揺動外胴７１の先端部が傾斜テーパ面Ｔｒに接近するように前部揺動外胴７１が内側に漸次傾動される。そして、図２６（ｂ）に示すように、縮幅開始点Ｐ３がシールド本体５０の中間部近傍に達すると、拡幅用ジャッキ１６により拡幅内胴５１の位置を調整しつつ、前部揺動用ジャッキ８０により空洞部が少なくなるように前部揺動外胴７１を傾動させるとともに、後部揺動用ジャッキ７０により後部揺動外胴６１を後部が外側に広げるように傾動される。
【００５１】
そして、図２６（ｃ）に示すように、シールド本体５０の全体が縮幅移行部Ｗｒに入ると、前拡幅用ジャッキ１６により拡幅内胴５１を介して前部揺動外胴７１と後部揺動外胴６１とが後退され、掘削テーパ面Ｔｒに沿って移動される。そしてコピーカッタ装置３による余掘量が漸次縮小される。この縮幅移行部Ｗｒでは、シールド本体５０内で、幅が漸次縮小されるテーパ状のセグメントＳが組み立てられる。また、推進調整用ジャッキ１９により推進用ジャッキ１７Ａ，１７Ｂの押付け位置がセグメントＳの端面に対応して拡幅方向に調整される。そして後部揺動外胴７１とセグメントＳとの隙間がほぼ一定に保持される。
【００５２】
Ｅ．シールド本体５０の前端部が縮幅終了点Ｐ４に達して通常掘削部Ｗに入ると、図２７（ａ）に示すように、コピーカッタ装置３が後退されて通常掘削部Ｕの掘削平面Ｆｎが掘削される。シールド本体５０では、前部揺動用ジャッキ８０により前部揺動外胴７１が前端が外側となるように傾動される。そして図２７（ｂ）に示すように、シールド本体５０の中間部が縮幅終了点Ｐ４近傍に達すると、後部揺動用ジャッキ７０により後部揺動外胴６１が後部を内側になるように傾動される。そして、図２７（ｃ）に示すように、シールド本体５０の後端部が縮幅終了点Ｐ４近傍に達すると、前後部揺動外胴６１，７１が通常掘削時の平行状態に復帰される。
【００５３】
上記実施の形態によれば、第１の実施の形態の作用効果に加えて、揺動外胴を前部揺動外胴７１と後部揺動外胴６１とに分離したので、拡幅開始位置Ｐ１、拡幅終了位置Ｐ２、縮幅開始位置Ｐ３、縮幅終了位置Ｐ４付近において、前部揺動外胴７１と後部揺動外胴６１をそれぞれ傾動させて掘削テーパ面Ｔｆ，Ｔｒに接近させることができるので、余掘量を削減できるとともに空洞部を大幅に削減させることができる。また、拡幅移行部Ｗｆおよび縮幅移行部Ｗｒにおいて、前後に揺動される後部揺動外胴６１の後端部とセグメントＳとの隙間を一定範囲内に保持するように、後部揺動外胴６１の移動および傾動が制御されるので、テールシール３８によるシール性能を低下させることもない。
【００５４】
また前部揺動外胴７１と後部揺動外胴６１とを同一の揺動ピン５４を中心に揺動自在としたので、揺動状態で前部揺動外胴７１と後部揺動外胴６１とを同一面上に配置して、傾斜テーパ面に沿わせることができ、余掘量および空洞部を少なくすることができる。
【００５５】
なお、上記第２の実施の形態では、前部揺動外胴７１と後部揺動外胴６１とを同一の揺動ピン５４を介して拡幅内胴に揺動自在に支持したが、図２８に示すように、前部揺動外胴７１と後部揺動外胴６１とをそれぞれの揺動ピン９１，９２に支持させてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の拡幅式トンネル掘削機によれば、可動胴部に拡幅内筒を介して揺動外胴を設け、拡幅内胴に推進駆動装置を設けたので、揺動外胴の揺動に影響されることなく推進駆動装置を推進方向に沿って配置でき、正確な方向に推進力を得ることができる。しかも拡幅内胴の拡縮移動とともに推進駆動装置を拡縮方向に移動できるので、胴部本体の拡幅および縮幅に従って拡大縮小される覆工体の端面に対応させることができる。
【００５７】
また請求項２記載の発明によれば、推進駆動装置の位置を覆工体の端面に対応して微調整することができ、推進駆動装置の出力端を正確に覆工体の端面に当て付けて安定した推進力を得ることができる。また、推進駆動装置を位置固定した状態で拡幅内胴を拡幅方向に移動させることができるので、掘削推進中に拡幅内胴を拡幅移動、縮幅移動させても、覆工体への押付位置がずれることなく、推進と拡幅、縮幅とを同時に並行して行うことができる。
【００５８】
さらに請求項３記載の発明によれば、地山側および圧力室側からの泥水や土砂を可動隔壁やスライド部材および支持プレートの摺動シール部により良好にシールすることができる。
【００５９】
さらにまた、請求項４記載の発明によれば、前部揺動外胴と後部揺動外胴を分離して別々に揺動できるので、拡幅の開始、終了位置や縮幅の開始、終了位置付近で、各揺動外胴の長さ分掘進するごとに、掘削面に対応して前部揺動外胴と後部揺動外胴とを揺動することができるので、余掘量を削減できるとともに、空洞部も少なくすることができ、余分な余掘や裏込め剤の無駄を無くすことができ、単一の揺動外胴に比較して、掘削時間の短縮とコストの低減に寄与することができる。
【００６０】
また、請求項５記載の発明によれば、揺動状態で前部揺動外胴と後部揺動外胴とを同一面上に配置して、傾斜テーパ面に沿わせることができ、余掘量および空洞部を少なくすることができる。
【００６１】
さらに請求項６記載の構成によれば、地山側および圧力室側からの泥水や土砂を可動隔壁やスライド部材および支持プレートの摺動シール部により良好にシールすることができる。
【００６２】
さらに請求項７記載の拡縮式トンネル掘削機の胴部の拡縮方法によれば、拡幅移行部および縮幅移行部において、覆工体と揺動外胴の後端部との隙間を一定範囲内に保持することで、テールシールの性能低下を防止して揺動外胴の後部から泥水や土砂が浸入するのを効果的に防止することができ、また揺動外胴の外面を掘削テーパ面に沿わせることにより、余掘量を少なくできて空洞部を減少させることができ、効率良く拡幅移行部および縮幅移行部を掘削することができる。
【００６３】
さらに請求項８記載の拡縮式トンネル掘削機の胴部の拡縮方法によれば、拡幅移行部および縮幅移行部において、覆工体と揺動外胴の後端部との隙間を一定範囲内に保持することで、テールシールの性能低下を防止して揺動外胴の後部から泥水や土砂が浸入するのを効果的に防止することができ、また前部および後部の揺動外胴の外面を掘削テーパ面に沿わせることにより、余掘量を少なくできて空洞部を減少させることができ、効率良く拡幅移行部および縮幅移行部を掘削することができる。また前部揺動外胴および後部揺動外胴とに分離することにより、それぞれを掘削テーパ面に沿わせることができ、余掘量をより減少させることができて空洞部もさらに少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシールド掘進機の第１の実施の形態を示すシールド本体の分解斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同シールド掘進機による拡幅部の掘削状態を示し、（ａ）はトンネル全体の平面断面図、（ｂ）は通常掘削部のトンネルの横断面図、（ｃ）は拡幅掘削部のトンネルを示す横断面図である。
【図３】同シールド掘進機の平面断面図である。
【図４】同シールド掘進機の背面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同シールド本体の拡幅移行部のシールド本体の状態を示し、（ａ）は拡幅開始位置、（ｂ）は拡幅移行部、（ｃ）は拡幅終了位置を示す概略平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同シールド本体の縮幅移行部のシールド本体の状態を示し、（ａ）は縮幅開始位置、（ｂ）は縮幅移行部、（ｃ）は縮幅終了位置を示す概略平面図である。
【図７】同シールド本体の拡幅状態を示す側面図である。
【図８】同シールド本体の拡幅傾斜状態を示す正面図である。
【図９】同シールド本体の拡幅傾斜状態を示す平面図である。
【図１０】同シールド本体の縮幅傾斜状態を示す平面図である。
【図１１】本発明に係るシールド掘進機の第２の実施の形態を示す平面断面図である。
【図１２】同シールド掘進機のシールド本体の分解斜視図である。
【図１３】同シールド本体の拡幅傾斜状態を示す斜視図である。
【図１４】同シールド本体の拡幅傾斜状態を示す平面図である。
【図１５】同シールド本体の固定胴部を示す斜視図である。
【図１６】同シールド本体の固定胴部を示す平面図である。
【図１７】同シールド本体の固定胴部を示す背面図である。
【図１８】同シールド本体の拡幅内胴を示す平面図である。
【図１９】同シールド本体の拡幅内胴を示す斜視図である。
【図２０】同シールド本体の前部揺動外胴を示す平面図である。
【図２１】同シールド本体の前部揺動外胴を示す斜視図である。
【図２２】同シールド本体の後部揺動外胴を示す平面図である。
【図２３】同シールド本体の後部揺動外胴を示す斜視図である。
【図２４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同シールド本体の拡幅移行部のシールド本体の状態を示し、（ａ）は拡幅開始位置、（ｂ）は拡幅開始位置の途中、（ｃ）は拡幅開始位置の終了の状態を示す概略平面図である。
【図２５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同シールド本体の拡幅移行部のシールド本体の状態を示し、（ａ）は拡幅移行部、（ｂ）は拡幅終了位置、（ｃ）は拡幅終了位置の途中状態を示す概略平面図である。
【図２６】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同シールド本体の縮幅移行部のシールド本体の状態を示し、（ａ）は縮幅開始位置、（ｂ）は縮幅開始位置の途中、（ｃ）は縮幅移行部の状態を示す概略平面図である。
【図２７】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同シールド本体の縮幅移行部のシールド本体の状態を示し、（ａ）は縮幅終了位置、（ｂ）は縮幅終了位置の途中、（ｃ）は通常掘削部の状態を示す概略平面図である。
【図２８】（ａ），（ｂ）はそれぞれ第２の実施の形態におけるシールド本体の変形例を示し、（ａ）は通常掘削部、（ｂ）は拡幅掘削時の状態を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１    シールド本体
２    カッタヘッド
３    コピーカッタ装置
４    固定胴部
５    可動胴部
６    拡幅内胴
７    揺動外胴
８    円筒形外殻
８ａ  長円弧外殻
８ｂ  短円弧外殻
１０    円弧フレーム
１１    スライド部
１２    支持孔
１６    拡幅用ジャッキ
１７Ａ  固定推進用ジャッキ
１７Ｂ  可動推進用ジャッキ
１８    可動フレーム
１９    推進調整用ジャッキ
２１    支持プレート
２２    揺動ピン
３０    揺動用ジャッキ
３１    固定隔壁
３２    圧力室
３７    カッタ駆動装置
３８    テールシール
５０    シールド本体
５１    拡幅内胴
５２    中央球面部
５３    スライドカバー板
５４    揺動ピン
６１    後部揺動外胴
６２    後部短円弧外殻
６３    後部支持プレート
６５    支持孔
７０    後部揺動用ジャッキ
７１    前部揺動外胴
７２    前部短円弧外殻
７３    前部支持プレート
７４    内円弧受け部
７５    外円弧ガイド部
７６    前部球面受け座
８０    前部揺動用ジャッキ
【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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