(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端側に掘削機構を有し、後端側に開口断面に沿う断面形状のトンネルを構築するテール部を有する筒状の本体と、該本体の内部に設けられ構築されたトンネルに反力を取りながら前記本体を推進させる推進用ジャッキと、前記テール部の後端部内周面の全周に設けられて構築されたトンネルの外周面と前記テール部の内周面との隙間から地下水及び土砂が進入するのを防止するテールシールとを備えたシールド掘進機において、
前記テール部の後端部に任意の断面形状を有する複数の鋼殻を着脱可能に設置し、掘進途中において前記複数の鋼殻を同時又は順次に放出し、前記テール部開口断面積を任意に拡大できるようにしたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
前記鋼殻の少なくとも一個は、その内周面に沿うトンネルを構築できるリング形状であることを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機。
【請求項３】
前記鋼殻は、本体側と少なくとも１ヶ所以上で着脱可能に固定されるとともに、本体側との固定が解除された場合には、掘進方向に対して後方にスライドして前記本体の外部へ放出可能に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のシールド掘進機。
【請求項４】
前記複数の鋼殻は、掘進途中においてテール開口部の周壁の一部となりうるすべての部分にテールシールが設けられていると共に、テールシールが設けられていないすべての部分に、本体に設けられたテールシール又は周辺に配置された他の鋼殻に設けられたテールシールが接触するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシールド掘進機。
【請求項５】
前記推進用ジャッキは、最大径のトンネル掘削時に必要とされる本数を有し、これらのうちの一部がトンネル断面の形状変化に対応して移動可能に構成されると共に使用する本数を任意に選択できることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地中を掘進して断面の変化するトンネルを構築できるシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールド掘進機によって掘削したトンネルの一部の断面を変化させるには、断面を変化させたい区間において開削工事を行ったり、あるいは薬液注入等により地盤改良した後に既設トンネルの一部を撤去して地中にてトンネルの再構築工事を行ったりしていた。また、断面を変化させたい区間だけ外径の異なるシールド掘進機を用いて掘削する場合もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、開削工事を行うには、少なくとも地上用地の確保が必要になり、さらにトンネル土被りが深い場合には開削作業自体も大規模な工事となるため、大幅なコストアップにつながるという問題点があった。
また、地中にてトンネルの再構築工事を行う方法の場合には、薬液注入等の補助工事によるコストアップのほか、安全面でも十分に配慮する必要があった。
さらに、外形の異なるシールド掘進機を使用する方法の場合には、シールド掘進機の製作費用が追加されるほか、シールド掘進機を発進させるための新たな発進立坑を設置する必要があり、大幅なコストアップにつながるという欠点があった。
さらにまた、上記いずれの方法でも、シールド掘進機の進行に従って連続的にトンネルを構築することはできず、工期の短縮化という観点からは、いずれの方法も好ましいとは言えなかった。
【０００４】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、トンネルの断面径や断面形状の変化するトンネルを連続して構築できるシールド掘進機を得ることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシールド掘進機は、前端側に掘削機構を有し、後端側に開口断面に沿う断面形状のトンネルを構築するテール部を有する筒状の本体と、該本体の内部に設けられ構築されたトンネルに反力を取りながら前記本体を推進させる推進用ジャッキと、前記テール部の後端部内周面の全周に設けられて構築されたトンネルの外周面と前記テール部の内周面との隙間から地下水及び土砂が進入するのを防止するテールシールとを備えたシールド掘進機において、
前記テール部の後端部に任意の断面形状を有する複数の鋼殻を着脱可能に設置し、掘進途中において前記複数の鋼殻を同時又は順次に放出し、前記テール部開口断面積を任意に拡大できるようにしたものである。
【０００６】
また、前記鋼殻の少なくとも一個は内側にトンネルを構築できるリング形状であることを特徴とするものである。
【０００７】
さらに、前記鋼殻は、本体側と少なくとも１ヶ所以上で着脱可能に固定されるとともに、本体側との固定が解除された場合には、掘進方向に対して後方にスライドして前記本体の外部へ放出可能に配置されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記複数の鋼殻には、掘進途中においてテール開口部の周壁の一部となりうるすべての部分にテールシールが設けられると共に、前記複数の鋼殻はテールシールが設けられていないすべての部分に、本体に設けられたテールシール又は周辺に配置された他の鋼殻に設けられたテールシールが接触するように配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、前記推進用ジャッキは、最大径のトンネル掘削時に必要とされる本数を有し、これらのうちの一部がトンネル断面の形状変化に対応して移動可能に構成されると共に使用する本数を任意に選択できることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の斜視図である。図において、１はシールド掘進機、２乃至５はシールド掘進機１のテール部１ａ後端部に設置された鋼殻、６は複数のセグメントによって構築されつつあるトンネルである。鋼殻２，３は四角柱からなり、それぞれテール部１ａの右左に上下に亘って配置されている。鋼殻４は四角柱からなり、テール部１ａの上部側に鋼殻２，３に亘って配置されている。また、鋼殻５は矩形のリング状であり、鋼殻２，３，４の内側に配置されている。鋼殻２乃至５はテール部１ａ又は隣接する鋼殻に図示しないボルトによって連結されている。
【００１１】
７はシールド掘進機１のテール部１ａの内周面に、その全周に亘って設けられたテールシールであり、テール部１ａと鋼殻２，３，４，５との隙間から地下水や土砂が浸入するのを防止している。８，９，１０はそれぞれ鋼殻２，３，４の一側に設けられたテールシールであり、それぞれ鋼殻２と鋼殻４及び鋼殻５との間、鋼殻３と鋼殻４及び鋼殻５との間、鋼殻４と鋼殻５との間をシールしている。また、１１は鋼殻５の内周に、その全周に亘って設けられたテールシールであり、鋼殻５とトンネル６との間のシールをしている。
【００１２】
図２は、図１における中心軸を通る水平断面図、図３は図２における矢視Ａ−Ａ断面図、図４は図２における矢視Ｂ−Ｂ断面図である。図２乃至図４に基づいてシールド掘進機１の構成を詳細に説明する。図において、１５はシールド掘進機１のテール部１ａと鋼殻２を連結するボルト、１６は鋼殻２と鋼殻５を連結するボルト、１７は鋼殻５と鋼殻３を連結するボルト、１８は鋼殻３とシールド掘進機１のテール部１ａを連結するボルトである。このように、鋼殻２乃至５はボルトによって直接又は間接にシールド掘進機１のテール部１ａに着脱可能に連結されているのである。このときシールド掘進機１のテール部１ａの後面をトンネル６側から見ると図３に示すように、鋼殻２乃至５及びテールシール７乃至１１によって完全に塞がれた状態になっている。
【００１３】
再び図２について、１９はシールド掘進機１の内部に設けられ後述の推進用ジャッキを支持するガーダ部であり、このガーダ部１９には複数の掘進用ジャッキ２０が移動可能に設置されている。ここで、掘進用ジャッキ２０について図４に基づいて説明する。掘進用ジャッキ２０は図４に示すようにシールド掘進機１の内面の四隅に固定された４つの固定ブロック３１乃至３４及びシールド掘進機１の内面に移動可能に設置された複数のスライドブロック３５乃至４２に取り付けられている。なお、スライドブロック３５乃至３８はその周囲に設けられたガイドに案内されて図中上下方向に移動可能であり、またスライドブロック３９，４０も同様にその周囲に設けられたガイドに案内されて図中左右方向に移動可能であり、さらにスライドブロック４１，４２も同様にその周囲に設けられたガイドに案内されて図中左右及び上下方向に移動可能である。図４においては、推進に使用されている推進ジャッキ２０を黒丸で示し、使用されていないものは白丸で示している。
なお、スライドブロック３５乃至４２は、スライド手段としてジャッキ式、ラック・ピニオン式、チェーン駆動式等の一般的な方式のいずれかを用い、またスライド動作時以外はボルトにより任意の位置に固定されているものとする。
【００１４】
図５乃至図７は本実施の形態によりトンネルを構築して行く工程の説明図である。以下、図５乃至図７に基づくと共に図１乃至図４を参照しながらトンネル構築の各工程と装置の動作について説明する。シールド掘進機１は発進後、図１に示すように鋼殻５の内部にてトンネル６を構築しながら掘進し、トンネル断面の拡大開始地点に到達すると、図５に示すように、鋼殻５を既設トンネル６の先端部にボルト４５，４６によって連結し、鋼殻５と鋼殻２，３を連結しているボルト１６，１７及びその他の鋼殻５を拘束している全てのボルトを外す。次に、推進用ジャッキ２０を伸長させてシールド掘進機１を掘進させると、鋼殻５はトンネル６の先端部に連結固定されているので相対的にシールド掘進機１の機外側へスライドする。
【００１５】
次に、推進ジャッキ２０を縮退させ、セグメント組立スペースに、図７に示すように、断面Ｌ字状のセグメント４７，４８をその一片の外周面が鋼殻５の外周面と面一になり他片の外周面が鋼殻５の端部及びトンネル６の端部に当接するように配置してトンネル６の先端部に設置する。その後、推進用ジャッキ２０が取り付けられている移動ブロック３５，３６，４１，４２を、図８に示すように、テール部１ａの外周方向に移動させ、推進用ジャッキ２０の先端をセグメント４７，４８の端部に当接させて伸長させ、シールド掘進機１を掘進させる。その後、セグメント４７，４８の端部を基準にしてセグメントを構築することによって、図９に示す、トンネル６よりも断面が拡幅したトンネル５０を連続的に構築できる。なお、トンネル５０の構築中においては、トンネル５０の周面と鋼殻２，３，４及びテール部１ａとの隙間は、図１０に示すように、テールシール７乃至１０によって塞がれているので、この隙間から地下水や土砂がシールド掘進機１の内部に浸入することはない。
【００１６】
以上説明したのと同様にして、順次、鋼殻４を分離してトンネル５１を構築し、鋼殻２，３を同時に分離してトンネル５２を構築すると、図１１に示すような断面が順次拡大していくトンネルが連続的に構築できる。
なお、トンネル５１を構築してゆく際に使用する推進用ジャッキ２０の配置は図１２に示す通りであり、この際のトンネル５１の周面のシール状態は図１３に示す通りである。なお、推進用ジャッキ２０を図８に示す配置から図１２に示す配置にするには、スライドブロック３５，４１，４２をスライドさせたのち、ガイド部１００，１０１を取り外し、スライドブロック３９，４０を内側にスライドさせるようにする。
【００１７】
また、トンネル５２を構築してゆく際に使用する推進用ジャッキ２０の配置は図１４に示す通りであり、この際のトンネル５２の周面のシール状態は図１５に示す通りである。なお、推進用ジャッキ２０を図１２に示す配置から図１４に示す配置にするには、ガイド部１０２，１０３を一旦取り外して、スライドブロック４１，４２を外側にスライドさせたのち、ガーダ部の剛性確保のために再びガイド部１０２，１０３を取り付けるようにする。
【００１８】
図４、図８、図１２及び図１４から分かるように、トンネルの断面が順次拡大してゆくに従って推進用ジャッキ２０が設置されている移動ブロックをテール部１ａの外周に向かって移動させると共に、使用する推進用ジャッキ２０の本数を増加させるようにするのである。このようにすることによって、必要最小限の推進用ジャッキを効率良く使用できるのである。
また、図３、図１０、図１３及び図１５から分かるように、トンネル断面が拡大してもトンネル外周面は常にシールテールによって塞がれているので、ここから地下水や土砂がシールド掘進機１の内部に浸入することがない。
【００１９】
なお、上記の実施の形態１では、トンネル断面を拡大する際に鋼殻をトンネル先端部のセグメントにボルトによって固定する例を示したが、ボルト固定に代えてトンネル先端部のセグメントと鋼殻を溶接するようにしてもよい。
また、鋼殻をトンネル先端部のセグメントに固定することなく、鋼殻押出し専用のジャッキを用いて、鋼殻をシールド掘進機の外側に押し出すようにしてもよい。これらの点は、以下の実施の形態においても同様である。
【００２０】
実施の形態２．
実施の形態１においては断面が矩形状のシールド掘進機１を用いて、断面が順次拡大して行くトンネルを構築する例を示したが、この実施の形態２においては、断面が円形のシールド掘進機を用いて断面が一旦縮小した後再び拡大するトンネルを構築する例を示す。
図１６は本実施の形態に使用するシールド掘進機６０の中心軸を通る水平断面図、図１７は図１６の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。シールド掘進機６０は断面形状が円形である点を除き、他の基本構成は実施の形態１のシールド掘進機１と基本的に同様である。
【００２１】
図において、６０ａはシールド掘進機６０のテール部、６１はガーダ部６２に移動可能に支持された推進用ジャッキ、６３はテール部６０ａに取り付けられて構築中のトンネル６４とテール部６０ａとの隙間を塞ぐシールテールである。
【００２２】
図１８乃至図２２は本実施の形態の動作を説明する説明図である。以下、図１６乃至図２２に基づいて本実施の形態の動作を説明する。
シールド掘進機６０は発進後、図１６に示すようにテール部６０ａの内部にてトンネル６４を構築しながら掘進する。そして、トンネル断面の縮小開始地点に到達すると、図１８に示すように、トンネル６４の先端部に断面Ｌ字状のセグメント６５を、一片の先端部をトンネル６４の内周面に当接させ、他片をトンネル６４の進行方向に水平に向けて配置してトンネル６４の先端部に設置する。次に、外周面がトンネル６４と同一の曲率を有する弓形の鋼殻６６，６７をセグメント６５の前方に隣接配置し、ボルト６８，６９によってセグメント６５に固定する。なお、鋼殻６６，６７の直線部にはセグメント６５に当接するテールシール７０，７１が設けられている。
【００２３】
鋼殻６６，６７の設置が完了すると、推進用ジャッキ６１をシールド掘進機６０の中心方向に移動し、セグメント６５の先端側を基準にして縮小した断面でセグメントを組立て、トンネル７５を構築する。なお、トンネル７５は外周面の両側が垂直壁で形成された断面樽形をしている。
トンネル７５が少し構築されるとシールド掘進機６０を掘進させて、テールシール７０，７１がテールシール６３と同位置になるまで鋼殻６６，６７をシールド掘進機６０に対して相対的にスライドさせる。その後、図１９に示すように、機内にて鋼殻６６，６７と断面が同形状の鋼殻７６，７７を鋼殻６６，６７の隣に配置し、テール部６０ａおよび鋼殻６６，６７にボルト７８乃至８１によって固定する。そして、新たに設置された鋼殻７６，７７の内側にこれらの鋼殻７６，７７をガイドとしながらトンネル７５のセグメントを組み立ててゆく。
【００２４】
その後、鋼殻６６，６７とトンネル６４の先端のセグメント６５とを連結していたボルト６８，６９をすべて外してから掘進を開始する。このとき、鋼殻６６，６７，７６，７７はテール部６０ａの内部に固定されているので、テール部６０ａの後端断面が縮小したことになり、図２０に示すように縮小した断面のトンネル７５を連続的に構築しながら掘進していくことができる。
また、トンネル７５の外周面には、図２１に示すように、テールシール６３，７０，７１が全周にわたって接触しているので、この部分から地下水及び土砂が進入するのを防止できる。
さらに掘進して、断面の拡大開始地点まで到達すると、前述の実施の形態１で説明したのと同様の操作をして鋼殻６６，６７，７６，７７をシールド掘進機６０の機外側へ放出すれば、図２２に示すようにトンネル６４と断面形状が同一のトンネル８５の構築が可能となる。以上のような工程を得て構築したトンネルの斜視図を図２３に示す。
【００２５】
以上のように、この実施の形態２によれば、途中で断面が縮小するトンネルを連続して構築できる。
なお、図１９で示したように、鋼殻７６，７７はトンネル７５の構築を容易にするためのガイド的な役割をする部材であり、省略することも可能である。
【００２６】
実施の形態３．
本実施の形態は径の異なるリング状の鋼殻をシールド掘進機のテール部に複数個保持しておき、このリング状の鋼殻を順次放出しながら断面径が順次拡大してゆくトンネルを連続的に構築するというものである。図２４は本実施の形態３に使用するシールド掘進機９０の中心軸を通る水平断面図、図２５は図２４の矢視Ｅ−Ｅ断面図である。図２４，２５において、９０は断面矩形状のシールド掘進機、９０ａはシールド掘進機９０のテール部、９１はガーダ部９２に移動可能に支持された推進用ジャッキである。
【００２７】
９３はテール部９０ａの内側に配置され図示しないボルトによってテール部９０ａに固定されている矩形リング状の鋼殻である。９４はテール部９０ａの内周面に設置されてテール部９０ａと鋼殻９３との隙間を塞ぐシールテールである。また、９５は鋼殻９３の内側に配置され図示しないボルトによって鋼殻９３に固定されたリング状の鋼殻であり、断面の外形が矩形で内形が円形をしている。９６は鋼殻９３の内周面に設けられ、鋼殻９３と鋼殻６５の外周面との隙間を塞ぐシールテールである。９７は鋼殻９５の内側に構築中の円筒状のトンネル、９８は鋼殻９５の内周面に取り付けられて鋼殻９５の内周面と構築中のトンネル９７との隙間を塞ぐシールテールである。
【００２８】
上記のように構成されたシールド掘進機９０により、実施の形態１で説明したのと同様にして、トンネルの断面を拡大する地点で鋼殻９５，９３を順次切り離し、切り離された鋼殻を基準にして新たな拡大された断面のトンネルを構築することによって図２６に示すように、断面が順次拡大するトンネル９７，９９，１００を連続的に構築することができる。
なお、上記の実施の形態で示した断面形状は一例に過ぎず、本発明を利用すれば、鋼殻の形状および配置のタイミングを変えることにより任意の断面に変化するトンネルの構築が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明においては、テール部の内部に任意の断面形状を有する複数の鋼殻を着脱可能に設置し、掘進途中において前記複数の鋼殻を同時又は順次に放出し、前記テール部開口面積を任意に拡大できるようにしたので、土木的な補助工法を必要とせずに断面の変化するトンネルを１台のシールド掘進機で連続的に構築でき、工事全体としてのコストを大幅に低減できる。
【００３０】
また、鋼殻の少なくとも一個は、その内周面に沿うトンネルを構築できるリング形状としたので、リングの内形を変えるだけで断面形状の異なるトンネルが容易に構築できる。
【００３１】
さらに、前記鋼殻は、本体側と少なくとも１ヶ所以上で着脱可能に固定されるとともに、本体側との固定が解除された場合には、掘進方向に対して後方にスライドして前記本体の外部へ放出可能に配置されているので、断面が順次拡大してゆくトンネルがスムーズかつ連続的に構築できる。
【００３２】
また、複数の鋼殻には、掘進途中においてテール開口部の周壁の一部となりうるすべての部分にテールシールが設けられると共に、前記複数の鋼殻はテールシールが設けられていないすべての部分に、本体に設けられたテールシール又は周辺に配置された他の鋼殻に設けられたテールシールが接触するように配置されているので、順次構築されるトンネルの外周面と鋼殻又は本体の隙間、本体と鋼殻との隙間及び各鋼殻相互の隙間は常にテールシールで塞がれているので、地下水や土砂がシールド掘進機の本体内部に浸入することがない。
【００３３】
さらに、推進用ジャッキは、最大径のトンネル掘削時に必要とされる本数が備えられ、これらのうちの一部がトンネル断面の形状変化に対応して移動可能に構成されると共に使用する本数を任意に選択できるようにしたので、必要最小限の推進用ジャッキを効率良く使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１の斜視図である。
【図２】  図１の中心軸を通る水平断面図である。
【図３】  図２における矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図４】  図２における矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
【図５】  実施の形態１におけるトンネルを構築して行く工程の説明図である。
【図６】  実施の形態１におけるトンネルを構築して行く工程の説明図である。
【図７】  実施の形態１におけるトンネルを構築して行く工程の説明図である。
【図８】  実施の形態１における使用ジャッキの説明図である。
【図９】  実施の形態１におけるトンネルを構築して行く工程の説明図である。
【図１０】  実施の形態１におけるトンネルを構築して行く途中でのテール部の説明図である。
【図１１】  実施の形態１で構築されたトンネルの斜視図である。
【図１２】  実施の形態１における使用ジャッキの説明図である。
【図１３】  実施の形態１におけるトンネルを構築して行く途中でのテール部の説明図である。
【図１４】  実施の形態１における使用ジャッキの説明図である。
【図１５】  実施の形態１におけるトンネルを構築して行く途中でのテール部の説明図である。
【図１６】  実施の形態２のシールド掘進機の水平断面図である。
【図１７】  図１６の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。
【図１８】  実施の形態２におけるトンネルを構築して行く工程の説明図である。
【図１９】  実施の形態２におけるトンネルを構築して行く工程の説明図である。
【図２０】  実施の形態２におけるトンネルを構築して行く工程の説明図である。
【図２１】  図２０の矢視Ｄ−Ｄ断面図である。
【図２２】  実施の形態２におけるトンネルを構築して行く工程の説明図である。
【図２３】  実施の形態２で構築されたトンネルの斜視図である。
【図２４】  本発明の実施の形態３の水平断面図である。
【図２５】  図２４の矢視Ｅ−Ｅ断面図である。
【図２６】  実施の形態３によって構築されたトンネルの斜視図である。
【符号の説明】
１，シールド掘進機
１ａ  テール部
２，３，４，５  鋼殻
６  トンネル
７，８，９，１０，１１  テールシール
【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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