平成30年1月23日（火）平成29年度 土木学会関西支部技術賞候補発表会

シールド工事で創造する
浸水対策・合流式下水道の改善と魅力溢れる地下空間

大阪府東部流域下水道事務所
大成建設・村本建設・中林建設共同企業体
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１．目的

2

１．目的

寝屋川流域について○今回対象の寝屋川流域は、寝屋川総合治水計画により内水域の治水安全度を40年に1度の降雨に対応させることを目標とし、浸水対策事業を実施。
○合流式下水道には、分流式下水道並みの水質確保のための施設改善が平成35年度末までに迫られている。

寝屋川流域下水道計画区域（浸水対策）
合流式下水道区域（合流改善）

今回工事位置（大阪府東大阪市）
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１．目的

浸水対策（下水道増補幹線）○寝屋川総合治水計画にもとづき、下水道では10年に1度の降雨に対応すべく既設幹線を補完する下水道増補幹線（2本目の流域下水道幹線）の整備を実施。

流域下水道幹線（既設）

分水マンホール

下水道増補幹線

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１．目的

合流式下水道の改善（貯留施設）○放流汚濁負荷削減のため、雨天時に水質の悪い初期流入水を貯める貯留施設の整備を実施。
○貯留した水は晴天日に下水処理場へ送水し高級処理を行う。

×BOD 40t/▲

年

貯留施設
雨天時初期流入水
14,700m35１．目的

増補幹線と合流改善施設の一括施工○寝屋川南部地下河川関連の流域下水道増補幹線は、一部供用開始しており、中央北増補幹線はその継続事業として整備延伸計画を進めていた。
○寺島集水区の合流式下水道の改善の計画のタイミングとちょうど重なった。

⇒この２つの事業の施設を中央北増補幹線の延伸施工による１本のシールド工事で同時に構築を行う。

N6

２．概要

7

２．概要

設計経過
○中央北増補幹線は主要地方道大阪中央環状線の路線下に、計画雨水貯留量約43,000m3を確保するため、仕上り内径φ5,400㎜ 管渠延長約2.05kmのシールドトンネルを構築する設計○川俣処理区寺島集水区では合流式下水道の改善として、降雨時の初期流入水を約14,700m3貯留する計画であったが、当該の寺島ポンプ場用地内には新たな貯留施設を設けるスペースがなく、ポンプ場の近隣にもシールド工事基地等の確保に適当な用地もなかった。

寺島ポンプ場の状況
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２．概要

シールド工事による一括施工○従来は別個に建設計画される２つの施設を中央北増補幹線の延伸施工による１本のシールド工事で同時に構築する設計計画に改めた。

○寺島貯留施設（合流改善施設）
工事概要
場所 東大阪市荒本西三丁目～東大阪市西鴻池町四丁目
工期 H26.3.24～H29.2.28
大要 工事延長 L=2,774.1m
シールド工（泥水式）
マシン外径 φ6,150mm
仕上り内径 φ5,000～5,400mm

降雨初期の水質の悪い下水を貯めて、川への流出を防ぐ施設。

○中央北増補幹線（浸水対策施設）
大雨時に既設幹線の能力を超える雨水を増補幹線へ流入させ、浸水を防ぐ施設。

N9

２．概要

【4.工事概要】
非常に難易度の高い平面線形○掘削外径φ6.15m施工延長約2.77kmの主要構造物が多く存在する区間における大断面かつ大規模なシールド工事となった。
○近鉄けいはんな線との約3.7mの離隔交差や林立する阪神高速東大阪線、近畿自動車道吹田天理線及びJR学研都市線の橋脚基礎の沈下対策、急曲線施工（R=30m・3箇所）、狭小な立坑への到達作業等、大断面に起因する困難な施工条件となった。

JR学研都市線横断

近鉄けいはんな線横断

連続急曲線（30R×2）

狭小な到達立坑

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２．概要

大きく変化する土質○さらに、土被り約25.0～12.4ｍの前半は軟弱な沖積粘土層、地下水の豊富な砂礫土層、後半からは洪積粘土層と大きく変化する土層となった。

⇒多岐にわたる技術力を駆使して克服

d =12.37m～16.30m
d =12.37m～24.99m

外径φ 6000㎜
中央北増補幹線
セグメント内径φ 5350㎜

外径φ 6000㎜
寺島貯留管

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２．概要

魅力溢れる地下空間○若手技術者に向けたシールド掘進管理の見える化○様々な形での現場見学会の実施○熱心な作業員意識とプロカメラマン招へいによる現場撮影との相まった『美観にこだわる作業環境づくり』を実現⇒魅力溢れる地下空間が創り上げられた。

掘進管理の見える化

200名規模となった小学生への土木アピール見学会

プロカメラマンによる現場撮影

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３．技術の概要（１）新しい技術【独創性・独自性】■雨水貯留管と合流式下水道施設の一体化施工

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３．技術の概要 （１）新しい技術【独創性・独自性】【4.工事概要】

一体化施工について○先に、主要地方道大阪中央環状線路線下に設計計画していた中央北増補
幹線はセグメント外径φ6,000㎜（仕上り内径φ5,400㎜）、管渠延長2.05kmの雨水貯留量43,000m3で計画。
○このシールドの延伸施工により、合流式下水道の改善のための雨水貯留量14,700m3の確保の可否について検討を行い、それらを確認。
⇒従来は別個に建設計画されていた２つの雨天時対策施設を施設構造における設計上の配慮により一括施工の課題解決を図った。

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３．技術の概要 （１）新しい技術【独創性・独自性】

シールド管渠における平面線形の確保○路線下には、河川の調節池をはじめ複数の地下埋設物の他に、近畿自動車道やJR学研都市線の橋脚基礎が林立し、水路の矢板護岸も存在する上に、大阪モノレールの延伸計画もあった。
⇒これら条件に対し曲線半径R=30mのS字状の急曲線等により平面線形を設定できた。

JR学研都市線横断

近鉄けいはんな線横断

連続急曲線（30R×2）

狭小な到達立坑

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３．技術の概要 （１）新しい技術【独創性・独自性】

シールド管渠における縦断線形の確保○縦断線形では既設流域幹線（φ5,000㎜）と電力ケーブル管（φ1,350㎜）が地下10～15mの横断位置に存在していた。

⇒離隔を本シールド外径の1D以上確保させての下り勾配（24‰）を設定した。
これらは自然流下の下水管渠の性質上、まさに“抜けられるのはこの一点だけ”という位置を通過させる“1本のシールドによる設計計画”が実現した。

d =12.37m～16.30m
d =12.37m～24.99m

外径φ 6000㎜
中央北増補幹線
セグメント内径φ 5350㎜

外径φ 6000㎜
寺島貯留管1116３．技術の概要 （１）新しい技術【独創性・独自性】

シールド管渠における容量の確保○中央北増補幹線のセグメント外径はφ6,000㎜であるので、このセグメント外径を固定して、セグメント内径に降雨時初期汚濁水の貯留の影響を考慮し、覆工コンクリート（厚さ175㎜）を確保して仕上り内径を5,000㎜とすることで、計画貯留容量を満足することができた。
○また、寺島貯留管内には、堆積物を洗浄するための送水管PEφ350×2条を設けることとした。
d =12.37m～16.30m
d =12.37m～
24.99m

外径φ6000㎜
中央北増補幹線
セグメント内径φ5350㎜

外径φ6000㎜
寺島貯留管

17３．技術の概要 （１）新しい技術【独創性・独自性】

ポンプ施設と貯留施設の連絡構造○ポンプ場と貯留施設マンホールとは導水渠φ1,500㎜で連絡させることで一体化させることが可能となった。
○ただし、貯留施設が地表面より深さ約30mとなるため、揚水・揚泥ポンプを配置した。
内径φ 6,400㎜

マンホール深さ 31.7m

導水渠
φ 1500㎜

揚水・揚泥ポンプ18

３．技術の概要 （１）新しい技術【独創性・独自性】

施設を分割する管理用特殊マンホール○当初計画で中央北増補幹線の到達立坑を予定していた箇所に中間特殊マンホールを設置して2つの施設を分離させることとした。
○構造的には、マンホールの中央で折半して分離するための仕切り壁を設けるとともに空気弁機能の排気設備を設けることとした。
外径φ 3500mm

中央北増補幹線側は排気桝より排気

マンホール深さ 18.3m

寺島貯留管側は排気管により脱臭装置へ

中央北増補幹線
仕切壁

寺島貯留管

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３．技術の概要 （１）新しい技術【独創性・独自性】

コスト縮減効果○雨水貯留施設単体とした場合のシールド発進立坑及び掘進機・設備の1工事分の省略により約14億円の縮減効果となった。
①シールド掘進機本体及び設備の一括化

600百万円②一括化施工に伴う立坑の省略（マンホール構築を含む）

800百万円合 計

1,400百万円の縮減効果

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３．技術の概要（２）使える技術【発展性・応用性】■狭小な円形ケーソン立坑（内径φ6.4m）への円滑なシールド到達と開口補強におけるFFU部材の適用

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３．技術の概要 （２）使える技術【発展性・応用性】

円滑なシールド到達○立坑深さ約32mで大深度の土被り約25mの狭隘な作業ヤード中での施工。
○到達までに掘進機は既に約2.77kmの掘進を経てカッタビットの損耗も著しく、直接切削にあたり大きなトルク力の発揮が困難。
○シールド掘削外径φ6.15mに対し到達立坑の内径はφ6.4mであることから、ケーソン躯体の断面欠損が大きくなる。
⇒全国初の試みとしてFFU部材（合成木材）の円弧加工材を現場で接合一体成型するものをケーソン躯体における掘進機が直接切削する部分に採用。
シールドマシン

合成木材

シールド到達作業のイメージ

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３．技術の概要 （２）使える技術【発展性・応用性】

ＦＦＵ部材の構造○今回使用したFFU部材は最大長さ10mに及び、工場での製作と車両運搬の制限から単体1本ものが適用できないことから、工場製作では2本の分割加工とし、現場で接合成型して一体化させた。
○これまで円弧部材での接合事例はなかったものの、狭い現場ヤード及び立坑寸法の条件克服のために採用に至った。ケーソン躯体7ロットのうち、2～3ロット目の11段に配置した。

FFU部材（合成木材）（SEW工法）

FFU加工部材設置状況（SEW工法）

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３．技術の概要（２）使える技術【発展性・応用性】■建設発生土における環境負荷の低減とコスト縮減

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３．技術の概要 （２）使える技術【発展性・応用性】

一次処理土について○建設発生土の処分、当初一次処理土約54,800m3は運搬距離約46kmの阪南2区埋め立て事業としていた。
⇒より現場に近い公共工事（都市再編事業等）への流用促進と官民マッチ
ング試行制度の活用により、運搬距離が32kmの短縮となりダンプトラッ
クからの排出ガス量を大幅に削減させた。
有効利用先
寝屋川市
土地造成事業
寝屋川市
再編整備事業大阪府
都市公園事業
民間ビル解体事業
（大阪市）
合計

流用土量
（m3）

運搬距離（km）

9,700

2020,000

2020,000

65,1001354,800

平均14運搬距離が1/3以下に短縮
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３．技術の概要 （２）使える技術【発展性・応用性】

二次処理土について○当初、二次処理土約36,500m3は運搬距離約7kmの民間処分場への処分としていた。

⇒二次処理土の発生量抑制のため、高圧型脱水プレスを採用し、含水率を40％→33％に改善し減量化させた。

高圧型脱水プレス装置

二次処理土⇒一次・二次処理土を合せ、コスト縮減効果は約4億円
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３．技術の概要（３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】■さまざまな掘進断面に対応するシールドマシンのカッタフェイスの工夫

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３．技術の概要 （３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】

本シールドの対象土質○発進から約2.1ｋｍまでは下半分には最大寸法250㎜を超える礫が存在する
礫層、その上部にはＮ値0の沖積粘土層で構成○残りの到達立坑までの約0.7kｍは全断面が洪積粘土層○それら掘進を終えた後に到達立坑のFFU壁面を切削する必要。

合成木材
壁面の切削

最大寸法250mmを超える礫層

クラッキーな洪積粘土

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３．技術の概要 （３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】

シールドマシン カッターフェイスの工夫○開口率は一般に10～30％であるが、礫の取込みにあわせて 28.8％に設定。
○ 今回開口率では、洪積粘土層がクラッキーな性質のため土塊としてチャンバ内に取り込まれ、排泥管の閉塞につながるため、掘進機のセンターシャフト部やカッタスポークに泥土圧式シールドで使用する加泥注入孔を設け、分散剤等の添加剤を切羽に直接注入する構造。
○到達の壁面の直接切削に備え、先行ビットを配置し、FFU部材の繊維切断機能を付加。
切羽添加材注入孔（クラッキー粘土）

先行ビット

メインビット

開口率28.8％（礫の取込み）先行ビット（合成木材（FFU）切削）３．技術の概要 （３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】

シールドマシンの到達状況○これら対策により、全線にわたって礫の取り込みや粘性土土塊の閉塞もなく、円滑な到達作業を実現させた。

３．技術の概要（３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】■近鉄けいはんな線、近畿自動車道との近接施工
綿密なトライアル施工と若手技術者に向けた掘進管理の見える化

31３．技術の概要 （３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】

近鉄けいはんな線横断（現場状況）○横断施工での影響区間（L=62ｍ）の施工条件として、当初、夜間の線路閉鎖時間帯作業の制限があった。
○施工協議の中で線閉時間は深夜0:50～4:05の3時間15分のみで、影響区間の通過には約35日が見込まれた。
○影響区間にマシンが長く滞在することが、構造物への影響をさらに大きくすることに繋がり、二次管理値（±4.9㎜）を超えてしまうことが懸念された。
夜間施工では35日を要し影響が大きくなる。
シールドマシンシールドマシン

離隔約3.7m

中央北増補幹線（マシン外径 6.2m）（セグメント外径6.0m）

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３．技術の概要 （３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】

綿密なトライアル施工○協議では『シールドの応力解放率30％で一次管理値（±3.0㎜）の満足が条件』とされたが、FEM解析結果による想定沈下量は一次管理値を満足させることはできなかった。
⇒トライアル施工において24時間連続施工とした送泥量、排泥量、切羽土水圧、裏込め注入量の設定で応力解放率10％程度の一次管理値を逆解析により確保できた。
トライアル
施工・計測②

近鉄けいはんな線（地下鉄）（層別沈下観測）

先行①

時間

発進
立坑

0通過時③

トライアル
施工・計測①（層別沈下観測）

②切羽前

最終沈下

④テールボイド
後続⑤
セグメント

テールボイドテール沈下

夜間3時間（35日）⇒ 24時間（5日）

切羽

シールド通過33

３．技術の概要 （３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】

近鉄けいはんな線横断（結果）○約5日間（ 電車利用者の少ない3連休を中心 ）で影響範囲を通過完了させるとともに一次管理値以下の変位量にとどめた。
・躯体 最大変位 -0.82mm ⇔ １次管理値 ±3.0mm
・軌道 最大変位 -0.84mm ⇔ １次管理値 ±3.0mm

シールド
マシン

離隔約3.7m

24時間（約5日間）施工で1次管理値（±3㎜）の1/3以下で通過

中央北増補幹線（マシン外径 6.2m）（セグメント外径6.0m）
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３．技術の概要 （３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】

近畿自動車道の横断など○この後にも、林立する阪神高速東大阪線、近畿自動車道吹田天理線及びJR学研都市線の橋脚基礎を半径30ｍの急曲線でＳ字に縫うなどの線形での近接施工となった○送・排泥管の延長作業中も別途、切羽保持装置を設ける等の切羽水圧の保持にも努め、これらの構造物に対しても沈下量・傾斜量を一次管理値以下にとどめることに至った。
主な構造物の最大変位量
主な近接構造物

R=30m×２

寺島貯留管（マシン外径 6.2m）（セグメント外径6.0m）

一次管理値

最大変位量

躯体±3.0㎜-0.82㎜

軌道±3.0㎜-0.84㎜

近畿自動車道

±4.5㎜

-1.9㎜

JR学研都市線

±2.5㎜

-2.3㎜

近鉄
けいはんな線

最小離隔
約5.9m（0.95D）
寺島貯留管（マシン外径 6.2m）（セグメント外径6.0m）

近畿自動車道橋脚基礎との近接施工

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３．技術の概要 （３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】

掘進管理の見える化○CADを用いてシールドの軌跡を記入する方法では担当者に任せきりになったり、線形が逸脱しても気づかない恐れがある。
⇒若手技術者の育成にも着目し、A1方眼紙に1/20の縮尺でシールドの軌跡を手書きで描き、皆で方眼紙を囲んでシールドの軌跡を直接確認（掘進管理の見える化）した。

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３．技術の概要（３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】■高精度を要する狭小な円形ケーソン立坑（内径φ6.4m）へのシールド到達

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３．技術の概要 （３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】

ケーソン立坑へのシールド到達（現場状況）○ポンプ場用地の制約により、到達立坑は円形ケーソンφ6.4mで土被り約25.0mの位置にマシン外径φ6.15mがケーソン躯体を直接切削する方式となった。
○到達作業は曲線施工（R=60m）を伴い、非常に難易度の高いものであった。

2.77km掘進
土被り25m

寺島貯留管（マシン外径 6.2m）（セグメント外径6.0m）

マシン外径とほぼ同径の到達立坑
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３．技術の概要 （３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】

見えないシールドマシンの位置確認○到達にあたり、立坑内にモルタルを充てんしているため、モルタルを撤去するまでマシン位置を把握できない。
⇒・点灯ケーブルを介して、シールド機の位置を間接的に確認。
・通常の3倍の測量頻度にして綿密にマシン位置を把握。
・シールド機の平均掘進速度は約5cm/時間とし、FFU部材を確実に切削。

点灯ケーブル
点灯ケーブル
点灯ケーブル39

３．技術の概要 （３）成し遂げた技術【努力度・困難の克服度】

ケーソン立坑へのシールド到達（結果）○切削開始から完了までに5日間を要したが、直接切削による躯体への損傷、漏水の発生、掘進機の故障トラブルは無かった。
○FFU部材切削にはカッタヘッドに装備した先行ビットの効用により良好な成果を得た。
○なお、到達部分の施工誤差は鉛直方向7 ㎜水平方向8㎜

規格値（±50㎜）1/10以下（8㎜）の精度で到達
深さ31.7m

ケーソン躯体への影響もなし
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３．技術の概要（４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】■広範囲にわたる治水安全度の向上と河川への汚濁物質放流量の削減

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３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

広範囲にわたる治水安全度の向上○寝屋川流域は、有史以来の浸水多発地域であり「大雨災害に強いまちづくり」は地元住民の悲願であった。
○この中央北増補幹線を含め約4.2kmが平成31年度に本格的な供用を予定。
○この供用により東大阪市域の治水安全度が向上し、浸水被害の可能性は大きく低減され、今後地下河川と連携と流域におけるソフト面の対策が講じられた時点で治水安全度は40年に1度の降雨に対応できるものとなる。

流域下水道幹線（既設）

分水マンホール

下水道増補幹線42

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

河川への汚濁物質放流量の削減○今回の合流式下水道の改善により、従来は雨天時に一級河川寝屋川に放流されてきた初期汚濁雨水のほとんどが終末下水処理場で晴天時に高級処理されることから、当該施設による汚濁物質放流量が年間BOD負荷量として約40t/年削減される見込みで河川の浄化に大いに寄与できるものとなる。

×BOD 40t/▲

年

貯留管
雨天時初期流入水
14,700m3

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３．技術の概要（４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】■さまざまな形の現場見学会の開催

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３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

土木のアピール”見学会○現場見学会は全80回開催し、業界関係者のみならず多くの来場者に見学会を実施。
○地域住民との学習見学会、防災ボランティアとの意見交換会、小学生には将来の担い手を意識した“土木のアピール”見学会、をはじめシールドトンネル写真撮影会等も開催した。

200名規模となった小学生への土木アピール見学会

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３．技術の概要（４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】■プロカメラマンの現場撮影作品と現場作業員が相まった『美観にこだわる作業環境づくり』

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３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

美観にこだわる作業環境づくり○異なる分野のプロカメラマン3名を招へいして、シールドトンネルを題材に様々なシーンを作品として撮影。
○これらに職業意識の高い現場作業員に感動と刺激を与え、次第に『美観にこだわる作業環境づくり』が確立。
○その副産物として写真集を発刊した。
○これらの成果として安全管理の向上へと繋がり、『厚生労働大臣表彰奨励賞』の受賞に至った。

工事写真集（表紙）※大阪府のH.Pで公開中。「大阪府」＋「下水」＋「写真集」の３つのワードで検索。

47

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

写真集の紹介①48

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

写真集の紹介②49

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

写真集の紹介③50

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

写真集の紹介④51

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

写真集の紹介⑤52

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

写真集の紹介⑥53

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

写真集の紹介⑦54

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

写真集の紹介⑧55

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

写真集の紹介⑨56

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

写真集の紹介⑩57

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

写真集の紹介⑪58

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

写真集の紹介⑫59

３．技術の概要 （４）喜ばれる技術【地域への貢献度・地域への密着度】

写真集の紹介⑬60