JP2004339922A

JP2004339922A - 垂直導水管

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Publication number: JP2004339922A
Application number: JP2004123883A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Shimono; 貴正下野; Katsue Okamura; 勝栄岡村
Original assignee: HANEDA CONCRETE IND CO Ltd; Haneda Concrete Industrial Co Ltd
Current assignee: HANEDA CONCRETE IND CO Ltd; Haneda Concrete Industrial Co Ltd
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2024-04-20
Also published as: JP3889012B2

Abstract

【課題】下水道用人孔や雨水流入用の竪管等の落差工の螺旋案内路付きの螺旋流方式において、比較的簡単で低コストの構造で到達流速を下げることのできる垂直導水管を提供する。
【解決手段】円筒部に半楕円形の傾斜平板３を上下方向に折曲した螺旋を描くように上下方向に対して左右交互に配設し、上部の傾斜平板の出口端と下部の傾斜平板の入口端とを三角形等の垂直平板４で連結し、段差のある直線状の折曲した螺旋による案内路を形成し、自由落下運動と螺旋落下運動とを組み合わせ、自由落下エネルギー分を螺旋落下エネルギーに衝突させ、落下の初期段階からエネルギーを消費させることにより、加速度勾配を小さくし、到達流速を下げる。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水道用人孔や雨水流入用の竪管等に用いられる螺旋案内路付きの垂直導水管に関するものである。

従来、下水道用人孔において流入管と流出管に落差がある場合、その落差高の大小により落下方式を選択しており、次の３つの方式が知られている。

(1) 自由落下方式
断面が四角形や円形の減勢工の無い垂直導水管であり、流入管からの落下水は、投網のように前面空気を包み込んで広がりながら落下する。

(2) 階段（水平棚）方式
自由落下方式の水勢を低減させる目的で断面が四角形や円形の垂直導水管内に水平棚を交互にある間隔で設置している。

(3) 螺旋流（旋回流）方式
螺旋流や旋回流を与える方式には次の２通りがある。

(3−１) 断面円形の頭部で接線方向に水流を与えて旋回流を得る方式である。この方式の流線は重力により旋回流からやがて鉛直流に変化していく。この場合、落下量、直径、初期流速、着地深度の要素をその都度試験に求める必要がある。

(3−２) 図７に示すように、中空筒（空気抜き）５０の周りに、螺旋流を発生させるヘリコロイド面を有する螺旋状の板５１を設けた、空気道を備えた螺旋案内路付き垂直導水管である（例えば、特許文献１〜４参照）。
特開２００２−３２２７２９号公報特開２００１−３１１４８３号公報特開２００１−２７９７９８号公報特開２００１−２７１４１４号公報

下水道用人孔の落差工においては、壁面や底版の摩耗損傷、地盤振動を防止するため、流速を小さくすること、また下水の落下速度に伴って反作用として空気粘性に伴う抵抗力が生じ、このための所要空気道の確保も重要である。

(1) 自由落下方式では、落下水は投網のように前面空気を包み込んで広がりながら落下するため、その落下水を阻害させないため、別途、空気道が必要となる。空気道を設置しない場合、その空気道に見合う空間容量が必要となる。また、落下速度を制御できないため、着地時に騒音や振動が構造物を通じて地盤に伝達し、公害の要因となる。

(2) 階段（水平棚）方式では、水平棚を交互に設置し、水流の減勢を目的としているが、密閉空間では、水の落下初期に、各段の水平棚下部に空気溜りが生じる。その空気溜り容量が落下量に対して少なく、かつ、別途、空気抜き管を設置しない場合、流下量の増大と共に空気溜りは下方に移動し、接続する管路に運ばれる。接続する管路の機能や構造形式によっては、やがてその空気溜りは成長し、管路の流れを阻害し、マンホール蓋の破損、人的損害の原因となる。

(3) 近年、高落差の場合、壁面摩擦抵抗を多く取り、到達速度を下げ、かつ、空気道を備えた螺旋案内路付きの螺旋流方式が採用されることが多い。しかし、螺旋案内路を流れる状況を観察すると、小中流量時も非常に滑らかであり、加速度勾配が依然として大きく、当然到達流速も大きい。施設の長期供用期間中（30〜50年) の降雨において、小中降雨の発生頻度が高いことから、計画流量時（確率年として10〜15年に一回の雨を対象)はもちろんのこと、小中流量時の到達流速を下げる工夫が望まれている。

本発明は、下水道用人孔や雨水流入用の竪管等の落差工の螺旋案内路付きの螺旋流方式において、比較的簡単で低コストの構造で到達流速を下げることのできる垂直導水管を提供することを目的とする。

本発明の請求項１は、螺旋流方式の垂直導水管であって、筒部に半断面形の傾斜板が上下方向に折曲した螺旋を描くように上下方向に対して左右交互に配設され、上部の傾斜板の出口端と下部の傾斜板の入口端とが垂直板で連結され、これら傾斜板と垂直板で螺旋流を発生させる案内路が形成されていることを特徴とする垂直導水管である。

この垂直導水管は、例えば下水道用人孔内に設置されたり、下水道用人孔として使用され、あるいは雨水を地下調整池等に流入させる竪管として使用される。垂直導水管の断面形状は、円形や矩形あるいは六角形や八角形等の多角形である。傾斜板の半断面形とは、筒部断面のほぼ半分の形状であり、例えば垂直導水管が断面円形の場合は、平面視形状が中心角180 °の半円形、中心角が180 °より小さい扇形、中心角が180 °より大きい扇形を含む。また、傾斜しているため、垂直導水管が断面円形の場合は半楕円形、断面矩形の場合は長方形となる。傾斜板は一定の板厚で直線状の傾斜平板が好ましいが、これに限らず、板厚が一定でない傾斜板や曲線状の傾斜曲板等でもよい。垂直板も同様であり、直線状の垂直平板が好ましい。なお、この垂直板の側面視の形状は三角形又は台形となる。

即ち、本発明は、螺旋流方式の垂直導水管において、例えば図１に示すように、半楕円形の傾斜平板を左右交互に配置し、それらを三角形又は台形の垂直平板で繋いで、段差のある直線状の折曲した螺旋による案内路を形成し、自由落下運動と螺旋落下運動とを組み合わせ、自由落下エネルギー分を螺旋落下エネルギーに衝突させ、落下の初期段階からエネルギーを消費させることにより、加速度勾配を小さくし、到達流速を下げることを目的とした、段差流れを併用した螺旋流方式の垂直導水管である。

本発明の請求項２は、請求項１に記載の垂直導水管において、傾斜板の上に螺旋流を反転させる壁が設けられていることを特徴とする垂直導水管である。例えば図２に示すように、壁は、円筒部の内面に取付ければよく、螺旋流を反転させて落下水同士を衝突させる。

本発明の請求項３は、請求項１または２に記載の垂直導水管において、正回転の螺旋流を発生させる傾斜板の途中に逆回転の螺旋流を発生させる傾斜板が設けられていることを特徴とする垂直導水管である。例えば図３に示すように、正回転螺旋流の傾斜板の途中に、傾斜方向や設置位置を変えた傾斜板を配置し、回転落下途上において螺旋流に逆回転を与える。

本発明の請求項４は、請求項１から３までのいずれか一つに記載の垂直導水管において、傾斜板の上面に傾斜方向に昇降可能な階段が設けられていることを特徴とする垂直導水管である。即ち、比較的大径の垂直導水管では、傾斜板をスロープ階段として利用することができるが、滑りを防止するためには踏み段のある階段を設けるのが好ましい。この階段は、傾斜板の表面に後付けしてもよいし、傾斜板と一体に製作することも可能である。また、階段は、傾斜板の内側（筒部中心側) に設け、外側（筒部外壁側) に螺旋流の通路が形成されるようにするのが好ましい。

以上のような構成において、図１(d) に示すように、一段目の傾斜平板の上に水を流すと、その一部は垂直平板から二段目の傾斜平板の上に自由落下し、傾斜平板の勾配に沿った平行直線流Ｂが発生し、その直線流Ｂは、傾斜平板の最下端部において、円筒外壁に沿って流れている螺旋流Ａに衝突し、その螺旋流Ａは、直線流Ｂにより方向・流速が変化し、図１(e) に示すように、円筒外壁に曲線流Ｃを描き、この曲線流Ｃは180 度回転する毎に生じ、落下エネルギーは消費され、螺旋流速が小さくなる。この現象は小中流量時に顕著に現れる。曲線流Ｃは、初期段階で曲率は小さいが、落下量が増すと共に曲線流Ｃの曲率が大きくなり、落下時間の経過と共に水流が螺旋流運動に移行することになるが、初期段階で平行直線流Ｂがあるため落下エネルギーが低減され、従来の同一断面形の螺旋案内路（ヘリコロイド面）よりも小中流量時の到達流速を下げることができる。

また、螺旋流は円筒外壁部に沿って流下し、空気は円筒部を２分した三角形等の垂直平板に沿ってほぼ鉛直軸状の流れとなって円筒中心部を上昇するため、別途、空気道を設けずに下水や雨水を支障なく流すことができる。

また、傾斜平板と垂直平板を用いれば単純な平板構造のためコンクリート板で構成することができ、従来のヘリコロイド面による螺旋案内路と比較して製作コストを大幅に低減することができる。従来の中空シャフトが無いため、呑み口の流量性能が良く、小流量時も螺旋流を形成することができる。傾斜平板のピッチ比や段差を容易に変えることができ、計画流下量に容易に対応することができる。従来の螺旋案内路と比較して小面積とすることができ、施工コストの低減を図ることができる。また、大径のものでは傾斜平板を階段として利用することができ、管理人孔として兼用することもでき、工事費の大幅な低減が可能となる。

また、螺旋流の途中に流れを反転させる壁を設けることにより、到達流速をより下げることができる。回転落下途上において螺旋流に逆回転を与えることにより、到達流速をより下げることができると共に、任意の方向への流出、空気連行、騒音、振動を低減することができる。

本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。

(1) 半楕円形等の半断面形の傾斜板を左右交互に配置し、それらを三角形等の垂直板で繋いで、段差のある直線状の折曲した螺旋による案内路を形成し、自由落下運動と螺旋落下運動とを組み合わせ、自由落下エネルギー分を螺旋落下エネルギーに衝突させ、落下の初期段階からエネルギーを消費させることにより、加速度勾配を小さくし、到達流速を下げることができる。

(2) 螺旋流は筒部外壁部に沿って流下し、空気は筒部を２分した三角形等の垂直板に沿ってほぼ鉛直軸状の流れとなって筒部中心部を上昇するため、別途、空気道を設けずに下水や雨水を支障なく流すことができる。

(3) 傾斜平板と垂直平板を用いれば単純な平板構造のためコンクリート板で構成することができ、従来のヘリコロイド面による螺旋案内路と比較して製作コストを大幅に低減することができる。

(4) 従来の中空シャフトが無いため、呑み口の流量性能が良く、小流量時も螺旋流を形成することができる。

(5) 傾斜板のピッチ比や段差を容易に変えることができ、計画流下量に容易に対応することができる。

(6) 従来の螺旋案内路と比較して小面積とすることができ、施工コストの低減を図ることができる。

(7) 大径のものでは傾斜板を階段として利用することができ、管理人孔として兼用することもでき、工事費の大幅な低減が可能となる。

(8) 螺旋流の途中に流れを反転させる壁を設けることにより、到達流速をより下げることができる。

(9) 回転落下途上において螺旋流に逆回転を与えることにより、到達流速をより下げることができると共に、任意の方向への流出、空気連行、騒音、振動を低減することができる。

以下、本発明を図示する実施の形態に基づいて説明する。図１は本発明の垂直導水管の一実施形態を示したものである。図２は本発明の垂直導水管における螺旋流の反転装置の一例を示したものである。図３は螺旋流の反転装置の他の例を示したものである。

図１において、垂直導水管１は断面が円形の場合であり、その円筒部２に半楕円形の傾斜平板３を上下方向に折曲した螺旋を描くように上下方向に対して左右交互に配設し、上部の傾斜平板の出口端と下部の傾斜平板の入口端とを三角形等の垂直平板４で連結し、多数の傾斜平板３と垂直平板４により段差付きで直線状の折曲した螺旋案内路を形成する。

傾斜平板３及び垂直平板４は、例えばコンクリート板で形成することができ、傾斜平板３は円筒部内径Ｄに対してピッチｐで配置することにより、水平に対して傾斜角φ（tan φ＝ｐ／２Ｄ）で傾斜して配置される。傾斜平板３の外周線勾配θはtan θ＝ｐ／πＤとなる。例えば、ｐ／２Ｄが1.00〜0.60の場合、φ≒26〜16°、θ≒17〜10°となる。

垂直平板４は、傾斜平板３の内側直線部分の長さの半分の大きさとされ、円筒部２の中心軸線の左右に交互に連続して配置されることになる。

図１の一段目の傾斜平板３の上に水を流すと、その一部は垂直平板４から二段目の傾斜平板３の上に自由落下し、傾斜平板３の勾配に沿った平行直線流Ｂが発生し、その直線流Ｂは、傾斜平板３の最下端部において、円筒外壁に沿って流れている螺旋流Ａに衝突し（図１(d) 参照）、その螺旋流Ａは、直線流Ｂにより方向・流速が変化し、円筒外壁に曲線流Ｃを描く（図１(e) 参照）。この曲線流Ｃは180 度回転する毎に生じ、落下エネルギーは消費されていることを物語っている。また、螺旋流Ａの全量に対する比率は、初期段階で平行直線流Ｂがあるため低減され、螺旋流速も小さくなる。上記の現象は、小中流量時に顕著に現れることから、加速度勾配を下げる効果を有している。曲線流Ｃは、初期段階で曲率は小さいが、落下量が増すと共に曲線流Ｃの曲率が大きくなる。この現象の変化は、落下時間の経過と共に水流が螺旋流運動（螺旋流が主流）に移行することを意味している。なお、この円筒外壁における曲線流Ｃの変化は同一断面形の螺旋案内路（ヘリコロイド面）では生じない。

また、螺旋流と空気層の２層は、下水や雨水が円筒外壁部、空気が中心部と分けられる。分けられた空気は、円筒を２分した垂直平板４に沿ってほぼ鉛直軸状の流れとなる。よって、別途、空気道を設けずに、下水等を支障なく流すことができる。

図２に示すように、螺旋流Ａの途中に流れを反転させる壁１０を設置し、落下水同士を衝突させ、流速を下げることもできる。この壁１０は、例えば傾斜平板３上に位置するように円筒部２の内面に取付ける。

図３に示すように、螺旋流Ａの途中、即ち回転落下途上において、螺旋流Ａに逆回転を与え、全体として落下流速を下げ、任意の方向への流出、空気連行、騒音、振動を低減することもできる。この逆回転方式は、正回転の螺旋流Ａを発生させる傾斜平板３の途中に逆回転の螺旋流Ａ’を発生させる傾斜平板３’を設けることで達成することができる。傾斜平板３’は、螺旋流Ａの傾斜平板３に対して傾斜方向を逆にし、設置位置もずらせばよい。

図３(d) に示すように、落下水は、傾斜平板３から二段目の傾斜平板３’に当て一段目の傾斜平板３’へ登らせる。この二段目の傾斜平板３’がジャンプ台であり、水量変化により到達点が異なる。力不足の分は、二段目の傾斜平板３’から三段目の傾斜平板３’へと逆回転しながら落下する。二段目の傾斜平板３’の落下流水断面が傾斜平板３より大きくなり、流速が小さくなる。よって、減勢効果がある。なお、傾斜平板の傾斜角を緩勾配とすることにより一段目の傾斜平板３’へ十分に登らせることができる。

以上のような垂直導水管１は、円筒部２を連続したコンクリート筒で形成する一体型、あるいは、ブロックに分割して各ブロックを積み上げて円筒部２を形成する分割型を採用することができる。

また、垂直導水管１は、径が例えば 500〜3000mm、長さが例えば50〜100 ｍであり、下水道用人孔内に設置されたり、下水道用人孔として使用され、あるいは地下調整池等に雨水を流入させる竪管として使用される。

以上の実施形態では、高落差の垂直導水管の例を示したが、低落差の垂直導水管にも適用することができる。図４は落差マンホールに適用した例であり、落差の比較的小さい垂直導水管１１の円筒部１２に二段の傾斜平板１３を左右交互に配置して構成されている。円筒部１２の上端には蓋版２０を介してマンホール部２１が設けられ、円筒部１２の上部の外側壁には流入管２２が接続されている。円筒部１２の下端には底版２３が設けられ、円筒部１２の下部の外側壁には流出管２４が接続されている。

また、円筒部１２は４つのブロックに分割され、各ブロックは継手で接続され、一体化する。中間の２つの落差ブロックのそれぞれに傾斜平板１３が設けられ、傾斜平板１３の入口端と出口端にはそれぞれ側面視で直角三角形等の垂直平板１４ａ、１４ｂが一体的に設けられている（図５参照）。また、必要に応じて、傾斜平板１３の上面には、螺旋流方向（傾斜方向）に昇降できる階段１５が設けられている。

この落差ブロックにおいては、ブロック製造用型枠により傾斜平板１３と垂直平板１４ａ、１４ｂは円筒部と一体成形され、階段１５が後付けされる。階段１５を一体成形することも可能である。この製作された２個の落差ブロックを所定の角度だけずらし、一段目の下部の垂直平板１４ｂと二段目の上部の垂直平板１４ａの位置を一致させて、接合一体化すれば、二段の傾斜平板１３が上下方向に対して左右に配置され、接合部の上下の垂直平板１４ｂと１４ａで側面視三角形等の垂直平板１４が形成され、段差流れを併用した螺旋流方式（段差による平行直線流と円筒外壁に沿った螺旋流) の導水管部が得られる。なお、流入管２２が接続される上部ブロックには、流入した水が底部へ直接落下しないように平面視でＬ字状の垂直壁２５が設けられている。

傾斜平板１３について詳述する。図４の傾斜平板１３は、平面視で中心角が150 °程度の扇形である。中心角150 °程度の扇形とした理由は、人が二段目の傾斜平板１３上を降りていく時に一段目の傾斜平板１３の入口端に頭がぶつからないように考慮したものである。従って、図６に示すように、中心角を小さくして例えば中心角が120 °程度の扇形でもよいし、また傾斜等によっては、中心角が180 °程度の半円でもよいし、さらに180 °より大きくてもよい。

また、垂直平板１４ａ、１４ｂは、図５に示すように、傾斜平板１３の入口端の上面から上に向って垂直に突出し、出口端の下面から下に向って垂直に突出するように一体的に設けられ、また垂直平板１４ａ、１４ｂの板厚中心線と円筒部１２の内周面の半径とが一致するように設けられ（図４(e) 、(f) 参照）、傾斜平板１３の入口端・出口端における端面と垂直平板１４ａ、１４ｂの外側面とが面一となるように設けられている。また、垂直平板１４ａの上面および垂直平板１４ｂの下面は水平であり、また垂直平板１４ａ、１４ｂの長さは円筒部１２の内周面の半径に等しくされている。以上により、２つの落差ブロックを接合したとき、図４(a) に示すように、上下の傾斜平板１３、１３の間に側面視三角形等の垂直平板１４による垂直な段差部が形成される。

階段１５は、外側の螺旋流を阻害しないように、傾斜平板１３の内側（円筒中心側）に設けるのが好ましい。階段１５の各ステップは平行に配置してもよいし、図６に示すように、放射状に配置してもよい。階段１５の外側（円筒外壁側）の側面は円筒と同心円の円弧としているが、図６に示すように、多角形の外形線でもよい。なお、階段１５は傾斜平板１３の上に螺旋流方向に連続して配設されているが、図４(a) に示すように、上下の接合部位置では連続しないため、上部の傾斜平板１３の出口端面およびその下の垂直平板１４ｂにステップ１６を設けている。

なお、以上の図示例は、断面円形の垂直導水管の場合であるが、これに限らず、断面形状は矩形あるいは六角形や八角形等の多角形であってもよい。矩形等の場合には、螺旋流が内壁に衝突して滑らかな流れとならないため、流速をより下げる効果が期待できる。また、傾斜板、垂直板等の形状等も図示例に限定されない。

本発明の垂直導水管の一実施形態を示したものであり、(a) は全体の概略鉛直断面図、(b) は水平断面図、(c) は傾斜断面図、(d) は断面にして示す斜視図、(e) は本発明による曲線流を示す図である。本発明の垂直導水管における螺旋流の反転装置の一例を示す平面図である。本発明の螺旋流の反転装置の他の例を示したものであり、(a) は全体の概略鉛直断面図、(b) は水平断面図、(c) は傾斜断面図、(d) は断面にして示す斜視図である。本発明の垂直導水管を落差マンホールに適用した例であり、(a) は全体の鉛直断面図、(b) は円筒部上部の水平断面図、(c) はマンホール部の水平断面図、(d) は蓋版部の水平断面図、(e) は一段目の傾斜平板部分の水平断面図、(f) は二段目の傾斜平板部分の水平断面図である。図４の落差マンホールで使用する傾斜平板の一例を示す斜視図である。図４の落差マンホールで使用する傾斜平板の種々の形態を示す平面図である。従来の空気道を備えた螺旋案内路付き垂直導水管を示す鉛直断面図である

符号の説明

１……垂直導水管
２……円筒部
３……傾斜平板
４……垂直平板
１１……垂直導水管
１２……円筒部
１３……傾斜平板
１４……垂直平板
１５……階段
１６……ステップ
２０……蓋版
２１……マンホール部
２２……流入管
２３……底版
２４……流出管
２５……垂直壁
Ａ……螺旋流
Ｂ……平行直線流
Ｃ……曲線流

Claims

螺旋流方式の垂直導水管であって、筒部に半断面形の傾斜板が上下方向に折曲した螺旋を描くように上下方向に対して左右交互に配設され、上部の傾斜板の出口端と下部の傾斜板の入口端とが垂直板で連結され、これら傾斜板と垂直板で螺旋流を発生させる案内路が形成されていることを特徴とする垂直導水管。
請求項１に記載の垂直導水管において、傾斜板の上に螺旋流を反転させる壁が設けられていることを特徴とする垂直導水管。
請求項１または２に記載の垂直導水管において、正回転の螺旋流を発生させる傾斜板の途中に逆回転の螺旋流を発生させる傾斜板が設けられていることを特徴とする垂直導水管。
請求項１から３までのいずれか一つに記載の垂直導水管において、傾斜板の上面に傾斜方向に昇降可能な階段が設けられていることを特徴とする垂直導水管。