JP2008161801A - ピグによる管路の中詰め充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な縦断線形を有する管路や、管路断面が変化したり、管内残留物が存在する場合にも、管内空気が残留することなく充填材を中詰め充填することが可能な充填方法を提供する。
【解決手段】地中に埋設された管路１０内に、管路１０の内径よりやや大きい外径を有し、且つ管路の内面との間に液密性を維持して管路内を走行可能な球形の弾性体で構成されたピグ４０を挿入し、ピグ４０の前方側からピグ４０に圧力を加えた状態で、後方から充填材４１を注入することにより、ピグ４０を後方から圧送しながら管路１０内に充填材４１を中詰め充填する。また、複数のピグ４０を間隔を空けて配置し、そのピグ４０間の空間部分に充填材４１を充填し、更に後方から充填材４１を注入することにより、複数のピグ４０を後方から圧送しながら管路１０内に充填材４１を中詰め充填する。
【選択図】図５

Description

本発明は、地中に埋設された管路内に中詰め充填材を充填する方法に関するものである。

地中に埋設されたガス等の管路に使用される配管は、その使用が中止される際、撤去されるのが通常であるが、周辺状況によっては撤去できない場合がある。不使用配管を地中に埋設したままの状態で長期間放置すると、管壁の腐食が進行して、路面が陥没したり腐食孔からガス漏洩が起こるなどの不都合があることから、不使用配管を埋設箇所から撤去できない場合には、管内全域に樹脂等の充填材を充填し、管路としての機能を無くすことが行われている。従来、管路内に充填材を充填する方法として、予め計算された所定量の充填材を管内に流し込む方法があった（例えば、特許文献１参照）。

また、上記特許文献１には、不使用配管に充填材を流し込む際に、不使用配管の内径よりも小さい外径の硬質ピグを不使用管内に挿入し、ピグを充填材による流体圧により走行させて不使用配管内に充填材を充填していく方法について記載されている。
特開平４−１８５９９４号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、単に充填材を圧縮空気により押圧して管内に充填注入しているため、管路が複雑な縦断線形（管路の勾配等の高低を示す形状）を有する場合、具体的には下り勾配を有する線形の場合、下り勾配部分を充填する際に充填材が管路内を下降してしまい、管路を充填材で充満させた状態で充填作業を進めることができず、管路内に空気が残留してしまうことがあった。このように管路内に空気が残留すると、管壁が腐食した場合に路面が陥没する不都合があり、好ましくない。

また、上記特許文献１の技術では、管路の内径が一定ではなく変化する場合や、管路内に管内障害物が存在するような場合について考慮されておらず、このような場合、単に充填材を圧縮空気により押圧して管内に充填注入する方法や、不使用配管の内径よりも小さい外径の硬質ピグを用いる方法では、管路内に空気が残留する可能性があった。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、複雑な縦断線形を有する管路に対しても管内空気が残留することなく充填材を充填することが可能な充填方法を提供することを目的とする。

また、管路断面が変化したり、管内残留物が存在する場合にも、管内空気が残留することなく充填材を中詰め充填することが可能な充填方法を提供することを目的とする。

本発明に係るピグによる管路の中詰め充填方法は、地中に埋設された管路内に、管路の内径よりやや大きい外径を有し、且つ管路の内面との間に液密性を維持して管路内を走行可能な球形の弾性体で構成されたピグを挿入し、ピグの前方側からピグに圧力を加えた状態で、後方から充填材を注入することにより、ピグを後方から圧送しながら管路内に充填材を中詰め充填するものである。

また、本発明に係るピグによる管路の中詰め充填方法は、地中に埋設された管路内に、管路の内径よりやや大きい外径を有し、且つ管路の内面との間に液密性を維持して管路内を走行可能な球形の弾性体で構成された複数のピグを間隔を空けて配置し、そのピグ間の空間部分に充填材を充填し、更に後方から充填材を注入することにより、複数のピグを後方から圧送しながら管路内に充填材を中詰め充填するものである。

また、本発明に係るピグによる管路の中詰め充填方法は、複数のピグを後方から圧送する際、前方側から先頭のピグに圧力を加えた状態とするものである。

また、本発明に係るピグによる管路の中詰め充填方法は、前方側から先頭のピグに圧力を加えた状態とすることにより、ピグの走行速度を制御しながら管路の下り勾配区間を走行させることを特徴とするものである。

また、本発明に係るピグによる管路の中詰め充填方法は、充填材を流動性を有する材料としたものである。

以上説明したように、本発明によれば、ピグの前方側からピグに圧力を加えた状態で、ピグの後方から充填材を注入してピグを後方から圧送することにより管路内に充填材を中詰め充填するようにしたので、管路の縦断線形が複雑であっても、管路内に空気が残留することなく充填材を充填することができる。

また、管路内にピグを複数装填し、ピグ間に充填材を充填した状態で各ピグを圧送するようにしたので、ピグの前方の管内の空気がピグ間に入ってしまっても、ピグの後方側からの後方圧力が、ピグの前方から加わる前方圧力に比べて高いため、管内の空気は、ピグの前方側に抜け出す。これにより、充填部分に空気が残留するのを防止することができる。

図１は、本発明のピグによる管路の中詰め充填方法を適用したシステム全体構成を示す概略模式図である。なお、図１では、説明の便宜上、端部以外の管路を細く描いている。
図１において、１０は管路で、本例では図に示すように上り勾配及び下り勾配のある複雑な縦断線形（管路の勾配等の高低を示す形状）を有しており、上り勾配区間ａ、下り勾配区間ｂ、上り勾配区間ｃ、平坦区間ｄの４区間で構成されている。本例の管路１０は、全長１８００ｍで、内径が４０ｃｍの例を示している。

管路１０の一端には、ランチャー２０が接続され、また、他端にはレシーバー３０が接続されている。ランチャー２０には、充填材注入用バルブ２１と充填材注入用バルブ２２が設けられ、各充填材注入用バルブ２１，２２を介して図示しない充填材注入装置からランチャー２０内に充填材が注入されるようになっている。ランチャー２０には更に、ランチャー２０内の空気を排出するための空気排出バルブ２３と、充填材注入側（ランチャー２０側）の圧送圧力を検出する圧力計２４が設けられている。なお、ランチャー２０の充填材注入側の端面は、充填材注入用バルブ２２によって閉塞されている。

レシーバー３０には、圧縮空気源に接続され、管内の圧力調整用として使用されるとともに、充填材排出用としても使用される空気排出バルブ３１と、管路１０内の圧力を検出する圧力計３２と、管路内のダストを排出することを主目的とするドレーンバルブ３３と、レシーバー３０の管路１０との反対側の端部の圧力を検出する圧力計３４とを備えている。

図２は、本実施の形態のピグによる管路の中詰め充填方法を説明するための工程図である。以下、図２に基づいて管路の中詰め充填方法について説明する。なお、この例では、図示右側から左側へと充填材を充填する例を示しており、その充填方向にあわせて、以下では、図示右側を後方側、図示左側を前方側として説明する。

（１）まず、ランチャー２０内に複数のピグ４０を間隔を空けて配置する。この例では、２つのピグ４０を配置した例を示している。なお、以下では、図示左側のピグ４０を前方ピグ４０ａといい、図示右側のピグ４０を後方ピグ４０ｂという場合がある。これらの各ピグ４０は、治具などでランチャー２０内に押し込むことにより配置する。ピグ４０には、管路１０との間に一定の液密性を維持しつつ管路１０内を走行可能な球形の弾性体で構成されたものを使用する。具体的には、本例では例えば発泡ポリウレタン製の球体に、耐摩耗性を有するコーティング材をコーティングしたものを使用している。また、ピグ４０の外径は、管路１０の内径よりもやや大きくし（本例では管路１０の内径に対して例えば８％増しの径としている）、管路１０内面との液密性を高めている。

（２）そして、前方ピグ４０ａと後方ピグ４０ｂとの間の空間部分に、ランチャー２０の上部から充填材注入用バルブ２１を介して充填材４１を充填する。充填材４１は、流動性を有し、充填後に強度発現するものであれば良く、材質は不問である。なお、本例では、セメントベントナイト（以下、ＣＢと記す）を用いており、図２〜図４においてＣＢとして記されている工程は、充填材４１を注入している工程を示している。

ランチャー２０内に充填材４１を充填する際には、空気排出バルブ２３を開放しておき、充填材４１の充填に伴って空間部分内の空気が空気排出バルブ２３から排出されるようにしておく。そして、空気排出バルブ２３からの排気物が、空気に変わって充填材４１となったとき、空間部分の空気が抜けて充填材４１が充填されたと判断し、空気排出バルブ２３及び充填材注入用バルブ２１を閉じて空間部分への充填を終了する。なお、前方ピグ４０ａと後方ピグ４０ｂは、管路１０の内周面との静止摩擦により、充填材４１の注入によって管路１０内を移動することがないようになっている。

（３）レシーバー３０側の空気排出バルブ３１及びドレーンバルブ３３は、最初は閉じた状態となっており、上記の空間部分への充填材４１の充填が終了すると、空気排出バルブ３１を開く。これにより、図示しない圧縮空気源から圧縮空気がレシーバー３０から管路１０内に送り込まれ、前方側から前方ピグ４０ａに対して圧力が加えられる（以下、前方ピグ４０ａに対してその前方から加わる圧力を前方圧力という）。このように前方ピグ４０ａに対して前方圧力を加えるのは、前方ピグ４０ａが下り勾配区間ｂを走行するときに、前方ピグ４０ａが後方ピグ４０ｂとの離隔を維持せずに後方ピグ４０ｂの走行速度よりも速く走行してしまい、後方ピグ４０ｂとの間に空気が入るのを防止するためである。

ここで、この（３）の工程で加える圧力は、前方ピグ４０ａが下り勾配区間ｂを通過するときの前方圧力Ｐ１を考慮して決定される。すなわち、前方ピグ４０ａが下り勾配区間ｂを通過するときの前方圧力Ｐ１は、前方ピグ４０ａの走行速度を制御可能な圧力とされ、管路１０の縦断線形に応じて予め決定されている。具体的には、下り勾配区間ｂの標高差等を用いて計算される。このため、前方ピグ４０ａが下り勾配区間ｂを通過したときに前方圧力がＰ１となるように、この（３）の工程で加える圧力が決定されている。すなわち、前方ピグ４０ａがレシーバー３０側へ向かうに従い、前方ピグ４０ａの前方側の管路１０内の空気が圧縮され、前方ピグ４０ａの前方圧力は自然と上昇することから、この圧力上昇分も加味して、（３）の工程で加える圧力が決定されている。

（４）次に、前方ピグ４０ａと後方ピグ４０ｂとの間に、充填材注入用バルブ２１を介して更に充填材４１を注入し、前方ピグ４０ａと後方ピグ４０ｂの離隔を所定の離隔まで広げる。なお、後方ピグ４０ｂは、ランチャー２０の後端面に当接した状態にあるため、前方ピグ４０ａがレシーバー３０側に移動することにより後方ピグ４０ｂとの離隔が広がるようになっている。このように前方ピグ４０ａと後方ピグ４０ｂとの離隔を所定の離隔まで広げておくことにより、この離隔が管路１０内を走行中に徐々に狭まっていき、管路１０の中詰め充填終了前に、両ピグ４０ａ，４０ｂが互いに接触してしまうのを防止する。なお、この離隔は、例えば管路全長の１％程度に設定される。

（５）前方ピグ４０ａと後方ピグ４０ｂとの離隔が所定の離隔まで広がったところで、充填材注入用バルブ２１を閉じる。

以上で準備段階が終了する。続いて、充填段階に入る。

図３及び図４は、充填段階から充填終了までの工程を示す図である。なお、各区間ａ〜ｄを走行させるときのそれぞれの圧送圧力は、縦断線形に応じて予め決定されており、適宜圧力計２４で圧力を測定しながら充填材４１の注入が行われるようになっている。

（６）まず、ランチャー２０の後端面側の充填材注入用バルブ２２を開き、後方ピグ４０ｂの後方から充填材注入用バルブ２２を介して充填材４１を注入し、後方ピグ４０ｂを押動する。これにより、前方ピグ４０ａと後方ピグ４０ｂとが離隔を保った状態で管路１０内を走行する。なお、図３（６）及びそれ以降の図には前方ピグ４０ａのみを図示し、後方ピグ４０ｂの図示は省略している。

ここで、本例では、管路１０内を複数のピグ４０に走行させるようにしたことで、管路１０内に管内障害物がある場合や、管路１０の内径が変化するような場合に、管路１０内に管内空気が残留するのを防止できることを一つの特徴としている。以下、前方ピグ４０ａと後方ピグ４０ｂとが離隔を保った状態で管路１０内を走行している場合に、前方ピグ４０ａが障害物に当接した場合のピグの挙動を次の図５を用いて説明する。

図５（ａ）に示すように、管路１０内を走行するピグ４０が、管路１０内の障害物５０に当接すると、ピグ４０は弾性体であるため、障害物５０に追従して変形し、障害物５０に対して回転しながら走行する。このため、ピグ前方の管路１０内の空気がピグ４０の後方側に侵入するのを防止することができる。また、仮に図５（ｂ）に示すように空気５１が前方ピグ４０ａの後方に侵入してしまっても、後方ピグ４０ｂが遮蔽部材となり、空気５１が後方ピグ４０ｂの更に後方に侵入するのを防止することができる。また、前方ピグ４０ａの後方側からの後方圧力が、前方ピグ４０ａの前方から加わる前方圧力に比べて高いため、空気５１は、図５（ｃ）に示すように後方から押し出され、前方ピグ４０ａの前方側に抜け出る。以上の作用により、中詰め充填部分に空気５１が残留するのを防止することができる。なお、ここでは、ピグ４０が管内障害物のある管路１０を走行する場合を例に示したが、管内障害物部分を走行する場合、ピグ４０は圧縮変形を受けることから、内径が変化する管路を走行することと同義と考えて良く、内径が変化する管路を走行する場合にも、上記と同様の作用効果を得ることができる。

図３の説明に戻る。
（７）前方ピグ４０ａが上り勾配区間ａを通過し、下り勾配区間ｂに到達したとき、圧力計３２の圧力、すなわち前方ピグ４０ａの前方圧力は、予め計算された圧力Ｐ１となっている。
（８）そして、ランチャー２０側の充填材注入用バルブ２２からの充填材４１の注入により、前方ピグ４０ａは下り勾配区間ｂを走行する。このとき、前方圧力が前記所定圧力Ｐ１を維持するように、空気排出バルブ３１の開閉により調整する。これにより、前方ピグ４０ａと後方ピグ４０ｂとが離隔を維持しながら下り勾配区間ｂを安定して走行させることができる。

（９）〜（１１）そして、前方ピグ４０ａが上り勾配区間ｃに入ると、空気排出バルブ３１を調整して前方圧力を圧力Ｐ１よりも低い圧力Ｐ２に下げ、走行性を高めて走行させる。
（１２）そして、前方ピグ４０ａが平坦区間ｄを走行中も、圧力Ｐ２を保つように空気排出バルブ３１により調整して管路１０を走行させる。
（１３）そして、前方ピグ４０ａがレシーバー３０に到達したことを圧力計３２の検出値により検知すると、空気排出バルブ３１を閉じ、ドレーンバルブ３３を開く。これにより、レシーバー３０内のダストや空気がドレーンバルブ３３から排気される。ここで、前方ピグ４０ａのレシーバー３０への到達検知は、以下のようにして行う。すなわち前方ピグ４０ａが圧力計３２の設置箇所を通過すると、圧力計３２の検出値は急激に上昇する。これは、前方ピグ４０ａが圧力計３２の設置箇所を通過する前は、管内空気の圧力を検出しているが、圧力計３２の設置箇所を通過後は充填材４１の圧力を検出するためである。このような圧力計３２の検出値の急激な上昇により、前方ピグ４０ａがレシーバー３０内に到達したことを検知するようにしている。

（１４）前方ピグ４０ａが圧力計３２の設置箇所を通過後、前方ピグ４０ａがレシーバー３０の前方端部に向かうことにより圧力計３４の圧力値の検出値は上昇し、その後、前方ピグ４０ａがレシーバー３０の前方端面に到着すると、圧力計３４の検出値は０に近づく。かかる検出値の変化により、前方ピグ４０ａがレシーバー３０の前方端面に到着したことを検知すると、ドレーンバルブ３３を閉じるとともに、空気排出バルブ３１を開く。なお、このときも充填材注入用バルブ２２からの充填材４１の注入が継続される。これにより、後方ピグ４０ｂが前方に押動され、前方ピグ４０ａと後方ピグ４０ｂの間の充填材４１が空気排出バルブ３１から排出され、後方ピグ４０ｂが前方ピグ４０ａの方へ押し込まれる。
（１５）そして、後方ピグ４０ｂが前方ピグ４０ａに接触し、空気排出バルブ３１からの排出量が減少すると、空気排出バルブ３１を閉じ、充填材注入用バルブ２２も閉じて充填材４１の注入を終了し、ランチャー２０を撤去する。
以上により管路１０内に充填材４１が中詰めされ、時間が経過すると硬化し管路１０を閉塞する。

ここで、本件発明者により実施された、上記の方法の検証実験１の実験形態を図６に示す。
実験１では、内径１５０ｍｍ、長さ約２ｍのアクリル管６０に、障害物に見立てた突起６１をアクリル管の内面側に３０ｍｍ突出するように設け、２つのピグ６２を走行させた。その結果、ピグ６２が突起６１に追従して走行すること、充填材６３への空気の混入が見られなかったこと、ピグ走行方向への充填材６３の逸流がなかったことをそれぞれ確認した。

また、図７は、本件発明者により実施された検証実験２の実験形態を示す模式図である。
実験２では、ＪＩＳ Ｇ ３４５２規格の１５０Ａ（内径：１５５．２ｍｍ）の鋼管７０と、内径１５０ｍｍのアクリル管７１とを組み合わせて、全長約１４ｍの管路を製作し、この管路を用いて本例のピグ７３を用いて中詰め充填を行った。その結果、ピグ７３が円滑に走行すること、充填材７４への空気の混入が見られなかったこと、ピグ走行方向への充填材７４の逸流が見られなかったことをそれぞれ確認した。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ピグ４０の前方側からピグ４０に圧力を加えた状態で、ピグ４０の後方から充填材４１を注入してピグを後方から圧送することにより前記管路１０内に充填材４１を中詰め充填するようにしたので、管路１０の縦断線形が複雑であっても、管路１０内に空気が残留することなく充填材４１を充填することができる。

また、管路１０内にピグ４０を複数装填し、ピグ４０間に充填材４１を充填した状態で各ピグ４０を圧送するようにしたので、ピグ４０の前方の管内の空気が前方ピグ４０ａと後方ピグ４０ｂとの間に入ってしまっても、前方ピグ４０ａの後方側からの後方圧力が、前方ピグ４０ａの前方から加わる前方圧力に比べて高いため、管内空気は前方ピグ４０ａの前方側に抜け出る。これにより、充填部分に空気が残留するのを防止することができる。

また、充填材４１として本例では流動性のある液体としてのＣＢを用いているため、長距離の管路１０に対する中詰め充填も可能である。

なお、本例では、前方圧力を加えた状態で複数のピグ４０を走行させる場合を例に説明したが、例えば下り勾配が無く平坦な管路である場合には、前方圧力を加えなくても良く、この場合も、複数ピグ４０を用いたことによる管内空気の残留防止の効果を得ることができる。

また、本例では、後方ピグ４０ｂの個数を一つの場合を例に説明したが、複数設けても良く、この場合も、各後方ピグ４０ｂ間に充填材４１を充填させた状態で後方から充填材４１を注入して前方ピグ４０ａ及び各後方ピグ４０ｂを押動する。これにより、上記と同様の作用効果が得られる。

本発明の一実施の形態のピグによる管路の中詰め充填方法を適用したシステム全体構成を示す概略模式図である。 本発明の一実施の形態のピグによる管路の中詰め充填方法の工程説明図（１／３）である。 本発明の一実施の形態のピグによる管路の中詰め充填方法の工程説明図（２／３）である。 本発明の一実施の形態のピグによる管路の中詰め充填方法の工程説明図（３／３）である。 複数ピグを用いて管路内に充填材を充填する際の作用説明図である。 本発明の一実施の形態のピグによる管路の中詰め充填方法の検証実験１の実験形態を示す模式図である。 本発明の一実施の形態のピグによる管路の中詰め充填方法の検証実験２の実験形態を示す模式図である。

符号の説明

１０ 管路
２０ ランチャー
２１ 充填材注入用バルブ
２２ 充填材注入用バルブ
２３ 空気排出バルブ
２４ 圧力計
３０ レシーバー
３１ 空気排出バルブ
３２ 圧力計
３３ ドレーンバルブ
３４ 圧力計
４０ ピグ
４０ａ 前方ピグ
４０ｂ 後方ピグ
４１ 充填材
５０ 障害物
５１ 残留空気
６０ アクリル管
６１ 突起
６２ ピグ
６３ 充填材
７０ 鋼管
７１ アクリル管
７３ ピグ
７４ 充填材
ａ 上り勾配区間
ｂ 下り勾配区間
ｃ 上り勾配区間
ｄ 平坦区間

Claims (5)

1. 地中に埋設された管路内に、前記管路の内径よりやや大きい外径を有し、且つ前記管路の内面との間に液密性を維持して前記管路内を走行可能な球形のピグを挿入し、
   前記ピグの前方側から前記ピグに圧力を加えた状態で、後方から充填材を注入することにより、前記ピグを後方から圧送しながら前記管路内に充填材を中詰め充填することを特徴とするピグによる管路の中詰め充填方法。
2. 地中に埋設された管路内に、前記管路の内径よりやや大きい外径を有し、且つ前記管路の内面との間に液密性を維持して前記管路内を走行可能な球形の複数のピグを間隔を空けて配置し、そのピグ間の空間部分に充填材を充填し、更に後方から充填材を注入することにより、前記複数のピグを後方から圧送しながら前記管路内に充填材を中詰め充填することを特徴とするピグによる管路の中詰め充填方法。
3. 前記複数のピグを後方から圧送する際、前方側から先頭のピグに圧力を加えた状態とすることを特徴とする請求項２記載のピグによる管路の中詰め充填方法。
4. 前方側から先頭のピグに圧力を加えた状態とすることにより、前記ピグの走行速度を制御しながら前記管路の下り勾配区間を走行させることを特徴とする請求項１又は請求項３記載のピグによる管路の中詰め充填方法。
5. 前記充填材を流動性を有する材料としたこと特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のピグによる管路の中詰め充填方法。

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