JP2009052629A - 推進管用の継手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】地震時に、推進管軸方向への圧縮力を低減できる推進管用の継手構造を提供すること。
【解決手段】
受け口側継手部１は、端部を筒状に覆うと共に、差込側継手部１０の方向に突出するカラー部３と、カラー部３の環内に配置され、端部と接し、端部からカラー部３の突出先端迄の長さより短い軸長の環状の緩衝材部５とを有し、差込側継手部１０は、カラー部３の内径より大きい外径の環状の差込側太径部１１と、差込側太径部１１に連接されると共に、差込側太径部１１の外径およびカラー部３の内径よりも小さい外径を有し、差込側太径部１１から突出する環状の差込側細径部１２と、カラー部３と差込側細径部１２との間を塞ぐ止水部材１３とを有し、受け口側継手部１と差込側継手部１０とが接続状態にて差込側細径部１２と差込側太径部１１との境界からカラー部３の突出先端迄の距離が緩衝材部５の軸方向の圧縮限界変位以上の推進管用の継手構造としている。
【選択図】図３

Description

本発明は、耐震性に優れた推進管用の継手構造に関するものである。

上下水道、ガス等の流体流路を形成する管路管、あるいは、電力・通信ケーブル等の保護管を地中に埋設する方法として、地上からの開削が不可能な場合や地上からの開削が望ましくない場合には、推進工法が用いられる。推進工法とは、管体の先端に掘進機を取り付けて地中を掘削しつつ、後方の油圧ジャッキにて管体を推し進めて、管体を相互に順次接続しながら管を埋設する工法である。

推進工法にて管を布設する場合には、例えば、下水道管路に多く採用されている管体として、遠心力鉄筋コンクリート（ヒューム）管が用いられている。また、管相互の接続方式としては、差込継手が好適に用いられている。

一般的に知られている差込継手の構造であって、管の長さ方向に切断した際の断面図を図５に示す。このような継手構造を有する差込側の継手６０は、太径部６１と細径部６２が形成され、ゴム製の環状弾性シール部材６３が、細径部６２の周囲にあって、受け口側の継手５０側に配置されている。また、受け口側の継手５０には、カラー部５２が接続されている。継手５０、６０に軸方向の引抜き力が作用した際に継手間が離間しても、カラー部５２の余長により継手間の接続を維持できる（例えば、特許文献１を参照。）。
特開昭６０−１７９５９２公報（図１等）

しかしながら、上述した従来の差込継手の構造の場合、管の移動は継手本体から抜ける方向には許容されているが、継手本体への挿入方向には移動が許容されていない。これは、推進工法では、管の挿入方向へ力が働くため、管の挿入方向への移動を許容する部位が設けられないためである。したがって、例えば、地震等の際に、上下水道管が挿入方向に移動すると、上下水道管とつながっているマンホール等において、上下水道管が飛び出るという問題が生じている。特に、地盤の硬度が急変する部位では、管は、引き抜き方向よりも挿入方向へ移動する傾向がある。

また、挿入方向への最大圧力（最大圧縮軸力）が管の軸方向における限界耐荷力（許容圧縮力）を越えた場合には、管が座屈するといった問題もある。

そこで、本発明は、地震時には、軸方向への圧縮力を低減できる推進管用の継手を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明は、第１の推進管の受け口側継手部と、第２の推進管の差込側継手部とを接続する推進管用の継手構造であって、受け口側継手部は、第１の推進管における差込側継手部の方向にある端部の外周面を筒状に覆うと共に、差込側継手部の方向に突出する環状のカラー部と、カラー部の環内に配置され、端部と接し、端部からカラー部の突出先端までの長さより短い軸長を持つ環状の緩衝材部とを有し、差込側継手部は、カラー部の内径よりも大きい外径を有する環状の差込側太径部と、差込側太径部に連接されると共に、差込側太径部の外径より小さく、かつカラー部の内径よりも小さい外径を有し、差込側太径部から受け口側継手部の方向に突出する環状の差込側細径部と、カラー部の突出している領域の内周面と差込側細径部との間を塞ぐ止水部材とを有し、 受け口側継手部と差込側継手部とを接続した状態において、差込側細径部と差込側太径部との境界からカラー部の突出先端までの距離が緩衝材部の軸方向の圧縮限界変位以上であることを特徴とする推進管用の継手構造としている。

このような推進管用の継手構造により、埋設された管は、引き抜き方向および挿入方向の両方への移動に対応できる。また、緩衝材により、挿入方向へ管が移動する際の軸方向への圧縮力を低減できる。

また、別の発明では、その緩衝部材は、緩衝部材に対して第１の推進管および第２の推進管の軸方向に加わる圧縮応力が推進管の許容耐荷力以下では弾性領域にあり、かつ、圧縮応力が推進管の許容耐荷力より大きい範囲にて弾性領域もしくは塑性領域である発泡性樹脂組成物若しくは積層ゴムからなるものとしている。

このような推進管用の継手構造を採用することにより、施工時には、緩衝材のひずみが生じずに、推進力が隣り合う管に伝達されるが、地震等の大きな応力が加わる場合にのみ、緩衝材が挿入方向への圧縮力を低減できる。

また、別の発明では、その発泡性樹脂組成物は、発泡率２〜３倍の発泡ポリスチレンであるものとしている。

このような推進管用の継手構造を採用することにより、施工時には、緩衝材のひずみが生じずに、推進力が隣り合う管に伝達されるが、地震等の大きな応力が加わる場合にのみ、緩衝材が挿入方向への圧縮力を低減できる。また、さらに、長期使用可能であって安価な推進管用の継手構造とすることができる。

本発明によれば、地震時には、軸方向への圧縮力を低減できる推進管用の継手を提供できる。

以下、本発明に係る推進管用の継手構造の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下に説明する各実施の形態になんら限定されるものではない。

図１は、本実施の形態に係る推進管用の継手構造を有する受け口側継手部１および差込側継手部１０の斜視図である。図２は、受け口側継手部１と差込側継手部１０とが接続された状態を説明するための斜視図である。また、図３は、図２の接続状態にて、軸方向に推進管を切断した際の断面図である。

受け口側継手部１および差込側継手部１０は、推進工法により管路を埋設するための第１の推進管２０および第２の推進管３０の各末端に設けられている。受け口側継手部１および差込側継手部１０は、例えば、管の内径が約７００ｍｍ、管の肉厚が約９０ｍｍおよび長さが約２．４３ｍの遠心力鉄筋コンクリート管（以後、ヒューム管とする）の末端に好適に設けられる。

差込側継手部１０は、環状の差込側太径部１１とそれと連接する環状の差込側細径部１２とを有する。差込側細径部１２の外径は、差込側太径部１１の外径よりも小さい。また、差込側継手部１０の末端側においては、差込側細径部１２の外周に止水材としての２本の止水ゴム輪１３が配置されている。また、差込側細径部１２の外径は、後述のカラー部３の内径より小さい。カラー部３の内周面と差込側細径部１２との間の隙間は、止水ゴム輪１３により環状に塞がれている。また、止水ゴム輪１３を２本配置することにより、第１の推進管２０と第２の推進管３０を流れる液体の漏洩および地下水の管内への流入を効果的に防止できる。

差込側細径部１２の軸方向長さは、受け口側継手部１に向かう方向（以後、挿入方向とする）への移動許容距離およびその逆方向（以後、引き抜き方向とする）への移動許容距離を合計した距離（以後、挿抜許容距離とする）よりも長い。

上述の２本の止水ゴム輪１３のうち少なくとも１本は、差込側細径部１２と差込側太径部１１との境界から、挿抜許容距離以上の距離を隔てた位置に設けられる。このような位置に止水ゴム輪１３を設けることにより、受け口側継手部１と差込側継手部１０とが双方の引き抜き方向に移動した際にも、受け口側継手部１と差込側継手部１０との間から液体が漏洩することおよび地下水の管内への流入を防ぐことができる。

一方、受け口側継手部１は、環状の受け口側太径部２、環状の受け口側細径部４、環状のカラー部３および環状の緩衝材部５を有する。受け口側太径部２は、受け口側細径部４につながっており、ほぼ同一の内径を有する。しかし、受け口側細径部４の外径は、受け口側太径部２の外径よりも小さい。受け口側細径部４には、緩衝材部５が接続している。なお、緩衝材部５は、受け口側細径部４と固着していても、非固着状態にて接していても良い。また、受け口側細径部４および緩衝材部５のそれぞれの外径および内径は、ほぼ同一である。

カラー部３は、十分な強度および耐久性を有する部材、例えば、金属から好適に構成される。カラー部３の外周は、受け口側太径部２の外周とほぼ面一である。図２に示すように、第１の推進管２０と第２の推進管３０とを接続した状態では、カラー部３の内周面は、受け口側細径部４の外周面と、止水材６を介して対向している。

受け口側継手部１と差込側継手部１０とが接続された状態とは、差込側細径部１２と緩衝材部５が接するあるいは、それらがわずかな隙間を設けた状態にて配置されている状態をいう。また、受け口側継手部１と差込側継手部１０とが接続された状態においては、受け口側継手部１に設けられたカラー部３の内方に、差込側細径部１２の一部が挿入されている。

差込側継手部１０と受け口側継手部１とが接続された状態において、カラー部３は、差込側継手部１０の端部より、引き抜き方向への移動許容距離よりも長い距離１４にわたり、差込側細径部１２の外側を取り囲んでいる。また、第１の推進管２０と第２の推進管３０とを接続した状態におけるカラー部３の挿入方向の端部から、差込側太径部１１と差込側細径部１２との境界までの距離１５は、挿入方向への移動許容距離に等しいか、若しくは当該移動許容距離より十分長くして緩衝材部５の軸方向の長さより長くすることもできるが、距離１５を必要以上に長くすると、差込側継手部１０の形成にコストを要する。したがって、距離１５を移動許容距離になるべく近づけ、緩衝材部５の長さより短くする方が好ましい。

受け口側継手部１に配置される緩衝材部５の材料としては、例えば、積層ゴムあるいは発泡性樹脂組成物を好適に用いることができる。緩衝材部５に用いるための積層ゴムとしては、複数に重ねた層状のゴムの間に繊維等の材料を挟みこんで圧着させたものを用いることができる。積層ゴムは、繊維等により補強されるため、ゴム単体よりもより高い剛性を示す。また、積層ゴムは、ゴムの間の繊維等が加重の増加段階ごとに逐次破断するので、繊維等の破断点が初期降伏状態となる。そのため、初期降伏状態以降の加重状態ではゴムのみの強度で対応する。すなわち、初期降伏状態を境にして、荷重が小さい場合には高い剛性の弾性体として挙動するが、荷重が大きい場合には、低い剛性の塑性体として挙動する。

緩衝材部５に用いるための発泡性樹脂組成物としては、例えば、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ニトリルゴム−塩化ビニル樹脂ブレンド、ウレタン、ポリエチレンテレフタレート、フッ素含有樹脂およびエラストマー等の発泡体を用いることができる。また、上述の発泡性樹脂組成物の中でも、独立気泡を多く含む発泡樹脂は、耐圧性能、低吸水性あるいは低熱伝導性であることから、好適に用いられる。発泡性樹脂組成物は、応力―ひずみ曲線より、構造的に大きな変化を受けることなく応力に対して反応して変形するが、荷重をとり除くとひずみの大部分が元に戻る弾性領域、応力に対してひずみが進行する塑性領域、およびひずみの進行なく応力のみが増大する圧縮限界領域とを有する。緩衝材部５に適した材料としては、管渠の軸方向の許容耐荷力付近にて、発泡性樹脂組成物の塑性領域若しくは弾性領域にあるような発泡性樹脂組成物を選択することができる。例えば、本実施の形態にて用いる管の内径が約７００ｍｍ、管の肉厚が約９０ｍｍおよび長さが約２ｍのヒューム管を推進工法で布設する場合には、最大１００ｋｇｆ／ｃｍ２程度の応力が加わる。そこで、応力が１００ｋｇｆ／ｃｍ２以下の範囲では弾性領域にある発泡性樹脂組成物を用いることで、推進管の布設時には、隣り合う推進管に推進力が伝達されるので好ましい。また、推進管を推進工法で布設する時に加わる推進力よりも大きい応力であって、推進管の許容耐荷力よりも小さい応力に対しては、発泡性樹脂組成物がひずむことにより吸収されることが好ましい。したがって、圧縮応力が１００ｋｇｆ／ｃｍ２より大きく２００ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲までは圧縮限界にない発泡性樹脂組成物を好適に用いることができる。なお、本明細書中において、許容耐荷力とは、推進管の軸方向における限界耐荷力のことを意味する。したがって、推進管の許容耐荷力は、用いる推進管の材質、長さ、肉厚および内径等の条件により異なる。各推進管の許容耐荷力は、日本下水道協会が標準化しているＪＳＷＡＳ規格のＡ−２あるいはＡ−６等による試験方法により計算される。

上述の発泡性樹脂組成物の好適な例としては、低倍率発泡ポリスチレン樹脂が挙げられる。低倍率発泡ポリスチレンは、安価なポリエチレン系の樹脂であり、具体的には２〜３倍の発泡率、好ましくは約２．５倍の発泡率のものであることが好ましい。また、発泡ポリスチレンは、ポリスチレン樹脂に炭化水素あるいはフルオロカーボンを発泡剤として用いて製造されるものが、断熱性、耐圧性および耐久性に優れ、さらに、透湿抵抗が大きいため好適に用いられる。

緩衝材部５は、軸方向に例えば１０〜３００ｍｍの長さで形成されている。なお、この緩衝材部５の具体的な長さを決定するためには、まず布設する推進管および推進管を布設する地盤において想定される地震に対して、その推進管にかかる挿入圧力を求める。その挿入圧力を吸収するために必要なひずみ量を求めて、緩衝材部５の長さが計算される。

図４は、挿入方向に推進管が互いに移動した際の継手部分の状態を表す断面図である。

挿入方向に第１の推進管１０および第２の推進管３０が移動した場合には、発泡ポリスチレンがひずむことにより、その圧縮応力を吸収できる。したがって、管の飛び出しを防ぐことができる。また、第１の推進管１０および第２の推進管３０の挫屈を防ぐこともできる。

以上、本発明に係る継手構造の好適な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の各実施の形態に何ら限定されることなく、種々変形した形態にて実施可能である。

例えば、本実施の形態に係る第１の推進管１０および第２の推進管３０の各寸法は、例示した各寸法に限らず、他の寸法を有する管に用いることができる。

また、本実施の形態に係る継手構造は、推進管の末端に設けられていることとしているが、例えば、推進管はその両端に差込側継手部２を有し、受け口側継手部１の継手構造を両端に有するような継手を用いて２本の推進管を接続する形態でもよい。

また、本実施の形態において、差込側細径部１２と差込側太径部１１との境界は、テーパ部とすることにより、カラー部３が推進力により推進して衝突した際の衝撃を小さくするようにしている。しかし、このような形状に限らず、他の形状でも良い。例えば、差込側細径部１２と差込側太径部１１との境界は、テーパ部を有さない、すなわち、差込側細径部１２の表面に対して垂直に立ち上がる段差部としてもよい。また、そのような面への衝撃を低減するために、差込み側細径部１２と差込側太径部１１との境界に緩衝材等を設けても良い。また、その緩衝材の耐水性が高くかつ、推進管およびカラー部３に対して密着性の高い部材を用いた場合には、止水効果をより高めることができる。

また、本実施の形態に加えて、引き抜き方向へ力が働いた際に、設定した引き抜き方向への許容距離を超越して引き抜かれることを防止するために、ストッパー機構を設けても良い。たとえば、カラー部３の先端に、推進管の軸方向へ突出する凸部を設け、差込側細径部１２の末端には、放射線状に外側方向へ向けて突出する凸部を設けてもよい。

本発明は、推進工法にて布設する管を製造あるいは使用する産業において使用することができる。

本発明に係る推進管用の継手構造を有する受け口側継手部および差込側継手部の斜視図である。 図１の両管を接続した状態の斜視図である。 図２の両管を軸方向に切断した際の断面図である。 図２の両管が挿入方向に移動した際の継手部分の状態を表す断面図である。 従来技術を説明するための図である。

符号の説明

１ 受け口側継手部
２ 受け口側の太径部
３ カラー部
４ 受け口側細径部
５ 緩衝材部
１０ 差込側継手部
１１ 差込側太径部
１２ 差込側細径部
１３ ゴム輪（止水材の一例）
１５ 距離
２０ 第１の推進管
３０ 第２の推進管

Claims (3)

1. 第１の推進管の受け口側継手部と、第２の推進管の差込側継手部とを接続する推進管用の継手構造であって、
   上記受け口側継手部は、
   上記第１の推進管における上記差込側継手部の方向にある端部の外周面を筒状に覆うと共に、上記差込側継手部の方向に突出する環状のカラー部と、
   当該カラー部の環内に配置され、上記端部と接し、上記端部から上記カラー部の突出先端までの長さより短い軸長を持つ環状の緩衝材部とを有し、
   上記差込側継手部は、
   上記カラー部の内径よりも大きい外径を有する環状の差込側太径部と、
   当該差込側太径部に連接されると共に、当該差込側太径部の外径より小さく、かつ上記カラー部の内径よりも小さい外径を有し、当該差込側太径部から上記受け口側継手部の方向に突出する環状の差込側細径部と、
   上記カラー部の突出している領域の内周面と上記差込側細径部との間を塞ぐ止水部材とを有し、
   上記受け口側継手部と上記差込側継手部とを接続した状態において、上記差込側細径部と上記差込側太径部との境界から上記カラー部の上記突出先端までの距離が上記緩衝材部の軸方向の圧縮限界変位以上であることを特徴とする推進管用の継手構造。
2. 前記緩衝部材は、前記緩衝部材に対して前記第１の推進管および第２の推進管の軸方向に加わる圧縮応力が推進管の許容耐荷力以下では弾性領域にあり、かつ、上記圧縮応力が推進管の許容耐荷力より大きい範囲にて弾性領域若しくは塑性領域にある発泡性樹脂組成物若しくは積層ゴムからなることを特徴とする請求項１に記載の推進管用の継手構造。
3. 前記発泡性樹脂組成物は、発泡率２〜３倍の発泡ポリスチレンであることを特徴とする請求項２に記載の推進管用の継手構造。

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