JP2012241808A - 導管の充填遮断材及び充填遮断工法 - Google Patents

Abstract

【課題】導管内に充填して流通を遮断する充填遮断材において、短時間で固化して瞬時に導管の流通を遮断することができ、比較的長期に遮断性能を維持することができる。
【解決手段】導管１内に充填して導管の流通を遮断する充填遮断材Ｍであって、セメントとフライアッシュの混合物に添加剤を加えた水溶液である主材とケイ酸塩水溶液を主成分とする固化材との混合物あり、前記主材と前記固化材との混合後に膨張性を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、導管の内部に充填することで導管内の流通を遮断する充填遮断材及びこの充填遮断材を用いた充填遮断工法に関するものである。

下記特許文献１には、道路下に埋設されて損傷した導管に連通して地上に延びた内管の端部を開口し、第１供給ポンプ及び第２供給ポンプによって流動性を有するＡ液材及びＢ液材を開口した端部から内管内に供給し、Ａ液材及びＢ液材が内管内を流れながら混合して導管に流入し、導管内で固化しながら堆積することで導管を遮断する工法が記載されている。

ここで用いられるＡ液材及びＢ液材は、これらを混合した当初では流動性を有し、所定時間経過後に非流動性物質になる。Ａ液材はセメントに水を混合して作られる流動性物質（モルタル）であり、Ｂ液材は水に溶かした状態で使用されて粘性が低い流動性物質であって、Ａ液材に混ぜることでこれを徐々に固化する機能を有する。

特開２００５−２９９６９４号公報

前述した従来技術は、Ａ液材がセメントに水を混合したものであり高い流動性が得られることから、導管内に遮断材を充填させる際の作業性が良好な利点がある。また、比較的低圧の気体導管では、良好な遮断性を確保することができる。しかしながら、中圧以上の導管を活管状態で遮断して下流側への流通を停止させるためには、遮断材の固化に時間がかかると固化の途中段階で遮断材に導通が形成されてしまうことがあり、更に短い固化時間が必要になる。また、主成分がセメントと水の混合物であるから、導管への充填固化後に遮断材が若干収縮することがあり、比較的大きい口径の導管で長期間遮断性能を維持することができない問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、中圧以上の導管内に充填して流通を遮断する充填遮断材において、比較的短時間で固化して導管の流通を遮断することができること、導管への充填固化後に収縮せずに比較的長期間遮断性能を維持することができること、等が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明による導管の充填遮断材及び充填遮断工法は、以下の構成を少なくとも具備するものである。

導管内に充填して導管の流通を遮断する充填遮断材であって、セメントとフライアッシュの混合物に添加剤を加えた水溶液である主材とケイ酸塩水溶液を主成分とする固化材との混合物であり、前記主材と前記固化材との混合・固化後に膨張性を有することを特徴とする導管の充填遮断材。

前述した充填遮断材を用いた導管の充填遮断工法であって、導管に前述した充填遮断材を充填する際の充填幅Ｌを気体導管の口径ｄの２倍以上に設定することを特徴とする導管の充填遮断工法。

このような特徴を有する本発明によると、導管内に充填して流通を遮断する充填遮断材において、固化時間（ゲルタイム）の短縮化が可能になり、これによって速やかに固化して導管の流通を遮断することができる。また、固化後の膨張性により、導管への充填後に比較的長期間遮断性能を維持することができる。

遮断性能維持試験の概要を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る充填遮断材を用いたガス導管の充填遮断工法を示す説明図である。 導管内に注入された本発明の実施形態に係る充填遮断材の状態を示す説明図である（同図（ａ）が導管の長手方向に沿った断面図、同図（ｂ）が同図（ａ）のＸ−Ｘ断面図を示している）。 導管内に注入された本発明の実施形態に係る充填遮断材の状態を示す説明図である（同図（ａ）が導管の長手方向に沿った断面図、同図（ｂ）が同図（ａ）のＸ−Ｘ断面図を示している）。

本発明の実施形態に係る導管の充填遮断材は、流動性のある主材と固化材と混合させることで、導管内で固化（ゲル化）して、導管を充填遮断するものである。例えば、地震等の被災地区において、供給停止したガスの供給再開に際し、被害が少なく即供給再開が可能な地区と被害が大きく供給再開が遅れるないしは不可能な地区を分離ブロック化することが求められる。このようなブロック化を行うために、道路下に埋設された導管へバルブを設置するか導管の切断分離を行っていると、これらには掘削を行う必要があるので作業に時間を要し、また配管材料の確保が難しくなる。この代替工法として、本発明の実施形態に係る充填遮断材を導管から分岐した分岐管（供給管やメータ立管）、水取器、バルブ用放散立管、管体の既設および新設穿孔部、地上からのコア抜き掘削部、その他様々な開口部から充填することで前述したブロック化を行うことができる。このような復旧区域のブロック化に用いる充填遮断材は、充填後に比較的長期間（約１ヶ月以上）気体流通の遮断効果を維持することが求められる。また、復旧工程においてガス導管の一部が損傷してガスの漏洩が発生した場合に、損傷箇所の上流側または近傍に充填遮断材を充填することでガス流通を遮断することができる。

本発明の実施形態に係る充填遮断材をガス導管内に充填することで、損傷箇所からのガス漏洩を迅速に防ぐと共に、充填遮断材を充填した箇所の上流側までガス供給を行うことが可能になる。これによって、損傷箇所の上流側を広範囲に亘ってガス遮断することを回避することができ、ガス導管の一部が破損した場合における復旧区域のブロック化が可能になる。

以下の説明では、気体導管（ガス導管など）に充填遮断材を充填することを例にして説明するが、気体導管に限らず、液体輸送導管（水道管など）を含む他の流体導管の流通遮断に本発明の実施形態に係る充填遮断材を適用することができる。

本発明の実施形態に係る気体導管の充填遮断材は、気体流通の遮断効果を比較的長期間維持するために、主材と固化材との混合・固化後に膨張性を有することが特徴になる。気体流通の遮断効果を維持するために必要な膨張性を得るためには、主材として、セメントとフライアッシュの混合物に添加剤を加えた水溶液（Ａ液材）を用い、固化材として、ケイ酸塩水溶液を主成分とする液材（Ｂ液材）を用いる。

主材（Ａ液材）は、より具体的には、早強ポルトラントセメントとフライアッシュの混合物に、樹脂系の付着材と石灰系の膨張材を含む添加剤を加えた水溶液である。フライアッシュの配合割合はセメント１００に対して１００〜２００重量部とするのが好ましい。フライアッシュは、ＪＩＳでは、「JIS A 6201 コンクリート用フライアッシュ」および「JIS R 5213 フライアッシュセメント」として規定されている。フライアッシュの主成分は、ＳｉＯ₂が５０〜７０％程度であり、Ａｌ₂Ｏ₃が１５〜３０％程度である。

主材に添加される樹脂系の付着材は、固化前の主材の流動性と固化後の気密性を担保するために加えられる再乳化型付着材であり、一例としては、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を主成分とするものを用いることができる。樹脂系の付着材は、これに限らず、アクリル系樹脂など他の樹脂系再乳化型付着材を用いることができる。

主材に添加される石灰系の膨張材は、充填遮断材の固化後に適正な膨張性を付与するものであり、具体的には、酸化カルシウム（ＣａＯ）を主成分とし、酸化硫黄（ＳＯ₂又はＳＯ₃）や二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）などを加えたものである。石灰系の膨張材を用いると、水和結合力が大きいため強度を損なわず良好な膨張効果を発揮することができる。ここでは、膨張性ＣａＯの水和によって生成するＣａ（ＯＨ）₂の結晶成長と結晶圧が膨張源になる。

固化材（Ｂ液材）は、より具体的には、ケイ酸ナトリウムと水を３：７程度の配合比で混合させたものである。

このような構成を有する気体導管の充填遮断材は、固化後の膨張性を有するだけでなく、固化時間（ゲルタイム）を従来のモルタルと固化材を混合させたものと比較して大幅に短縮化することができる。固化時間（ゲルタイム）を３０秒程度以下にすることで、充填遮断材を気体導管に注入充填する際に、充填物に気体の通気道が形成される前に固化した充填物で気体導管内部を気密に遮断することできる。

一方、気体導管内へ充填遮断材を充填するために、気体導管から分岐した分岐管（供給管やメータ立て管）、水取器、バルブ用放散立管、管体の既設又は新設穿孔部、管体の地上からのコア抜き掘削部、その他様々な開口部を経由して充填遮断材を流入させることから、分岐管の開口端部から流入した充填遮断材が気体導管内に到達するまでは十分な流動性が維持されていることが必要になる。したがって、分岐管の長さが８ｍ程度であれば、１５秒程度の固化時間が必要になる。このことを踏まえると、本発明の充填遮断材の固化時間は、１５秒以上３０秒以下に設定することが好ましい。

下記の表１に本発明の実施例と比較例を示す。例１〜例３が実施例であり、例４〜例１１が比較例である。表１におけるＡ液材とＢ液材の配合の単位はｇである。

例１は、Ａ液材が、セメント２００ｇに対して、フライアッシュ２００ｇ、付着材３０ｇ、膨張材２００ｇ、消泡剤１５ｇ、分散剤２１ｇ、水２８９ｇを配合したものであり、Ｂ液材が、ケイ酸ナトリウム１５０ｇと水３５０ｇを混合したケイ酸塩水溶液である。例２は、Ａ液材が、フライアッシュの配合を２５０ｇ、膨張材の配合を１５０ｇとした以外は例１と同じであり、Ｂ液材は例１と同じである。例３は、Ａ液材が、フライアッシュの配合を３００ｇ、膨張材の配合を１００ｇとした以外は例１と同じであり、Ｂ液材は例１と同じである。例４は、Ａ液材が、フライアッシュの配合を３５０ｇ、膨張材の配合を５０ｇとした以外は例１と同じであり、Ｂ液材は例１と同じである。例５は、Ａ液材が、フライアッシュの配合を３７５ｇ、膨張材の配合を２５ｇとした以外は例１と同じであり、Ｂ液材は例１と同じである。

例６は、Ａ液材が、セメント２００ｇに対して、フライアッシュ４００ｇ、付着材１５ｇ、消泡剤７．５ｇ、分散剤１０．５ｇ、水２６８ｇを配合したものであって、膨張材を添加しておらず、Ｂ液材は例１と同じである。例７は、Ａ液材が、セメント２００ｇに対して、フライアッシュ４００ｇ、付着材３０ｇ、消泡剤１５ｇ、分散剤２１ｇ、水２７９ｇを配合したものであって、膨張材を添加しておらず、Ｂ液材は例１と同じである。

例８は、Ａ液材が、セメント２００ｇに対して、フライアッシュ４００ｇ、付着材４５ｇ、消泡剤２２．５ｇ、分散剤３１．５ｇ、水２８４ｇを配合したものであり、膨張剤を添加しておらず、Ｂ液材は例１と同じである。例９は、Ａ液材が、セメント２００ｇに対して、フライアッシュ４００ｇ、付着材６０ｇ、消泡剤３０ｇ、分散剤４２ｇ、水３０７ｇを配合したものであって、膨張剤を添加しておらず、Ｂ液材は例１と同じである。例１０は、Ａ液材が、セメント２００ｇに対して、フライアッシュ４００ｇ、水２５４ｇを配合したものであって、付着材と膨張材を添加しておらず、Ｂ液材は例１と同じである。例１１は、Ａ液材が、セメント２００ｇに対して、硅砂４００ｇ、水２９８ｇを配合したモルタル（フライアッシュ、付着材、膨張材を加えていない）であり、Ｂ液材は例１と同じである。

表１に示すように、Ａ液材として、セメント２００重量部に対して、フライアッシュを２００〜３００重量部、膨張剤を１００〜２００重量部、付着材を３０重量部程度混合させたもの用いることで、固化時間（ゲルタイム）を２８秒〜３０秒程度にすることができ、また、圧縮強度を他の例と比べて比較的高くすることができる。

圧縮強度は、７５ｍｍφ×２５０ｍｍのアクリルパイプモールド管を用いて、アクリルパイプモールド管に充填遮断材を充填することで、各例に示した配合割合の供試体を作製し、１日間自然養生させ、アクリルパイプモールドの上部に重錘を載せ、養生した供試体がモールドから動き出す応力で定義した。圧縮強度が高いということは、十分な充填圧が得られていることを指し、高い遮断性能が得られていることを示している。

前述した例１の充填遮断材を用いて、気体導管に対する遮断性能維持試験を行った。図１は、遮断性能維持試験の概要を示す説明図である。試験配管Ｐ１は口径ｄ＝１００ｍｍ，１５０ｍｍ，２００ｍｍ，３００ｍｍの鋼管である。試験方法としては、試験配管Ｐ１に充填遮断材を充填させて５時間養生して充填幅Ｌを得る。充填幅Ｌは試験配管Ｐ１の口径ｄに対して、Ｌ＝１ｄ，１．５ｄ，２ｄ，２．５ｄ，３ｄとし、各充填幅Ｌで、試験管Ｐ１に気密栓Ｐ２と圧力計Ｐ３を取り付け、管内を２．５ｋＰａに加圧して遮断性能維持を確認する。遮断性能維持の確認は、１ヶ月（３０日）を上限として、毎日気密保持されているか（管内圧力の低下がないか）を確認する。この試験結果を表２〜表５に示す。表中の「○」は、遮断性が維持されていること（圧力低下がないこと）を示し、「×」は遮断性能が維持されていないこと（圧力低下があること）を示す。

表２及び表３に示すように、口径１００Ａ及び１５０Ａの試験配管においては、充填幅Ｌ＝１ｄ〜３ｄで、３０日の遮断性能維持が確認できた。これに対して、表４及び表５に示すように、口径２００Ａの試験配管においては、充填幅Ｌ＝１ｄにおいて３０日の遮断性能維持が得られず、口径３００Ａの試験配管においては、充填幅Ｌ＝１ｄ〜１．５ｄにおいて３０日の遮断性能維持が得られなかった。この試験結果から、気体導管の口径に応じて充填遮断材の充填幅Ｌを設定する必要があり、口径１００Ａ〜１５０Ａでは充填幅Ｌ＝１ｄで十分な遮断性能維持が得られるのに対して、口径２００Ａでは充填幅Ｌ＝１．５ｄ以上が必要であり、口径３００Ａでは充填幅Ｌ＝２ｄ以上が必要であることが判った。

この試験結果を踏まえると、例１に示した充填遮断材は、その膨張性によって比較長期間遮断性能を維持することができることが確認できた。そして、気体導管の充填遮断においては、口径１００Ａ〜３００Ａの気体導管に対して充填幅Ｌを口径ｄの２倍程度以上確保することが好ましい。

図２は、本発明の実施形態に係る充填遮断材を用いたガス導管の充填遮断工法を示す説明図である。地中に埋設されている導管１に対して、漏洩箇所の把握又は予測を行い、その漏洩箇所の上流側に充填遮断材を注入充填することで、導管１の漏洩箇所へのガス流通を遮断する。図示の例では、漏洩箇所の上流側にある分岐立て管（供給管）２の地上部に注入部３を接続している。注入部３には、本発明の実施形態に係る充填遮断材を構成するＡ液材とＢ液材がそれぞれ収容された圧送容器４，５の圧送部４ａ，５ａから延びる注入ホース４ｂ，５ｂの端部が接続されている。圧送容器４，５から圧送されるＡ液材とＢ液材は注入部３で混合され、混合された充填遮断材が分岐立て管２を介して導管１に注入充填される。また、ガス導管への充填遮断材の注入は、既設の配管設備（水取器、バルブ用放散立管など）や管体の新設又は既設穿孔部、管体の地上からのコア抜き掘削部、その他の開口部から注入することができる。

圧送容器の圧送圧力は、Ａ液材とＢ液材が注入部３で混合されてから、充填遮断材が、その固化時間（ゲルタイム）を経過する前に導管１に流入するように適正な圧力値を設定する。

図３及び図４は、導管１内に注入された充填遮断材Ｍの状態を示す説明図である（同図（ａ）が導管の長手方向に沿った断面図、同図（ｂ）が同図（ａ）のＸ−Ｘ断面図を示している）。充填遮断材Ｍは固化（ゲル化）する前に導管１内に流入して導管１内で堆積状態になる（図２参照）。この際、充填遮断材Ｍは、流入直後その流動性によって導管１の長手方向に拡がるが、充填遮断材の固化が進むにつれて管径方向に積み重なるように堆積する。そして、充填遮断材Ｍを設定量注入することで、充填遮断材Ｍの堆積物が導管１内を完全に閉塞する状態になる（図４参照）。充填遮断材Ｍが導管１内を閉塞した直後にはほぼ充填遮断材Ｍは固化しているので、堆積された充填遮断材Ｍの内部や充填遮断材Ｍと管壁との界面に通気道が形成されることが無く、堆積された充填遮断材Ｍの下流側へのガス流通をほぼ完全に遮断することができる。

堆積された充填遮断材Ｍによって導管１のガス流通を長期間遮断するためには、堆積された充填遮断材Ｍの充填幅Ｌ（図４参照）を適正に確保することが必要になる。適正な充填幅Ｌは前述したように導管１の口径によって異なり、例１に示した充填遮断材を用いる場合には、口径ｄの２倍程度以上に設定しておくことが望ましい。そして、適正な充填幅Ｌが得られるように、充填遮断材Ｍの充填量と圧送圧力を導管１の口径に応じて設定する。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る気体導管の充填遮断材は、セメントとフライアッシュの混合物に添加剤を加えた水溶液である主材とケイ酸塩水溶液を主成分とする固化材との混合物あり、主材と固化材との混合・固化後に膨張性を有するものであるから、固化時間（ゲルタイム）を大幅に短縮化でき、且つ長期に亘る高い遮断性の維持が可能になる。なお、前述したように本発明の実施形態に係る充填遮断材は、気体導管に限らず他の流体導管についても流通を遮断するために適用可能である。

１：導管，２：分岐立て管，３：注入部，４，５：圧送容器

Claims (6)

1. 導管内に充填して導管の流通を遮断する充填遮断材であって、
   セメントとフライアッシュの混合物に添加剤を加えた水溶液である主材とケイ酸塩水溶液を主成分とする固化材との混合物であり、
   前記主材と前記固化材との混合・固化後に膨張性を有することを特徴とする導管の充填遮断材。
2. 前記主材の添加剤は、樹脂系の付着材と石灰系の膨張材を含むことを特徴とする請求項１に記載された導管の充填遮断材。
3. 前記膨張材は酸化カルシウムを主成分とし、前記付着材はエチレン酢酸ビニル共重合体を主成分とすることを特徴とする請求項１に記載された導管の充填遮断材。
4. 前記セメントが、早強ポルトラントセメントであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された導管の充填遮断材。
5. 前記主材と前記固化材との混合時の固化時間（ゲルタイム）が１５秒以上３０秒以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の導管の充填遮断材。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載された導管の充填遮断材を用いた充填遮断工法であって、前記導管に前記充填遮断材を充填する際の充填幅Ｌを前記導管の口径ｄの２倍以上に設定することを特徴とする導管の充填遮断工法。

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