JP2014173373A - 土木工事用パイプ連結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】パイプを確実に連結して、パイプが不意に離脱する事故を防止することができる土木工事用パイプ連結構造を提供する。
【解決手段】土木工事用パイプ１の端部２に挿入する挿入筒部３を両端に有する短円筒状ジョイント４を介してパイプ１とパイプ１を連結する土木工事用パイプ連結構造に於て、挿入筒部３には、外周溝５が凹設される。パイプ１の端部２には、内周溝６が凹設され、Ｃ字状嵌込みリング７を、外周溝５と内周溝６にわたって嵌合したパイプ連結状態で、パイプ１相互が回転可能かつ引抜不可として連結されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、土木工事用パイプ連結構造に関する。

従来、土木工事、例えば地山補強工事等に、用いられるパイプ連結構造としては、パイプの端部の内周面に係止用突起部を突設して、パイプの端部に挿入される円筒状ジョイントの挿入部の外周面に上記突起部が差込まれるＬ字状溝部が形成され、Ｌ字状溝部に突起部を差込んで係止する構造が公知である（例えば、特許文献１参照）。

しかし、Ｌ字状溝部は、長手方向に凹設された差込部と、差込部の内端から周方向に延設された係止部とを備えるものであり、動的な外力が作用する上記地山補強工事等のパイプ連結構造に於ては、パイプに大きな振動や逆方向の回転トルクが瞬間的にかかった際に、不意にパイプが離脱する可能性があった。すなわち、Ｌ字状溝部の係止部から突起部が抜けるような逆転方向の力等が作用して、パイプの連結が離脱する可能性が残されていた。

特開２０１１−１２７３１０号公報

解決しようとする課題は、土木工事用パイプが不意に離脱する点である。また、パイプをスムーズに挿入し難い場合がある点である。

そこで、本発明は、パイプの端部に挿入する挿入筒部を両端に有する短円筒状ジョイントを介してパイプとパイプを連結する土木工事用パイプ連結構造に於て、挿入筒部には、外周溝が凹設され、パイプの端部には、内周溝が凹設され、Ｃ字状嵌込みリングを、外周溝と内周溝にわたって嵌合したパイプ連結状態で、パイプ相互が回転可能かつ引抜不可として連結されているものである。

また、パイプの先端の開口内周縁部に、面取りを形成したものである。
また、面取りは、挿入筒部のパイプへの挿入の際、外周溝に嵌込まれたＣ字状嵌込みリングを縮径させるリング縮径機能を備え、しかも、ジョイントの外周面には、軸心方向中央位置に低外鍔部が突出状に形成され、パイプ連結状態では、相互に連結されたパイプの先端の面取りが低外鍔部との干渉を避けつつ挿入筒部が深く挿入してパイプの先端相互のギャップを減少させるギャップ減少機能を、兼ね備えたものである。
また、嵌込みリングの横断面形状が略矩形であって、矩形の軸心方向幅寸法をＷ、ラジアル方向厚さ寸法をＴとすると、1.0×Ｔ≦Ｗ≦ 1.5×Ｔを満たすように設定したものである。

本発明のパイプ連結構造によれば、パイプを確実に連結して、パイプが不意に離脱することを確実に防止できる。また、パイプとパイプの接続部に於て、ガイド用Ｙ型支持枠等に引掛かることがなく、しかも、岩石等に穿孔された孔に沿って誘導しやすく、動力ロスも少なく、スムーズにパイプを送り込むことができる。また、パイプ外周面から、従来のボルト頭部や溶接盛り部等の小突出部が全く存在せず、一層スムーズにパイプを送り込むことができる。特に、連結されたパイプ相互が回転自在であるため、動力負担も低減できる。

本発明の実施の一形態を示す断面正面図である。 要部拡大断面図である。 パイプの要部断面正面図である。 ジョイントの断面正面図である。 Ｃ字状嵌込みリングを示す正面図である。 図５のＸ−Ｘ拡大断面図である。 作用説明図である。 作用説明図である。 作用説明図である。 他の実施形態の要部拡大断面図である。 他の実施形態の要部拡大断面図である。 図10の包囲枠線域Ｙの拡大図である。 作用説明図である。

本発明は、土木工事用のパイプ連結構造に関し、例えば、トンネルの断面の掘削に先立って、地上補強用の先受け工として切羽の上方に打設を行う際に使用する（補強用）パイプ１，１を順次連結する構造に関するものであり、切羽から切羽前方までの地山を補強（改良）するために注入材を、本発明に係るパイプ連結構造を介して、注入してゆく（注入材の浸透注入工法）等に用いられ、あるいは、それ以外の地山改良（補強）工法や、その他の土木工事に適用される。
本発明の実施の一形態を示す図１〜図９に於て、このパイプ連結構造は、土木工事用パイプ１の端部２に挿入する挿入筒部３を両端に有する短円筒状ジョイント４を介してパイプ１とパイプ１を連結する各種の土木工事用パイプ連結構造である。パイプ１は、例えば、ＳＴＫ４００から成る。ジョイント４は、例えば、ＦＣＤ４５０から成る。

挿入筒部３には、断面矩形状の外周溝５が凹設される。パイプ１の端部２には、断面矩形状の内周溝６が凹設される。Ｃ字状嵌込みリング７を、外周溝５と内周溝６にわたって嵌合したパイプ連結状態（図１参照）で、パイプ１，１相互が回転可能かつ引抜不可として連結されている。嵌込みリング７は、例えば、ＳＷＲＨから成る。

パイプ１の先端８の開口内周縁部９に、ストレート傾斜状の面取り10Ａが形成される。面取り10Ａは、挿入筒部３のパイプ１への挿入の際、外周溝５に嵌込まれたＣ字状嵌込みリング７を縮径させるリング縮径機能を備える。すなわち、図７に示すように、ジョイント４の外周溝５に嵌込みリング７を嵌合させてから、図８に示すように、ジョイント４の挿入筒部３をパイプ１に挿入すると（パイプ１をジョイント４に外嵌すると）、面取り10Ａに沿って嵌込みリング７が外周溝５に押込まれるように縮径される。その後、さらに挿入筒部３をパイプ１に挿入すると（パイプ１をジョイント４に深く外嵌すると）、図９に示すように、嵌込みリング７がパイプ１の内周溝６に（リング７が弾発力によって拡径することで）嵌合する。

ジョイント４の外周面11には、軸心方向中央位置に低外鍔部12が突出状に形成され、面取り10Ａは、パイプ連結状態では、相互に連結されたパイプ１の先端８の面取り10Ａが低外鍔部12との干渉を避けつつ挿入筒部３が深く挿入してパイプ１の先端８相互のギャップ13を減少させるギャップ減少機能（パイプ１の先端８相互を図１・図２に示す如く接近させる機能）を、兼ね備える。

図３に示すように、面取り10Ａが、軸心直交面と成す角度θを、55°≦θ≦80°に設定する。好ましくは、65°≦θ≦80°に設定する。角度θが、55°≦θ≦80°を満たす場合、リング縮径機能及びギャップ減少機能を適切に発揮することができる。角度θが、θ＜55°の場合、パイプ１の先端８相互のギャップ13が大きくなり、ガイド用Ｙ型支持枠（図示省略）等に引掛かる虞れがある。角度θが、80°＜θの場合、面取り10Ａの軸心方向寸法が過大となり、切削加工の作業性が悪くなる。

図３・図４に示すように、ジョイント４の先端14から低外鍔部12の軸心方向中央までの軸心方向長さ寸法Ｌ_０とパイプ１の内径寸法Ｄを、Ｄ× 1.1≦Ｌ_０≦Ｄ× 1.4に設定するのが好ましい。長さ寸法Ｌ_０が上記範囲内にある場合、パイプ１とジョイント４を確実に連結することができる。長さ寸法Ｌ_０が、Ｌ_０＜Ｄ× 1.1の場合、パイプ１とジョイント４との接続強度及び曲げ耐力が弱くなる。特に、地山補強等の土木工事では、地山の重量が略水平状に打ち込んだパイプ１に作用し、それが大きな曲げ力として、パイプ１及びパイプ連結構造に作用するので、曲げ耐力が要求されるが、このような曲げ耐力が下限値未満で急に低下する。長さ寸法Ｌ_０が、Ｄ× 1.4＜Ｌ_０の場合、不必要にジョイント４の軸心方向長さ寸法Ｌが長くなり無駄である。

外周溝５を、ジョイント４の先端14と低外鍔部12との略中央に配設する。すなわち、ジョイント４の先端14から外周溝５の溝底中央までの軸心方向長さ寸法をＬ_１とし、低外鍔部12の中央から外周溝５の溝底中央までの軸心方向長さ寸法をＬ_２とすると、Ｌ_１：Ｌ_２の値は、同じ部位で曲げた際、パイプ１の曲げ強さと、ジョイント４の曲げ強さが同等となるように設定するのが好ましい。

ところで、図２に於て、ジョイント４は、黒皮のままの外周面11よりも僅かに外径が大きい平滑状（平滑円周状）の低裾野部18の外周面中央に、低い台形状の低外鍔部12を積重ねた形状とする。この低外鍔部12及び低裾野部18の外周面を、機械加工（切削又は研削等）によって、外径寸法等を高精度なものとする。他方、パイプ１に於て、略全体の内周面は黒皮のままであるが、面取り10Ａ及び、この面取り10Ａに連続する軸心方向小寸法の内周面部19は、機械加工（切削又は研削等）によって、内径寸法等を高精度なものとする。このように機械加工を施すことで、低裾野部18の外周面と、内周面部19との間隙Ｇを最小値に近づけて、パイプ１とジョイント４のセンタ（軸心）を一致させ、即ち、センタリングを確実に行って、接続すべき両パイプ１，１の芯ずれを防止し（先端８，８の段差発生を防止し、）地山等への打込作業時に他部材への引掛りを防ぎ、あるいは、抵抗の増加を防ぐ。かつ、嵌込みリング７の不意の段落をも防ぎ得る。

さらに補足説明すれば、パイプ１の肉厚は、例えば、約10％の公差が有り、図２中に、２点鎖線Ｄ₁₁，Ｄ₁₂にて示すように最大内径，最小内径に、パイプ１の黒皮の内周面20が存在する。つまり、パイプ１の最大内径Ｄ₁₁が上記公差の上限を示しており、パイプ１の最小内径Ｄ₁₂が上記公差の下限を示す。パイプ１もジョイント４も、上述の機械加工を施さなければ、両者間にラジアル方向に大きな隙間を生じ、パイプ１の端部２とパイプ１の端部２の間に大きな段差が発生し、他物体への引掛りや挿入抵抗増大等の問題の虞れが予測されるが、本発明では、上述の機械加工によって、間隙Ｇを最小限に近づけることで、パイプ１，１相互、及び、パイプ１とジョイント４とのセンタリングが良好に行われて、引掛りを防ぎ、かつ、嵌込みリング７の脱落を防ぐ効果が期待できる。

Ｃ字状嵌込みリング７を示した図５と図６に於て、嵌込みリングの横断面形状が略矩形であって、矩形の軸心方向幅寸法をＷ、ラジアル方向厚さ寸法をＴとすると、 1.0×Ｔ≦Ｗ≦ 1.5×Ｔを満たすように設定する。幅寸法Ｗが上記範囲内にある場合、軸心方向にせん断力がはたらいた際の強度が大きい。Ｗ＜ 1.0×Ｔの場合、軸心方向にせん断力がはたらいた際に強度が弱く、嵌込みリング７が破損する虞れがある。 1.5×Ｔ＜Ｗの場合、不必要に嵌込みリング７の軸心方向長さ寸法が過大となり、嵌込みリング７の材料が無駄であり、かつ、外周溝５内でせん断力を受けて姿勢が不安定となる。

次に、図10〜図13に於て、他の実施の形態を示す。図１〜図９にて述べた実施の一形態と同一符号は同様の構成であり、重複説明を一部省略するが、この図10〜図13に於ては、パイプ１の先端８の開口内周縁部９に、アール凸状面取り10Ｂを形成して、滑らかに（スムーズに）ジョイント４の挿入筒部３を挿入可能とした構成である。
先端８には、軸心直交平面を僅かに残して、機械加工によって、アール凸状面取り10Ｂを形成する。図12に於て、アール凸状面取り10Ｂの曲線と、軸心直交平面（先端８の平面）とが成す角度θを、55°〜70°に設定し、かつ、曲率半径Ｒ₁₀を30mm〜70mmとして、特に、図２に於て述べた最大内径（上限）Ｄ₁₁と最小内径（下限）Ｄ₁₂の公差を有するパイプ内径（内周面部19）と、極めて滑らかに、アール凸状面取り10Ｂとが、連続するので、（引掛りを生ずることなく）スムーズにジョイント４（の先端14）を挿入可能となる。

また、図12で明らかなように、黒皮内周面部19に近づけば近づく程、アール凸状面取り10Ｂへの接線が軸心と平行に近づくこととなるので、上述のジョイント４（の先端14）の挿入は、引掛らずにスムーズに挿入できる。このことは、図２と比較すれば明らかとなる。即ち、図２では、内周面部19と黒皮内周面20との間に段差部21が形成されており、そのため、この段差部21にジョイント４の先端14が引掛る場合もあり得るのに対し、このような問題も解決できる。
そして、ジョイント４に於て、低外鍔部12の形状が、大きな曲率半径Ｒ₁₂の凹状傾斜部22を有する扁平富士山型であって、図10に示す矢印Ｆ_１方向にパイプ１，１相互を分離する方向に引張った場合も、図11に示す矢印Ｆ_２方向に接近する方向に押圧力を与えた場合も、パイプ１，１の先端８，８が当接しないで、常に微小なギャップ13を確保できる。特に、図12と図11に示すように、アール凸状面取り10Ｂと凹状傾斜部22とが密に圧接するように曲率半径を同等とするのが好ましい。

図13に示すように、前記アール凸状面取り10Ｂを有するパイプ１によって、嵌込みリング７は、矢印Ｋ方向に円滑に押込みできる。
なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、外周溝５及び内周溝６を半円型溝として、嵌込みリング７の断面形状を円形とするも良い。

以上のように、本発明は、パイプ１の端部２に挿入する挿入筒部３を両端に有する短円筒状ジョイント４を介してパイプ１とパイプ１を連結する土木工事用パイプ連結構造に於て、挿入筒部３には、外周溝５が凹設され、パイプ１の端部２には、内周溝６が凹設され、Ｃ字状嵌込みリング７を、外周溝５と内周溝６にわたって嵌合したパイプ連結状態で、パイプ１相互が回転可能かつ引抜不可として連結されているので、送り込みの動力負担が小さく、容易に誘導することができる。さらに、パイプ１を確実に連結して、パイプ１が不意に離脱する（引抜ける）事故を防止することができる。さらに、曲げ耐力が大きい。
また、パイプ１のラジアル外方へボルト頭部や小突部等が突出しないので、地山等への送り込みの際、ガイド用Ｙ型支持枠等に引掛ることがなく、スムーズに送り込むことができる。

また、パイプ１の先端８の開口内周縁部９に、ストレート傾斜状面取り10Ａ又はアール凸状面取り10Ｂを形成したので、嵌込みリング７をスムーズに縮径させて、挿入筒部３をパイプ１に容易かつスムーズに挿入することができる。接続部に於て、パイプ１とパイプ１を接近させることができ、ガイド用Ｙ型支持枠等に引掛かることがなくスムーズにパイプ１を送り込むことができる。

また、面取り10Ａ，10Ｂは、挿入筒部３のパイプ１への挿入の際、外周溝５に嵌込まれたＣ字状嵌込みリング７を縮径させるリング縮径機能を備え、しかも、ジョイント４の外周面11には、軸心方向中央位置に低外鍔部12が突出状に形成され、パイプ連結状態では、相互に連結されたパイプ１の先端８の面取り10Ａ，10Ｂが低外鍔部12との干渉を避けつつ挿入筒部３が深く挿入してパイプ１の先端８相互のギャップ13を減少させるギャップ減少機能を、兼ね備えたので、容易にパイプ１とジョイント４を接続することができるとともに、パイプ１とパイプ１の接続部に於て、ガイド用Ｙ型支持枠等に引掛かることがなくスムーズにパイプ１を送り込むことができる。

また、嵌込みリング７の横断面形状が略矩形であって、矩形の軸心方向幅寸法をＷ、ラジアル方向厚さ寸法をＴとすると、 1.0×Ｔ≦Ｗ≦ 1.5×Ｔを満たすように設定したので、軸心方向にせん断力がはたらいた際の強度が大きい。しかも、このような寸法形状のリング７を嵌め込む（ジョイント４の）外周溝５の溝底側残肉が薄くなり過ぎることを防止でき、溝底側残肉の強度を十分に維持できる。

１ （土木工事用）パイプ
２ 端部
３ 挿入筒部
４ （短円筒状）ジョイント
５ 外周溝
６ 内周溝
７ （Ｃ字状）嵌込みリング
８ 先端
９ 開口内周縁部
10Ａ，10Ｂ 面取り
11 外周面
12 低外鍔部
13 ギャップ
Ｔ ラジアル方向厚さ寸法
Ｗ 軸心方向幅寸法

Claims (4)

1. パイプ（１）の端部（２）に挿入する挿入筒部（３）を両端に有する短円筒状ジョイント（４）を介して上記パイプ（１）とパイプ（１）を連結する土木工事用パイプ連結構造に於て、
   上記挿入筒部（３）には、外周溝（５）が凹設され、上記パイプ（１）の端部（２）には、内周溝（６）が凹設され、
   Ｃ字状嵌込みリング（７）を、上記外周溝（５）と内周溝（６）にわたって嵌合したパイプ連結状態で、パイプ（１）相互が回転可能かつ引抜不可として連結されていることを特徴とする土木工事用パイプ連結構造。
2. 上記パイプ（１）の先端（８）の開口内周縁部（９）に、ストレート傾斜状面取り（10Ａ）又はアール凸状面取り（10Ｂ）を形成した請求項１記載の土木工事用パイプ連結構造。
3. 上記面取り（10Ａ）（10Ｂ）は、上記挿入筒部（３）のパイプ（１）への挿入の際、上記外周溝（５）に嵌込まれた上記Ｃ字状嵌込みリング（７）を縮径させるリング縮径機能を備え、しかも、上記ジョイント（４）の外周面（11）には、軸心方向中央位置に低外鍔部（12）が突出状に形成され、パイプ連結状態では、相互に連結された上記パイプ（１）の先端（８）の上記面取り（10Ａ）（10Ｂ）が上記低外鍔部（12）との干渉を避けつつ上記挿入筒部（３）が深く挿入してパイプ（１）の先端（８）相互のギャップ（13）を減少させるギャップ減少機能を、兼ね備えた請求項２記載の土木工事用パイプ連結構造。
4. 上記嵌込みリング（７）の横断面形状が略矩形であって、該矩形の軸心方向幅寸法を（Ｗ）、ラジアル方向厚さ寸法を（Ｔ）とすると、 1.0×Ｔ≦Ｗ≦ 1.5×Ｔを満たすように設定した請求項１，２又は３記載の土木工事用パイプ連結構造。

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