JP2019135407A - 管継手の土砂流入抑制構造 - Google Patents

Abstract

【課題】目地開きないしは目地ずれが発生したとしても、管内への土砂の流入が抑制されて通水機能が確保され、又形成が比較的に簡単であり、通水時においても容易に形成が可能である管継手の土砂流入抑制構造を提供する。【解決手段】管継手の土砂流入抑制構造１は、継手Ｊで接続された複数の管体４から成り土砂の下に埋設された連結管２において、継手Ｊへの土砂の流入を抑制するための構造である。管継手の土砂流入抑制構造１は、継手Ｊの外側における少なくとも上半部を覆うゴムマット２０を備えている。ゴムマット２０は、連結管２における継手Ｊの両側に渡っており、その上部の土砂の荷重に単独で耐える強度を有している。【選択図】図３

Description

本発明は、海底取放水管及び上下水道管といった土砂に埋められる管の継手において、大規模地震時等の異常発生時においても土砂の流入を抑制するための土砂流入抑制構造に関する。

特開２００２−１４６７４３公報（特許文献１）の［００３８］〜［００４３］に記載された集水管の露出防止方法では、集水管１の外周に、透水性と耐摩耗性に優れ、かつ引張強度、引裂強度が共に大きな補強用シート７と、透水性に優れたフィルター機能を有するシート８が、それぞれ１回ないし数回巻き付けられている。集水管１同士、補強用シート７同士、及びフィルター機能を有するシート８同士は、接続部が集中して強度が低下する事態を防止するため、接続部が互いに重ならないように集水管１の軸方向にずれた位置でそれぞれ接続されている。
又、特許第３８２１２１５号公報（特許文献２）に記載された管接続装置は、既設の管体の内側において鋼板を巻き込むことにより形成した補強管を配置することで形成された更正管と、その更正管の端部同士を接続するための環状体及び固定部材と、を有している。固定部材は、環状体に対して拡径締め付けによる均等な拡張作用を及ぼすことによって、環状体を更正管の内面に固定する。

特開２００２−１４６７４３公報 特許第３８２１２１５号公報

上記集水管の露出防止方法では、集水管１の外周に補強用シート７及びシート８が巻かれており、土砂の上に浮き上がって露出する事態は防止される。しかし、補強用シート７及びシート８は共に透水性を有しているため、大規模地震時等の異常発生時に、管の接続部（継手）が損傷して、管の間が開いたり（目地開きが発生したり）、管と管とがずれたり（目地ずれが発生したり）した場合に、大量の土砂が管内に流入してしまう。
他方、上記管接続装置では、拡張する固定部材により管の接続部内に固定された環状体によって、接続部がある程度保護され、土砂の流入が一定程度抑制されるものの、拡張作用の大きさに限度があることから大規模地震時等の異常発生時において土砂が流入する可能性があるし、環状体が管内に配置されるために管接続装置の設置が難しく、管通水時には設置が極めて困難である。
そこで、本発明の主な目的は、目地開きないしは目地ずれが発生したとしても、管内への土砂の流入が抑制されて通水機能が確保される管継手の土砂流入抑制構造を提供することである。
又、本発明の別の主な目的は、形成が比較的に簡単であり、通水時においても容易に形成が可能である管継手の土砂流入抑制構造を提供することである。

請求項１に記載の発明は、継手で接続された複数の管体から成り土砂の下に埋設された連結管において、前記継手への前記土砂の流入を抑制するための管継手の土砂流入抑制構造であって、前記継手の外側における少なくとも上半部を覆う弾性体マットを備えており、前記弾性体マットは、前記連結管における前記継手の両側に渡っており、その上部の前記土砂の荷重に単独で耐える強度を有していることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、上記発明において、前記弾性体マットは、前記継手の外側における上部及び下半部を含む両側部を覆うことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、上記発明において、前記弾性体マットは、前記管体の横方向に延びる余長部を備えていることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、上記発明において、前記弾性体マットの外側に、砕石層が配置されていることを特徴とするものである。

本発明の主な効果の一つは、目地開きないしは目地ずれが発生したとしても、管内への土砂の流入が抑制されて通水機能が確保される管継手の土砂流入抑制構造が提供されることである。
又、本発明の別の主な効果は、形成が比較的に簡単であり、通水時においても容易に形成が可能である管継手の土砂流入抑制構造が提供されることである。

（ａ）は本発明に係る管継手の土砂流入抑制構造を有する複数の連結管が海底に埋められた場合の模式的な横断面図であり、（ｂ）は本発明の変更例に係る（ａ）と同様な図である。 図１における１本の連結管２の継手Ｊの模式的な横断面図である。 図２の継手Ｊの模式的な縦断面図である。 （ａ）は図２の連結管における第１の接続端部と第２の接続端部とが互いに離れて目地開きが発生した場合の模式的な縦断面図であり、（ｂ），（ｃ）は本発明の管継手の土砂流入抑制構造１が採用されずゴムマット２０が設置されない場合の模式的な縦断面図，横断面図である。 本発明の管継手の土砂流入抑制構造が用いられており、異常発生により第２の接続端部Ｊ２が浮き上がり第１の接続端部Ｊ１に対してずれて目地ずれが発生した場合の模式的な縦断面図である。 図５の場合の模式的な横断面図である。 本発明の管継手の土砂流入抑制構造が用いられており、異常発生により第２の接続端部Ｊ２が第１の接続端部Ｊ１に対して横方向にずれて目地ずれが発生した場合の模式的な横断面図である。

以下、本発明に係る実施の形態の例が、その変更例と共に、適宜図面に基づいて説明される。
尚、当該形態は、下記の例及び変更例に限定されない。

図１（ａ）は、本発明に係る管継手の土砂流入抑制構造１を有する複数の連結管２が海底Ｂに埋められた場合の模式的な横断面図である。図２は、１本の連結管２の継手Ｊの模式的な横断面図である。図３は、１本の連結管２の継手Ｊの模式的な縦断面図である。
連結管２は、円筒状の管体４が長手方向（縦方向）に複数本順次接続されて形成されている。各管体４は、一端側に第１の接続端部Ｊ１を有しており、他端側に第２の接続端部Ｊ２を有している。
継手Ｊは、管体４における第１の接続端部Ｊ１と、他の管体４における第２の接続端部Ｊ２とを有している。第１の接続端部Ｊ１は、外径が変わらない状態で他の部分より薄肉化されることで内径が拡大された内径拡大部１０と、管体４の外面の端から径方向外方に突出したフランジ部１２とを備えている。第２の接続端部Ｊ２は、内径が変わらない状態で他の部分より薄肉化されることで外径が縮小された外径縮小部１４と、外径縮小部１４の管体４中央寄りの端から径方向外方に突出したフランジ部１６とを備えている。第１の接続端部Ｊ１の内径拡大部１０に、第２の接続端部Ｊ２の外径縮小部１４が入って合わさると共に、フランジ部１２，１６が合わさり、更に図示されないボルトがフランジ部１２，１６に通されることによって、縦方向で隣接した管体４同士が継手Ｊにおいて互いに接続される。尚、継手Ｊは、内径拡大部１０の縦方向の長さと外径縮小部１４の当該長さとが異なるようにされたり、管体４の本体部とは別体で形成された第１の接続端部Ｊ１及び第２の接続端部Ｊ２の少なくとも一方が溶接等により当該本体部に接合されたものとされたり、内径拡大部１０及び外径縮小部１４が設けられずフランジ部１２，１６のみとされたり、伸縮継手とされたりする等、他の構造に係るものとされても良い。又、管体４が縦方向に３本以上接続される場合において、複数の継手Ｊが互いに異なる構造となっていても良い。
連結管２は、発電所に海水を送水するための取水管であり、管体４の内径は４ｍ（メートル）程度で、管体４の縦方向の長さは３０ｍ程度である。又、連結管２は、鋼製である。尚、連結管２は、発電所から水を放水するための放水管であっても良いし、上水道又は下水道に係る水道管であっても良い。管体４における各種の寸法及び形状の少なくとも一方は、上述のものより大きくあるいは小さくされていても良い。連結管２は、コンクリート製であっても良いし、プラスチック製であっても良いし、異なる材質の管体４が接続されたものであっても良い。
連結管２は、海底Ｂの下に埋設されている。尚、連結管２は、川底あるいは湖底に埋められても良い。
連結管２は、４本並列に設置されている。尚、連結管２は、上下に複数層で配置されても良く、５本以上ないし３本以下（１本を含む）で設置されても良い。

管継手の土砂流入抑制構造１において、連結管２の継手Ｊの外側には、弾性体マットとしてのゴムマット２０が配置されている。尚、弾性体マットとして、ゴム以外の弾性体で形成されたマットが使用されても良い。
ゴムマット２０は、連結管２の上部及び横方向の両側部を覆う断面逆“Ｕ”字状のゴムマット本体部２２と、ゴムマット本体部２２の各下端部から横方向外側へ延びる余長部２４とを有している。尚、ゴムマット本体部２２は下方に広がりあるいは下方へすぼむ形状であっても良い。又、余長部２４の何れか一方あるいは双方は、より長くあるいはより短くされても良いし、省略されても良い。
又、ゴムマット２０は、縦方向において、第１の接続端部Ｊ１における管体４と、これに隣接する第２の接続端部Ｊ２における管体４とに渡っており、双方の管体４（連結管２）における継手Ｊの両側へ広がっている。ゴムマット２０の縦方向における中央部内に、継手Ｊが位置している。ゴムマット２０の縦方向の長さは、３ｍ程度である。尚、ゴムマット２０の縦方向の長さは、より長くても良いし、より短くても良い。
かようなゴムマット２０は、その上部荷重即ち土砂の荷重を単独で支持するだけの強度を有している。

４本の連結管２は、継手Ｊが横方向に並ぶように設置されており、隣接するゴムマット２０の余長部２４同士は、一部重ねられている。尚、余長部２４同士が全部重なるようにされても良いし、重ならないようにされても良い。
ゴムマット２０の外側には、液状化しない材料である砕石が袋に詰められた袋詰め砕石を、複数、全体として層状に配置した袋詰め砕石層Ｍ（砕石層の一つ）が形成されており、更にその外側には、袋に詰められていない砕石を全体として層状に配置した袋なし砕石層Ｎ（砕石層の別の一つ）が形成されている。袋詰め砕石層Ｍ及び袋なし砕石層Ｎの荷重は、ゴムマット２０の上部荷重における土砂の荷重に含められる。尚、袋詰め砕石層Ｍ及び袋なし砕石層Ｎの少なくとも一方は、省略されても良い。又、ゴムマット２０の外側に袋なし砕石層Ｎが配置され、更にその外側に袋詰め砕石層Ｍが配置されても良い。更に、各連結管２の外側であって、縦方向におけるゴムマット２０とゴムマット２０との間の部分に、袋詰め砕石層Ｍ及び袋なし砕石層Ｎの少なくとも一方が配置されても良い。
袋詰め砕石層Ｍ及び袋なし砕石層Ｎ並びに各連結管２の外側には、海底Ｂの地盤と同様である砂Ｓが配置されている。砂Ｓは、大地震時等の異常発生時に、液状化する可能性がある。尚、袋詰め砕石層Ｍ及び袋なし砕石層Ｎの少なくとも一方は、砂Ｓに置き換えられても良い。

以上の管継手の土砂流入抑制構造１の施工（管継手の土砂流入抑制方法）は、連結管２と共に施工する場合、例えば次のように行われる。
まず、海底Ｂが浚渫され、海底Ｂに穴Ｐが形成される。
次に、各連結管２が穴Ｐ内に敷設される。
続いて、各連結管２の各継手Ｊの外面に、ゴムマット２０が半周強、巻かれる。ゴムマット２０の各横端部の折り曲げにより、各余長部２４が形成される。尚、ゴムマット２０は、ゴムマット本体部２２及び余長部２４の少なくとも一方が自然状態において現出するように予め成形されていても良い。
次いで、袋詰め砕石がゴムマット２０の外側に積まれて袋詰め砕石層Ｍが形成される。更に、穴Ｐの内、袋詰め砕石層Ｍの周囲以外の範囲において、砂Ｓが埋め戻される。又、穴Ｐの内、袋詰め砕石層Ｍの周囲において、袋に詰められない砕石が埋め戻されて袋なし砕石層Ｎが形成される。袋詰め砕石層Ｍの周囲（穴Ｐの断面形状）は、袋詰め砕石層Ｍから海底Ｂの海底面までを袋なし砕石層Ｎで満たすために必要な施工の勾配により決定される。
この場合、ゴムマット２０等は各連結管２の外側に配置されるため、各連結管２内に入る必要がなく、施工が簡単である。

又、ゴムマット２０がない既設の各連結管２に対しても、各連結管２上部の土砂が一旦取り除かれて穴Ｐ内で各連結管２が露出するようにした後で、ゴムマット２０（及び袋詰め砕石）が各継手Ｊ外側に設けられ、更に穴Ｐに対して袋に詰められない砕石が埋め戻されることで、管継手の土砂流入抑制構造１が施工される。
この場合、ゴムマット２０等は各連結管２の外側に配置されるため、各連結管２内に入る必要がなく施工が簡単であるし、施工中であっても既設の各連結管２において通水が維持され、発電所の機能を中断することなく管継手の土砂流入抑制構造１が施工される。

以下、このような管継手の土砂流入抑制構造１の異常発生時における状態の例が説明される。
図４（ａ）は、管継手の土砂流入抑制構造１を有する連結管２における、第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２とが互いに離れて目地開きが発生した場合の模式的な縦断面図である。
所定の規模を超える地震といった大規模な異常が発生した場合、その異常自体により、更には海底Ｂの砂の流動化により、袋詰め砕石層Ｍ及び袋なし砕石層Ｎが形成されて対策されていたとしても、目地開きが発生する可能性がある。
かように目地開きが発生した場合、ゴムマット２０が第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２との間を覆う。ゴムマット２０は、その強度により上側にある土砂Ｌの荷重に対し、真下に管体４がない状態で即ち単独で抵抗し、第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２との間への土砂Ｌの流入を食い止める。従って、連結管２における通水量は目地開き前と同様あるいは微減に保持され、連結管２における通水は異常発生後においても維持される。ここで、各管体４は、同構造の海底取放水管の被災事例から、管体４自体が破壊される規模未満における最大規模の地震であっても、せいぜい第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２との間が最大で１．５ｍ程度しか動かず、ゴムマット２０の縦方向の長さは、その２倍程度と、第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２との間を十分に覆えるものとなっている。又、ゴムマット２０は、好適には比重が水（海水）より大きいものであり、異常発生時においても、継手Ｊを離れるほど大きく流されない。更に、ゴムマット２０の外側に配置された袋詰め砕石層Ｍ及び袋なし砕石層Ｎの重量により、連結管２に加えてゴムマット２０が押さえ付けられて連結管２及びゴムマット２０の設置箇所からの移動が抑制されるし、異常発生時に液状化しない袋詰め砕石層Ｍ及び袋なし砕石層Ｎにより、異常発生後の目地開き及びゴムマット２０の離脱が抑制される。尚、袋詰め砕石層Ｍ及び袋なし砕石層Ｎが何れも形成されず、砂Ｓの中にゴムマット２０が配置されていた場合であっても、第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２との間を十分に覆う作用効果は発揮される。
図４（ｂ），（ｃ）は、本発明の管継手の土砂流入抑制構造１が採用されずゴムマット２０が設置されない場合の模式的な縦断面図，横断面図である。
連結管２において目地開きが発生すると、第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２との間の上方（図４（ｂ）参照）及び両側方（図４（ｃ）参照）から第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２との間へ土砂Ｌが流入し、連結管２における通水量は目地開き前から大幅に減少しあるいは０となり、連結管２における通水は異常発生後において阻害される。他方、第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２との間の下方には海底Ｂが存在するので、下方からの土砂Ｌの流入は限定的である。

図５，図６は、本発明の管継手の土砂流入抑制構造１が用いられており、異常発生により第２の接続端部Ｊ２が浮き上がり第１の接続端部Ｊ１に対してずれて目地ずれが発生した場合の模式的な縦断面図，横断面図である。
この場合にも、ゴムマット２０は上側にある土砂Ｌの荷重に単独で耐え、第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２とがずれた部分を覆い、当該ずれた部分への土砂Ｌの流入を防止する。
又、浮き上がった管体４によってゴムマット本体部２２が上方に引っ張られたとしても、各余長部２４が上方に延びることで、ゴムマット２０は浮き上がった管体４の両側方及び下側方を覆い、上記ずれた部分への土砂Ｌの流入を効果的に防止する。各余長部２４の横方向の部分は、ずれる前より短くなる。又、余長部２４が存在することで、存在しない場合に比べ、管体４の浮き上がりに対する抵抗力が上がり、管体４の浮き上がりがより一層抑制される。
尚、目地ずれの場合も、目地開きの場合と同様に、袋詰め砕石層Ｍ及び袋なし砕石層Ｎにより、異常発生後の目地ずれ及びゴムマット２０の離脱が抑制される。

図７は、本発明の管継手の土砂流入抑制構造１が用いられており、異常発生により第２の接続端部Ｊ２が第１の接続端部Ｊ１に対して横方向にずれて目地ずれが発生した場合の模式的な横断面図である。
この場合にも、ゴムマット２０は上側にある土砂Ｌの荷重に単独で耐え、第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２とがずれた部分を覆い、当該ずれた部分への土砂Ｌの流入を防止する。
又、横方向にずれた管体４によってゴムマット本体部２２が側方に引っ張られたとしても、ずれた側の余長部２４が上方に移動することで、ゴムマット２０はずれた管体４の側方を覆い、上記ずれた部分への土砂Ｌの流入を効果的に防止する。ずれた側の余長部２４の横方向の部分は、ずれる前より短くなり、ずれた側と反対側の余長部２４の横方向の部分は、ゴムマット本体部２２の一部がずれてくることで、ずれる前より長くなる。又、余長部２４が存在することで、存在しない場合に比べ、管体４の横方向のずれに対する抵抗力が上がり、管体４の横方向のずれがより一層抑制される。
尚、第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２とにおいて目地開きと目地ずれとが同時に発生したとしても、ゴムマット２０は、その強度により上側にある土砂Ｌの荷重に耐え、第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２との間への土砂Ｌの流入を食い止める。

かような管継手の土砂流入抑制構造１は、次のような作用効果を奏する。
即ち、管継手の土砂流入抑制構造１は、継手Ｊで接続された複数の管体４から成り土砂Ｌ（袋詰め砕石層Ｍ及び袋なし砕石層Ｎ並びに砂Ｓ）の下に埋設された連結管２において、継手Ｊへの土砂Ｌの流入を抑制するための構造であって、継手Ｊの外側における少なくとも上半部を覆うゴムマット２０を備えており、ゴムマット２０は、連結管２における継手Ｊの両側に渡っており、その上部の土砂Ｌの荷重に単独で耐える強度を有している。よって、連結管２において目地開きないしは目地ずれが発生したとしても、管内への土砂Ｌの流入が抑制されて通水機能が確保される管継手の土砂流入抑制構造１が提供される。又、継手Ｊの外側からゴムマット２０を施工するだけで形成が比較的に簡単に行え、連結管２の内部に入る必要がなく通水機能を維持したまま形成が可能である管継手の土砂流入抑制構造１が提供される。
又、ゴムマット２０は、継手Ｊの外側における上部及び下半部を含む両側部を覆う。よって、より一層効果的に管内への土砂Ｌの流入が抑制される。
更に、ゴムマット２０は、管体４の横方向に延びる余長部２４を備えている。よって、連結管２の目地開き及び目地ずれが抑制され、目地開きないしは目地ずれが発生して一方の管体４が他方の管体４に対して動いたとしても、継手Ｊが十分に覆われることとなり、より一層効果的に管内への土砂Ｌの流入が抑制される。
加えて、ゴムマット２０の外側に、砕石層として袋詰め砕石層Ｍ及び袋なし砕石層Ｎが配置されている。よって、袋詰め砕石層Ｍ及び袋なし砕石層Ｎの重量により連結管２及びゴムマット２０の浮き上がりが防止され、又異常発生時の目地開き及び目地ずれ並びにゴムマット２０の離脱が抑制される。

尚、上記の形態ないし変更例は、更に以下の変更例を有する。
図１（ｂ）に示されるように、当該変更例に係る管継手の土砂流入抑制構造５１において、ゴムマット７０は、ゴムマット本体部７２の横断面が半円状となり、その両側に余長部２４が配置されるものとされる。この場合であっても、ゴムマット７０は、その強度により単独で上側にある土砂Ｌの荷重に耐え、上記形態と概ね同様に、第１の接続端部Ｊ１と第２の接続端部Ｊ２との間への土砂Ｌの流入を抑制する。又、この場合、上記形態と比較すると、継手Ｊの下半分の両側方が覆われない分、その部分から土砂Ｌが流入する可能性があるものの、管体４の下側に海底Ｂが存在するためにその流入量は僅かであり、この場合であっても目地開き時及び目地ずれ時の通水量は一定程度確保される。

１・・管継手の土砂流入抑制構造、２・・連結管、４・・管体、２０・・ゴムマット（弾性体マット）、２４・・余長部、Ｊ・・継手、Ｌ・・土砂、Ｍ・・袋詰め砕石層（砕石層の一つ）、Ｎ・・袋なし砕石層（砕石層の別の一つ）、Ｓ・・砂。

Claims (4)

1. 継手で接続された複数の管体から成り土砂の下に埋設された連結管において、前記継手への前記土砂の流入を抑制するための管継手の土砂流入抑制構造であって、
   前記継手の外側における少なくとも上半部を覆う弾性体マットを備えており、
   前記弾性体マットは、前記連結管における前記継手の両側に渡っており、その上部の前記土砂の荷重に単独で耐える強度を有している
   ことを特徴とする管継手の土砂流入抑制構造。
2. 前記弾性体マットは、前記継手の外側における上部及び下半部を含む両側部を覆う
   ことを特徴とする請求項１に記載の管継手の土砂流入抑制構造。
3. 前記弾性体マットは、前記管体の横方向に延びる余長部を備えている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の管継手の土砂流入抑制構造。
4. 前記弾性体マットの外側に、砕石層が配置されている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の管継手の土砂流入抑制構造。

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