JP2020133782A - 管継手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】直管どうしを大きい曲げ角度で接合でき、その曲げ角度の変更および曲がり方向の調整が容易に行える管継手構造を提供する。【解決手段】互いに接合される２本の直管のうちの一方の直管の挿し口１が、他方の直管（受口部品取付管）の受口２の内周側に取り付けられた短管状の受口部品３に挿し込まれる構成とし、その受口部品３は、従来の管継手構造の受口とほぼ同形状の内周面を有し、その内周面の軸線Ｘ１が受口部品取付管の軸線Ｘ２と所定の角度θで交差するように形成されているものとすることにより、直管どうしを大きい曲げ角度で接合できるとともに、その受口部品３の交換だけで継手の曲げ角度を変更でき、受口部品３を受口２内で回転させるだけで継手の曲がり方向の調整もできるようにしたのである。【選択図】図１

Description

本発明は、ダクタイル鋳鉄管等の直管どうしを接合するための管継手構造に関する。

上水、下水、工業用水、農業用水等の管路は、複数のダクタイル鋳鉄管を互いに接合して形成したものが多い。そのダクタイル鋳鉄管からなる直管どうしを接合するための管継手構造は、直管の長手方向の一端に挿し口、他端に受口を形成しておき、互いに接合される２本の直管のうちの一方の直管の挿し口を他方の直管の受口に挿し込むものが一般的である。

上記の管継手構造のうち、管の内側から接合作業が行われる耐震管（ＵＳ形ダクタイル鋳鉄管）を対象とするものの一例（ＬＳ方式と呼ばれるもの）を図７に示す。この管継手構造は、直管の一端に形成された挿し口５１と、その直管に接合される直管の他端に形成された受口５２と、挿し口５１の外周に装着され受口５２内周の環状溝５２ａと係合するロックリング５３と、挿し口５１の外周面と受口５２の内周面との間に配されるシール部材としてのゴム輪５４および割輪５５と、割輪５５にゴム輪５４と反対側で隣接するように配される押輪５６と、押輪５６に軸方向でねじ込まれたボルト５７と、ボルト５７の頭部とこれに軸方向で対向する受口５２内周側の段差面５２ｂとの間に配される継ぎ棒５８と、押輪５６と受口５２の段差面５２ｂとの間に充填されるモルタル（図示省略）とで構成されている。また、挿し口５１の外周面には、ロックリング５３の装着位置よりも管端側に挿し口突起５１ａが形成されている。

そして、一方の直管の挿し口５１を他方の直管の受口５２に挿し込んで、挿し口５１が受口５２から引き抜かれる方向に相対移動したときに、挿し口５１外周に密着させたロックリング５３が挿し口突起５１ａに当接することにより、挿し口５１と受口５２とが離脱しないようにするとともに、ボルト５７を押輪５６からねじ出して継ぎ棒５８を受口５２の段差面５２ｂに押し付けることにより、その反力で押輪５６が割輪５５を介してゴム輪５４を挿し口５１外周面と受口５２内周面の間の狭小部へ押し込んで、挿し口５１と受口５２との間のシール性が確保されるようにしている。

ここで、上述したＵＳ形ダクタイル鋳鉄管（ＬＳ方式）の管継手構造で直管どうしを接合してシールド内に管路を形成する場合、シールドが曲線状に曲がっている場所では、直管どうしをそれぞれの軸線が交差する状態で継手接合して配管を行っている。

しかし、ＵＳ形ダクタイル鋳鉄管（ＬＳ方式）の管継手構造は許容曲げ角度（接合される直管の軸線どうしのなす角度）が１〜２．２°と小さいため、シールドの曲線部では、定尺管よりも管長の短い切管を用いることになり、一定距離あたりの継手数が増え、シールドの直線部に比べて施工費が高くなってしまうという問題がある。

これに対して、本出願人は、受口の内周面をその軸線が直管部の軸線と所定の角度で交差するように形成した曲線部用の直管（以下、「曲線部用管」という）を用い、この曲線部用管の受口に別の直管の挿し口を挿し込むことにより、従来よりも大きい曲げ角度で直管どうしを接合できるようにした管継手構造を提案している（特許文献１参照。）。この管継手構造を採用すれば、従来よりもシールドの曲線部における一定距離あたりの継手数を減らして、施工費の低減を図ることができる。

実公平１−８７８６号公報

上記特許文献１の管継手構造は、直管どうしを従来よりも大きい曲げ角度で接合できるが、シールドの曲線部の形状に応じて適切な角度で屈曲する管路を形成できるようにするために、受口の内周面の軸線と直管部の軸線のなす角度が異なる曲線部用管を種々用意しておく必要がある。また、接合作業において、シールド内に配置した曲線部用管の受口に別の直管の挿し口を挿し込んだときに、継手の曲がり方向がシールドの曲がり方向と一致していない場合には、曲線部用管をその直管部の軸線のまわりに回転させて継手の曲がり方向を修正することが必要となり、施工時間が大幅に増えてしまうおそれがある。特に、大口径の曲線部用管は正しい向きに修正するのに多くの手間と時間がかかる。

同様に、直管どうしを接合するのに、現状では規格化されていない曲管を用いることが可能になった場合も、曲げ角度は大きくとれるが、様々なシールドの曲線部の形状に対応するために多くの種類の曲管が必要となるし、継手の曲がり方向を修正する場合は曲管を回転させるのに手間と時間がかかる問題がある。

そこで、本発明は、直管どうしを大きい曲げ角度で接合でき、その曲げ角度の変更および曲がり方向の調整が容易に行える管継手構造を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、互いに接合される２本の直管のうちの一方の直管の挿し口を他方の直管の受口に挿し込んでなる管継手構造において、前記他方の直管は、前記受口の内周側に短管状の受口部品を取り付けられる受口部品取付管であり、前記受口部品は、その内周面の軸線が前記受口部品取付管の軸線と所定の角度で交差するように（内周面が傾斜するように）形成されたものであり、前記受口部品取付管に取り付けられた受口部品に前記挿し口を挿し込むことにより、前記２本の直管で屈曲した管路を形成するようになっている構成を採用した。

上記の構成によれば、受口部品取付管の受口の内周側に受口部品を取り付け、その受口部品に別の直管の挿し口を挿し込んで、直管どうしを大きい曲げ角度で接合することができるし、その受口部品を内周面の軸線が受口部品取付管の軸線となす角度の異なるものに交換するだけで、容易に継手の曲げ角度を変更できる。また、受口部品に挿し口を挿し込んだ後でも、受口部品を受口内で回転させるだけで継手の曲がり方向を調整することができる。

ここで、前記受口部品取付管の受口と受口部品との軸方向での当接部分の内周側に環状溝が形成されており、前記環状溝に環状のシール部材の少なくとも一部が嵌め込まれた状態で、前記シール部材の内周側から前記受口および受口部品にボルト止めされる連結リングが設けられている構成とすれば、そのシール部材が圧縮されて受口と受口部品の間の止水性を確保することができる。

また、前記受口部品の受口開口側の端面のうち、径方向の肉厚が最も厚い部位に目印がつけられている構成とすれば、受口部品取付管の受口に受口部品を取り付ける際に、受口部品の周方向の向きを容易に判別でき、効率よく作業することができる。

本発明の管継手構造は、上述したように、受口部品取付管の受口の内周側に内周面が傾斜した受口部品を取り付け、その受口部品に別の直管の挿し口を挿し込んで、屈曲した管路を形成するようにしたものであるから、直管どうしを大きい曲げ角度で接合できるし、その受口部品の交換だけで継手の曲げ角度を変更でき、受口部品を受口内で回転させるだけで継手の曲がり方向を調整することもできる。

実施形態の管継手構造の正面断面図 図１の受口部品の正面断面図 図１の要部拡大正面断面図 図１の受口部品の固定方法の一例を示す要部拡大正面断面図 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図 図１の受口部品の固定方法の変形例を示す要部拡大正面断面図 従来の管継手構造の要部拡大正面断面図

以下、図１乃至図６に基づき、本発明の実施形態を説明する。この管継手構造は、シールド等の曲線部においてＵＳ形ダクタイル鋳鉄管（ＬＳ方式）からなる直管どうしを接合するもので、図１に示すように、互いに接合される２本の直管のうちの一方の直管の端部に形成された挿し口１と、他方の直管の端部に形成された受口２と、受口２の内周側に取り付けられる短管状の受口部品３と、挿し口１と受口部品３との間に配される接合用の部品（ロックリング４、ゴム輪５、割輪６、押輪７、ボルト８および継ぎ棒９）と、図示省略したモルタルとで構成されている。

なお、以下では、受口部品３を取り付けられる受口２を有する直管を受口部品取付管と称する。受口部品取付管は、通常使用される直管（定尺管）と同等の有効長を有するものまでの長さとすることができる。また、受口部品取付管の受口２側に接合される直管は、別の受口部品取付管でもよいし、通常使用される定尺管や切管でもよい。

前記受口部品取付管の受口２は、その内周面が開口側でわずかに大径となる円筒面とされており、同じ形状の円筒面を外周面とする受口部品３が摺動可能に嵌め込まれている。

前記受口部品３は、図１および図２に示すように、ロックリング４と係合する環状溝３ａ等、従来のＵＳ形ダクタイル鋳鉄管（ＬＳ方式）の管継手構造の受口（図７参照）とほぼ同じ形状の内周面を有するが、その内周面の軸線Ｘ１が受口部品取付管の軸線Ｘ２と所定の角度θで交差するように形成されている（以下、その角度を「内周面の傾斜角度」とも称する。）。また、図示は省略するが、受口開口側の端面のうち、径方向の肉厚が最も厚い部位に白線等の目印がつけられ、受口部品３を受口２に取り付ける際に、受口部品３の周方向の向きを容易に判別でき、効率よく作業できるようになっている。

一方、受口部品３以外の接合用の部品は、従来の管継手構造に用いられるのと同じものであり、図１および図３に示すように、挿し口１の外周に装着されるロックリング４と、挿し口１の外周面と受口２に取り付けられた受口部品３の内周面との間に配されるシール部材としてのゴム輪５および割輪６と、割輪６にゴム輪５と反対側で隣接するように配される押輪７と、押輪７に軸方向でねじ込まれるボルト８と、ボルト８の頭部とこれに軸方向で対向する受口部品３内周側の段差面３ｂとの間に配される継ぎ棒９とからなる。また、挿し口１の外周面には、ロックリング４の装着位置よりも管端側に挿し口突起１ａが形成されている。

そして、一方の直管の挿し口１を受口部品３に挿し込んで、挿し口１が受口２から引き抜かれる方向に相対移動したときに、挿し口１外周に密着させたロックリング４を挿し口突起１ａに当接させることにより、挿し口１と受口部品３とが離脱しないようにするとともに、ボルト８を押輪７からねじ出して継ぎ棒９を受口部品３の段差面３ｂに押し付けることにより、その反力で押輪７が割輪６を介してゴム輪５を挿し口１外周面と受口部品３内周面の間の狭小部へ押し込んで、挿し口１と受口部品３との間のシール性が確保されるようにしている。また、押輪７と受口部品３の段差面３ｂとの間には、図示省略したモルタルが充填されるようになっている。

この管継手構造は、上記の構成であり、シールド等の曲線部の配管に適用する際には、まず、受口部品取付管を設置し、その受口部品取付管の受口２に受口部品３を固定する。すなわち、地震等による地盤変位は継手全体が伸縮、屈曲することにより吸収するものとし、受口２と受口部品３との間には相対変位が生じないようにしている。

ここで、受口部品３の受口２への固定方法は、溶接等も採用できるが、後述する継手の曲がり方向の調整を行えるように、着脱可能に固定する方法をとることが望ましい。図４および図５は、受口部品３の着脱可能な固定方法の一例を示す。この例では、受口２と受口部品３との軸方向での当接部分の内周側に断面矩形の環状溝１０が形成されるようにしておき、その環状溝１０に２分割された溝付きの連結リング１１と連結リング１１の分割位置を跨ぐ円弧状のリング接続部品１２を嵌め込んで、その連結リング１１およびリング接続部品１２を受口２および受口部品３にボルト止めしている。ここで、環状溝１０内には予めシール部材１４が設置されており、連結リング１１およびリング接続部品１２のボルト止めにより、シール部材１４が圧縮されて受口２と受口部品３の間の止水性が確保されるようになっている。

また、図６に示す変形例では、受口２と受口部品３の軸方向での当接部分の内周側に断面三角形の環状溝１３が形成されるようにしておき、その環状溝１３にシール部材１４の一部を嵌め込んだ状態で、シール部材１４の内周側から環状溝１３よりも幅の広い連結リング１５を受口２および受口部品３にボルト止めしている。これにより、シール部材１４が圧縮されて、受口２と受口部品３の間の止水性が確保されるようになっている。

そして、この管継手構造では、上述のように受口部品取付管の受口２の内周側に受口部品３を固定し、その受口部品３に別の直管の挿し口１を挿し込んで、直管どうしを接合することにより、その２本の直管で屈曲した管路を形成することができる。

したがって、受口部品３の内周面の傾斜角度θをＵＳ形ダクタイル鋳鉄管（ＬＳ方式）の許容曲げ角度よりも大きく設定しておくことにより、直管どうしを従来よりも大きい曲げ角度で接合できる。そして、受口部品３の内周面の形状は従来のものと同じなので、受口部品３に挿し口１を挿し込んだ後、さらに許容曲げ角度分だけ曲げ角度を大きくすることもできる。例えば、受口部品３の内周面の傾斜角度θが３°の場合、従来のＵＳ形ダクタイル鋳鉄管（ＬＳ方式）の管継手構造の許容曲げ角度が１°であれば、合わせて４°の曲げ角度とすることができる。

また、受口部品３を内周面の傾斜角度θの異なる種類のものに交換するだけで、容易に継手の曲げ角度を変更できる。したがって、１種類の受口部品取付管に取り付けられる受口部品を適切な種類数で用意しておけば、シールドの曲線部の形状に応じて適切な角度で屈曲する管路を形成できることになり、従来の曲線部用管を用いる場合に比べて、直管の種類が少なく製造や保管の際の管理がしやすいという利点もある。

また、この管継手構造では、受口部品３を受口２内で回転させるだけで、継手の曲がり方向を容易に調整できる。したがって、シールド内に受口部品取付管を配置して、その受口２に取り付けた受口部品３に別の直管の挿し口１を挿し込んだときに、継手の曲がり方向がシールドの曲がり方向と一致していない場合でも、容易に曲がり方向を修正でき、施工時間が大幅に増えることはない。

次に、実施形態の受口部品の強度確認のために行ったＦＥＭ解析について説明する。このＦＥＭ解析では、呼び径２０００ｍｍのＵＳ形ダクタイル鋳鉄管（ＬＳ方式）の接合を行うものを対象とし、受口部品（実施例）と従来の直管の受口（比較例）に６０００ｋＮの荷重を負荷した場合に発生する管軸方向ひずみを比較した。その結果、実施例と比較例の両者とも、ロックリングが係合する環状溝の内側に引張ひずみ最大値が発生していること、また、その引張ひずみ最大値は比較例よりも実施例の方がわずかに大きいが、実施例の引張ひずみ最大値は引張ひずみの許容値（使用したダクタイル鋳鉄の応力−ひずみ曲線における０．２％耐力時の発生ひずみ）の１／３程度であるため、実施例の受口部品も安全と言えることが確認された。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

また、本発明の管継手構造は、実施形態のようなＵＳ形ダクタイル鋳鉄管（ＬＳ方式）を対象とするものに限らず、対象とするダクタイル鋳鉄管がＵＳ形で接合方式が異なるものや、シールド内配管に使用されるＵ形あるいはＵＦ形、ＰＮ形のダクタイル鋳鉄管を対象とする管継手構造にも応用することができる。

１ 挿し口
２ 受口
３ 受口部品
３ａ 環状溝
３ｂ 段差面
４ ロックリング
５ ゴム輪（シール部材）
６ 割輪
７ 押輪
８ ボルト
９ 継ぎ棒
１０ 環状溝
１１ 連結リング
１２ 接続部品
１３ 環状溝
１４ シール部材
１５ 連結リング

Claims (3)

1. 互いに接合される２本の直管のうちの一方の直管の挿し口を他方の直管の受口に挿し込んでなる管継手構造において、
   前記他方の直管は、前記受口の内周側に短管状の受口部品を取り付けられる受口部品取付管であり、前記受口部品は、その内周面の軸線が前記受口部品取付管の軸線と所定の角度で交差するように形成されたものであり、前記受口部品取付管に取り付けられた受口部品に前記挿し口を挿し込むことにより、前記２本の直管で屈曲した管路を形成するようになっていることを特徴とする管継手構造。
2. 前記受口部品取付管の受口と受口部品との軸方向での当接部分の内周側に環状溝が形成されており、前記環状溝に環状のシール部材の少なくとも一部が嵌め込まれた状態で、前記シール部材の内周側から前記受口および受口部品にボルト止めされる連結リングが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の管継手構造。
3. 前記受口部品の受口開口側の端面のうち、径方向の肉厚が最も厚い部位に目印がつけられていることを特徴とする請求項１または２に記載の管継手構造。

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