JP2021131096A - 既設配管の更新方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新設配管の座屈を生じることなく、新設配管を既設配管の内部に挿入することができる既設配管の更新方法を提供すること。【解決手段】水底に配置される既設配管１の内部に新設配管２を設置する既設配管１の更新方法であって、既設配管１の第１端部１１から新設配管２を挿入する挿入工程を備え、挿入工程では、新設配管２に接続される牽引索４０を既設配管１の第２端部１２側から牽引することにより、新設配管２を第２端部１２側へ移動させることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、既設配管の更新方法に関する。

近年、石油、ガス、水道等の既設配管の老朽化が進んでいる。新設配管を既設配管の内部に設置することにより老朽化した既設配管を更新する、いわゆるパイプインパイプ工法が知られている。例えば、パイプインパイプ工法は、海底に配置された既設配管の更新に用いられる。

下記特許文献１には、従来のパイプインパイプ工法が開示されている。特許文献１においては、既設配管の端部に設けられた挿入装置を用いて、新設配管を既設配管の端部から押し込むことにより、新設配管を既設配管内へ挿入していく。

特開平８−１４４４１号公報

特許文献１に示されるパイプインパイプ工法においては、新設配管を押し込むことにより既設配管内へ挿入するため、新設配管に圧縮力がかかり、新設配管の座屈が生じる可能性がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、新設配管の座屈を生じることなく、新設配管を既設配管の内部に設置することができる既設配管の更新方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る既設配管の更新方法は、水底に配置される既設配管の内部に新設配管を設置する既設配管の更新方法であって、前記既設配管の第１端部から前記新設配管を挿入する挿入工程を備え、前記挿入工程では、前記新設配管に接続される牽引索を前記既設配管の第２端部側から牽引することにより、前記新設配管を前記第２端部側へ移動させることを特徴とする。

従来は、新設配管を押し込む動作により、新設配管を第２端部側へ移動させていたため、新設配管に圧縮力がかかり、新設配管の座屈が生じる可能性があった。しかしながら、本発明においては、牽引索によって新設配管を引っ張る動作により、新設配管を第２端部側へ移動させる。したがって、挿入工程において新設配管に圧縮力がかからないため、新設配管の座屈を防止することができる。また、新設配管の設計時に、挿入工程における新設配管の座屈を考慮する必要がないため、新設配管の寸法設定の自由度が向上する。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記第２端部側の出口に、前記牽引索を支持する支持部を設け、前記挿入工程では、前記牽引索は、前記支持部により牽引方向が変更されてもよい。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記支持部は、前記牽引索が掛け回される棒状部材と、前記棒状部材を水底に対して固定する固定部材とを有し、前記固定部材は、水底に設置された重力式の基礎、又は水底の地盤に貫入されて地盤に固定された杭式の基礎を有していてもよい。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記挿入工程の前に、前記第１端部を水上に持ち上げる持上工程を更に備え、前記挿入工程では、持ち上げた前記第１端部から前記新設配管を挿入してもよい。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記第１端部を浮力体の浮力を利用して持ち上げてもよい。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記持上工程の前に、架台を設置する架台設置工程を更に備え、前記持上工程では、持ち上げた前記第１端部を前記架台に固定してもよい。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記挿入工程では、前記第１端部は水底に配置されていてもよい。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記第１端部よりも前記牽引索の牽引方向における上流側には、前記新設配管の送り出し量を調整する送り出し装置が設けられていてもよい。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記新設配管のうち、前記第１端部よりも前記牽引索の牽引方向における上流側の部分には重りが設けられていてもよい。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記第１端部には、前記新設配管を案内するガイド装置が設けられていてもよい。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記ガイド装置は、その軸心が前記第１端部の軸心と一致するように配置される筒状部材と、前記筒状部材の内側に設けられ、前記新設配管を前記筒状部材の軸心方向に沿って摺動させるガイドローラとを有するローラ部を備えていてもよい。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記ガイド装置は、前記ローラ部よりも前記牽引索の牽引方向における上流側に配置され、前記上流側に向けて拡径する拡径部を備えていてもよい。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記挿入工程では、前記既設配管の内部が第１液体で満たされていてもよい。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記挿入工程では、前記新設配管の内部は空洞であってもよい。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記挿入工程では、前記新設配管の内部は、比重が前記第１液体よりも小さい第２液体で満たされていてもよい。

本発明によれば、新設配管の座屈を生じることなく、新設配管を既設配管の内部に設置することができる。

本発明の第１実施形態に係る既設配管の更新方法における、架台設置工程、及び床掘工程を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る既設配管の更新方法における、持上工程を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る既設配管の更新方法における、牽引索挿通工程を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る既設配管の更新方法における、挿入工程を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る既設配管の更新方法に用いられる支持部の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る既設配管の更新方法に用いられる支持部の変形例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る既設配管の更新方法を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る既設配管の更新方法を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る既設配管の更新方法を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る既設配管の更新方法に用いられるガイド装置の断面図である。

（第１実施形態）
以下、図１〜６を参照し、本発明の第１実施形態に係る既設配管１の更新方法を説明する。既設配管１の更新は、既設配管１より小径の新設配管２を、既設配管１の内部に設置することにより行われる。

既設配管１は、石油備蓄基地や、海上の油・ガス受け入れ施設に使用される海底配管である。既設配管１は、例えば、石油を、シーバースに停泊される石油タンカーから、陸上の精製工場やタンクへ輸送するための配管である。図１に示されるように、既設配管１は、海底に埋没配置され、鉛直方向に延びるライザー管４を介して、陸上の精製工場やタンクに繋がる陸上配管３と接続される。

以下、図１〜３における陸上配管３側（すなわち、紙面左側）を陸側と称し、その反対側（すなわち、紙面右側）を沖側と称する。本実施形態においては、既設配管１の更新が、陸側から沖側へ向かって行われる。

本実施形態に係る既設配管１の更新方法は、架台設置工程Ｓ１と、床掘工程Ｓ２と、持上工程Ｓ３と、牽引索挿通工程Ｓ４と、挿入工程Ｓ５と、を備える。以下、図１〜４を参照し、工程Ｓ１〜Ｓ５の詳細について説明する。

図１に示されるように、架台設置工程Ｓ１においては、仮桟橋３０（架台）が海底の地盤Ｇに設置される。仮桟橋３０は、既設配管１の陸側の端部である第１端部１１の上方に設置される。仮桟橋３０は、沖側に向かうに従い下方に延びる斜路３０ａを備える。

架台設置工程Ｓ１が終了すると、床掘工程Ｓ２が行われる。床掘工程Ｓ２においては、地盤Ｇが床掘される。図１に二点鎖線で示されるように、既設配管１の第１端部１１及び第２端部１２の所定範囲（例えば、２００ｍ範囲）において、地盤Ｇが床掘される。

床掘工程Ｓ２が終了すると、持上工程Ｓ３が行われる。図２に示されるように、持上工程Ｓ３においては、既設配管１と陸上配管３との間に配置されるライザー管４が撤去され、第１端部１１が水上に持ち上げられる。例えば、地盤Ｇが床掘されることにより露出した第１端部１１を、クレーンにより水上へ持ち上げる。

持ち上げた第１端部１１は、仮桟橋３０の斜路３０ａ上に配置される。第１端部１１は、斜路３０ａに設けられる固定装置３１により、仮桟橋３０に対して相対移動不能に固定される。固定装置３１は、仮桟橋３０に固定されており、例えば第１端部１１の管端付近を挟持することにより、第１端部１１を保持する。

第１端部１１は、仮桟橋３０によって支持される。したがって、持ち上げた第１端部１１が自身の重力により変形し、折れ曲がることを防止できる。

第１端部１１には、複数の浮力体３２が設けられる。浮力体３２は、第１端部１１のうち、仮桟橋３０よりも沖側に位置する部分に設けられている。既設配管１にかかる応力（重力）を浮力体３２の浮力によって低減させることにより、持ち上げた第１端部１１の折れ曲がりを防止する。

持上工程Ｓ３が終了すると、牽引索挿通工程Ｓ４が行われる。図３に示されるように、牽引索挿通工程Ｓ４においては、牽引索４０を既設配管１内に挿通し、第２端部１２の出口に設けられた支持部４３に支持させる。なお牽引索４０は、第２端部１２から第１端部１１に向けて挿通してもよく、第１端部１１から第２端部１２に向けて挿通してもよい。

牽引索４０の既設配管１内への挿通は、例えば、図示しないメッセンジャワイヤを用いた以下の手順により行われる。
まず、牽引索４０よりも小径のメッセンジャワイヤを、ピグを用いて第２端部１２から既設配管１内に挿入し、第１端部１１から引き出す。第１端部１１から引き出されたメッセンジャワイヤに牽引索４０を繋ぎ、メッセンジャワイヤを引き戻していくことにより、牽引索４０を、第１端部１１から第２端部１２へと既設配管１内に挿通させる。既設配管１内に挿通された牽引索４０の端は、既設配管１よりも沖側に配置される船４１上のウィンチ４２に巻き取っておく。

支持部４３による牽引索４０の支持について以下に詳述する。
図５に示されるように、支持部４３は、棒状部材４４と、一対の固定部材４５と、一対の突出部４６とを備える。

棒状部材４４は、第２端部１２の延在方向と交差する方向に延びる。本実施形態において、棒状部材４４は、第２端部１２の延在方向と略直交する方向に延びる。棒状部材４４には、第２端部１２から引き出される牽引索４０が下方から掛け回される。これにより、牽引索４０の延在方向が、略水平（第２端部１２の延在方向と略同一の方向）から、斜め上方へと変更される。また、棒状部材４４により、牽引索４０の上方移動が制限される。

固定部材４５は、棒状部材４４を海底の地盤Ｇに対して固定する。一対の固定部材４５により、棒状部材４４の両端部がそれぞれ、鉛直方向及び水平方向に移動不能に支持される。なお、一対の固定部材４５は、棒状部材４４を、その軸線回りに回転可能に支持することが好ましい。すなわち、棒状部材４４は、その軸線回りに回転可能なローラ式であることが好ましい。固定部材４５は、海底の地盤Ｇに設置された重力式の基礎である。すなわち、固定部材４５は、自重を用いて棒状部材４４を海底の地盤Ｇに対して固定する。
なお、図６に示されるように、固定部材４５は、地盤Ｇに貫入されて地盤Ｇに固定された杭式の基礎であってもよい。

一対の突出部４６は、棒状部材４４の外面に設けられる。突出部４６は、棒状部材４４から下方に向かって突出する。牽引索４０が一対の突出部４６間に配置されることにより、牽引索４０の揺動による水平方向の変動を規制する。

第２端部１２から引き出された牽引索４０は、棒状部材４４、一対の固定部材４５、及び地盤Ｇにより囲まれる空間内に配置される。
牽引索４０を既設配管１内へ挿通した後に、支持部４３を、前記空間内に配置されるように設置してもよい。
あるいは、支持部４３を設置した後、牽引索４０の挿通時に、牽引索４０（メッセンジャワイヤ）を、前記空間に通過させてもよい。

牽引索４０として、既設配管１や新設配管２に傷をつけにくい繊維ロープを用いることが好ましい。さらに、牽引索４０の液中重量をゼロに近づけるために、牽引索４０として比重が１に近い材質が用いられることが好ましい。例えば、牽引索４０として、ダイニーマ（登録商標）が用いられる。
また、既設配管１や新設配管２を傷つけることを防止するために、牽引索４０にコーティングが施されていてもよい。

牽引索挿通工程Ｓ４が終了すると、挿入工程Ｓ５が行われる。図４に示されるように、挿入工程Ｓ５においては、持ち上げた第１端部１１から、新設配管２を既設配管１内に挿入する。新設配管２は、仮桟橋３０上において、複数の鋼管２１が接続されることにより形成される。複数の鋼管２１が順次、溶接接続されつつ、第１端部１１の管端から既設配管１内に挿入される。新設配管２は、例えば、新設配管２の軸心が既設配管１の軸心と一致した状態で、既設配管１内に挿入される。

すなわち、挿入工程Ｓ５においては、新設配管２（鋼管２１）を既設配管１内へ挿入して第２端部１２側へ所定距離だけ移動させる工程と、新設配管２（鋼管２１）へ新たな鋼管２１を接続する工程とが繰り返し行われる。挿入工程Ｓ５は、新設配管２が既設配管１内の全体に設置される（すなわち、新設配管２の先端２ａが第２端部１２の管端まで到達する）まで行われる。

本実施形態においては、牽引索４０によって新設配管２を牽引することにより、新設配管２（鋼管２１）を第２端部１２側へ移動させる。具体的には、新設配管２の先端２ａ（すなわち、最初の鋼管２１の先端）にヘッド５０を取り付ける。ヘッド５０に牽引索４０を連結することにより、新設配管２と牽引索４０とを接続する。その後、ウィンチ４２により牽引索４０を巻き取ることにより、牽引索４０を第２端部１２側から牽引し、新設配管２を第２端部１２側へ移動させる。

棒状部材４４に牽引索４０が掛け回されて、牽引索４０の延在方向が、略水平から、斜め上方へと変更されている。すなわち、支持部４３により、牽引索４０の牽引方向が変更されている。これにより、船４１上（すなわち、水上）に設けられるウィンチ４２により牽引索４０を巻き取り、牽引索４０によって新設配管２を牽引することができる。

ウィンチ４２により牽引索４０が巻き取られると、牽引索４０が、張力により鉛直方向上方へ移動しようとする。牽引索４０が上方へ移動すると、これに伴い第２端部１２も持ち上がってしまう。しかしながら、棒状部材４４に牽引索４０が掛け回されているため、牽引索４０の上方移動を制限し、第２端部１２が持ち上がることを防止することができる。

なお、支持部４３を設けることなく、第２端部１２の持ち上がりを防止しようとすると、牽引索４０の牽引角度を水平方向に近づける（牽引索４０を寝かせた状態で牽引する）必要がある。牽引索４０は海上のウィンチ４２まで到達させる必要があるため、牽引索４０の牽引角度が水平方向に近くなると、牽引索４０を海上まで上昇させるための距離（すなわち、第２端部１２からウィンチ４２までの距離）が大きくなり、作業エリアが広がってしまう。また、作業エリアが広がると、安全管理にかかる負担も増大する。さらに、牽引索４０の牽引角度が水平方向に近くなると、牽引索４０の牽引によってウィンチ４２にかかる水平力が大きくなる。この水平力に抗してウィンチ４２が配置される船４１を係留させておく必要があるため、船４１の係留構造が大掛かりとなる。
一方、本実施形態においては、支持部４３により牽引索４０の上方移動を制限し、第２端部１２が持ち上がることを防止できる。したがって、牽引索４０のうち、支持部４３からウィンチ４２までの部分の水平方向に対する角度（牽引索４０の牽引角度）を大きく、例えば６０度とすることができる。この結果、牽引索４０を海上まで上昇させるための距離（すなわち、第２端部１２からウィンチ４２までの距離）を小さくし、作業エリアを縮小することができる。また、安全管理にかかる負担を軽減することができる。さらに、牽引索４０の牽引によってウィンチ４２にかかる水平力が小さくなるため、より小規模な構造により、ウィンチ４２が配置される船４１を係留させておくことができる。

挿入工程Ｓ５において、既設配管１の内部は第１液体で満たされる。例えば、第２端部１２の管端を不図示の蓋体により塞ぐことにより、既設配管１の内部を第１液体で満たすことができる。なお、蓋体には、牽引索４０が挿通される孔が形成されるが、この孔と牽引索４０との間の隙間を小さくすることにより、この孔から第１液体が漏出することを防止できる。第１液体として、例えば、海水や水が用いられる。なお、第１液体として海水を用いる場合には、第２端部１２に設けられる蓋体は省略されていてもよい。

新設配管２の内部は注水されておらず、空洞となっている。例えば、新設配管２の先端２ａを不図示の蓋体により塞ぐことにより、新設配管２の中空状態を維持することができる。

ここで、新設配管２の寸法設定について説明する。既設配管１へ新設配管２を挿入する際の抵抗力を低減するために、既設配管１の内部に満たされる第１液体中における新設配管２の液中重量（以下、単に新設配管２の液中重量とも称する）は、ゼロに近くなることが好ましい。新設配管２の外径及び肉厚を変更することにより、新設配管２の液中重量（新設配管２の浮力）を調整することができる。すなわち、新設配管２の外径及び肉厚は、新設配管２の液中重量がゼロになるべく近くなるような寸法に設定される。

挿入工程Ｓ５が終了すると、新設配管２からヘッド５０を取り外し、これにより新設配管２から牽引索４０を取り外す。新設配管２の止端処理等が行われる。また、新設配管２の陸側の端（すなわち、先端２ａと反対側の端）に、新たなライザー管が接合される。その後、持ち上げていた既設配管１及び新設配管２を海底に吊り降ろす。
新設配管２のピグ検査や、耐圧試験を行う。地盤Ｇの床掘された部分を埋め戻し、仮桟橋３０を撤去する。
以上により、既設配管１の更新が終了する。

本実施形態に係る既設配管１の更新方法は、既設配管１の第１端部１１から新設配管２を挿入する挿入工程Ｓ５を備える。また、挿入工程Ｓ５では、新設配管２に接続される牽引索４０を既設配管１の第２端部１２側から牽引することにより、新設配管２を第２端部１２側へ移動させる。
従来は、新設配管を押し込む動作により、新設配管を第２端部側へ移動させていたため、新設配管に圧縮力がかかり、新設配管の座屈が生じる可能性があった。しかしながら、本実施形態においては、牽引索４０によって新設配管２を引っ張る動作により、新設配管２を第２端部１２側へ移動させる。したがって、挿入工程Ｓ５において新設配管２に圧縮力がかからないため、新設配管２の座屈を防止することができる。また、新設配管２の設計時に、挿入工程Ｓ５における新設配管２の座屈を考慮する必要がないため、新設配管２の寸法設定の自由度が向上する。

また、第２端部１２側の出口に、牽引索４０を支持する支持部４３を設け、挿入工程Ｓ５では、牽引索４０は、支持部４３により牽引方向が変更される。
これにより、水上から牽引索４０の牽引を行うことができ、既設配管１の更新がより容易になる。

また、支持部４３は、牽引索４０が掛け回される棒状部材４４と、棒状部材４４を海底に対して固定する固定部材４５とを有し、固定部材４５は、海底に設置された重力式の基礎、又は海底の地盤Ｇに貫入されて地盤Ｇに固定された杭式の基礎を有する。
これにより、簡単な構成により支持部４３を形成することができる。また、支持部４３の海底への設置も容易となる。

また、挿入工程Ｓ５の前に、第１端部１１を水上に持ち上げる持上工程Ｓ３を備え、挿入工程Ｓ５では、持ち上げた第１端部１１から新設配管２を挿入する。
これにより、挿入工程Ｓ５での新設配管２の既設配管１への挿入が容易となる。

また、第１端部１１を浮力体３２の浮力を利用して持ち上げる。
既設配管１にかかる応力（重力）を浮力体３２の浮力によって低減させることにより、持ち上げた第１端部１１の折れ曲がりを防止することができる。

また、持上工程Ｓ３の前に、仮桟橋３０を設置する架台設置工程Ｓ１を備え、持上工程Ｓ３では、持ち上げた第１端部１１を仮桟橋３０に固定する。
第１端部１１が仮桟橋３０に固定されるため、挿入工程Ｓ５での新設配管２の既設配管１への挿入がより容易となる。

また、挿入工程Ｓ５では、既設配管１の内部が第１液体で満たされている。
これにより、既設配管１の内部が空洞である場合に比べ、既設配管１内に挿入される新設配管２の液中重量を軽減することができる。また、新設配管２を既設配管１内に挿入する際の摩擦抵抗を低減させることができる。したがって、例えば既設配管１が湾曲している場合であっても、新設配管２に過剰な引っ張り力がかかることなく、新設配管２を第２端部１２側へスムーズに移動させることができる。

また、挿入工程Ｓ５では、新設配管２の内部は空洞である。
新設配管２の外径及び肉厚を適切に設定することにより、既設配管１の内部に満たされる第１液体中における新設配管２の液中重量をほぼゼロとすることができる。この結果、既設配管１へ新設配管２を挿入する際の抵抗力を低減することができる。

（第２実施形態）
以下、図７を参照して本発明の第２実施形態を説明する。なお、本実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

本実施形態においては、既設配管１の更新が、沖側から陸側へ向かって行われる。したがって、以下の説明では、既設配管１の第１端部１１が沖側の端部であり、第２端部１２が陸側の端部であるとする。

本実施形態に係る既設配管１の更新方法は、架台設置工程Ｓ１を有していない。本実施形態に係る既設配管１の更新方法は、床掘工程Ｓ２と、持上工程Ｓ３１と、牽引索挿通工程Ｓ４１と、挿入工程Ｓ５１と、を備える。本実施形態の床掘工程Ｓ２は、第１実施形態の床掘工程Ｓ２と同様である。

持上工程Ｓ３１においては、既設配管１の、沖側の端部である第１端部１１が水上に持ち上げられる。持ち上げた第１端部１１は、沖側に配置される船６０上に配置される。第１端部１１は、船６０に設けられる固定装置６１により、船６０に対して相対移動不能に固定される。

船６０には、船６０から水中へ延びるスティンガ６２が設けられる。持ち上げた第１端部１１は、スティンガ６２上に配置される。第１端部１１は、スティンガ６２によって支持される。したがって、持ち上げた第１端部１１が自身の重力により変形し、折れ曲がることを防止できる。なお、既設配管１の大きさ等により、第１端部１１を水上に持ち上げたとしても第１端部１１の折れ曲がりが生じない場合には、スティンガ６２は省略されていてもよい。

第１端部１１には、複数の浮力体３２が設けられる。既設配管１にかかる応力（重力）を浮力体３２の浮力によって低減させることにより、持ち上げた第１端部１１の折れ曲がりを防止する。

牽引索挿通工程Ｓ４１においては、第１実施形態の牽引索挿通工程Ｓ４と同様に、牽引索４０を既設配管１内に挿通し、第２端部１２の出口に設けられた支持部４３に支持させる。本実施形態においては、既設配管１内に挿通された牽引索４０の端は、既設配管１よりも陸側に配置される船４１上のウィンチ４２に巻き取っておく。

挿入工程Ｓ５１においては、第１実施形態の挿入工程Ｓ５と同様に、持ち上げた第１端部１１から、新設配管２を既設配管１内に挿入する。新設配管２は、沖側に配置される船６０上において、複数の鋼管２１が接続されることにより形成される。複数の鋼管２１が順次、溶接接続されつつ、第１端部１１の管端から既設配管１内に挿入される。新設配管２と牽引索４０とを接続し、ウィンチ４２により牽引索４０を巻き取ることにより、牽引索４０によって新設配管２を牽引し、陸側である第２端部１２側へ移動させる。

本実施形態に係る既設配管１の更新方法においても、第１実施形態と同様の効果を奏することが可能である。すなわち、牽引索４０によって新設配管２を引っ張る動作により、新設配管２を第２端部１２側へ移動させる。したがって、新設配管２に圧縮力がかからないため、新設配管２の座屈を防止することができる。

また、本実施形態に係る既設配管１の更新方法によれば、地形の制約等により陸側から新設配管２を既設配管１へ挿入できない場合であっても、沖側から新設配管２を既設配管１へ挿入していくことにより、既設配管１の更新が可能である。

（第３実施形態）
以下、図８〜１０を参照して本発明の第３実施形態を説明する。なお、本実施形態においては、第２実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

本実施形態においては、第２実施形態と同様に、既設配管１の更新が、沖側から陸側へ向かって行われる。また、本実施形態においては、第１端部１１が水上に持ち上げられず、海底に配置されたままとなっている。
すなわち、本実施形態に係る既設配管１の更新方法は、持上工程Ｓ３１を有していない。本実施形態に係る既設配管１の更新方法は、床掘工程Ｓ２と、牽引索挿通工程Ｓ４１と、挿入工程Ｓ５２と、を備える。本実施形態の床掘工程Ｓ２は、第１実施形態の床掘工程Ｓ２と同様である。本実施形態の牽引索挿通工程Ｓ４１は、第２実施形態の牽引索挿通工程Ｓ４１と同様である。

挿入工程Ｓ５２においては、図８及び図９に示されるように、既設配管１よりも沖側に配置される船６０上において、複数の鋼管２１を溶接接続することにより新設配管２を形成する。新設配管２は、船６０から海中に沈められ、海底に配置される第１端部１１の管端から既設配管１内に挿入される。

本実施形態においても、牽引索挿通工程Ｓ４１において既設配管１に挿通された牽引索４０を、新設配管２と接続し、ウィンチ４２により巻き取ることにより、牽引索４０によって新設配管２を牽引する。これにより、船６０上で形成された新設配管２を、船６０上から海中に沈ませ、海底に配置される第１端部１１から既設配管１内に挿入し、陸側である第２端部１２側へ移動させる。

船６０には、船６０の船体から水中へ延びるスティンガ６２が設けられる。新設配管２のうち、船６０から延びる所定距離の送り出し部分は、スティンガ６２上に配置される。新設配管２の送り出し部分は、スティンガ６２によって支持される。したがって、送り出し部分が自身の重力により変形し、折れ曲がることを防止できる。なお、新設配管２の大きさ等により、新設配管２の送り出し部分を水上に持ち上げたとしても送り出し部分の折れ曲がりが生じない場合には、スティンガ６２は省略されていてもよい。

なお、挿入工程Ｓ５２においても、第１実施形態の挿入工程Ｓ５と同様に、既設配管１の内部は第１液体（海水）で満たされる。また、新設配管２の内部は注水されておらず、空洞となっている。
ここで、本実施形態においては、新設配管２のうち、船６０から第１端部１１の管端までの間に位置する部分については、既設配管１の内部に挿入されず、水中に露出している。第１実施形態と同様に、新設配管２の液中重量をゼロに近い値とすると、新設配管２を既設配管１内に挿入する際の摩擦抵抗は低減できるが、船６０の動揺により、新設配管２の張力が大きく変動し、新設配管２の当該水中に露出した部分が変形して局所的な曲げが発生する可能性がある。
このような新設配管２の張力の変動を低減させるため、新設配管２の液中重量は、ゼロよりも大きい値とされていることが好ましい。すなわち、新設配管２の液中重量は、新設配管２を既設配管１内に挿入する際の摩擦抵抗の低減と、新設配管２の張力の変動の低減との双方が達成できるように設定されている。例えば、新設配管２の気中重量をＷ１、新設配管２の液中重量をＷ２とすると、Ｗ１÷（Ｗ１−Ｗ２）の値が１．１より大きくなるように設定することが好ましい。

さらに、新設配管２のうち、船６０から第１端部１１の管端までの間に位置する部分に重り６５を設け、この部分の液中重量を増やすことが好ましい。これにより、新設配管２の張力を安定させ、新設配管２の当該部分の変形を抑えることができる。
図９に示されるように、重り６５は、ホース６６と、複数のループ状ワイヤ６７とを備える。ホース６６の内部には、重量部材（例えば砂）が充填されており、ホース６６の両端は、例えば蓋体により塞がれている。ホース６６の一端は、船６０に固定されている。複数のループ状ワイヤ６７は、ホース６６に、その延在方向に間隔を空けて取り付けられている。複数のループ状ワイヤ６７は、新設配管２に挿通されている。ホース６６は、新設配管２のうち、船６０から第１端部１１の管端までの間に位置する部分に、複数のループ状ワイヤ６７を介して吊り下げられる。
このような構成により、新設配管２のうち、船６０から第１端部１１の管端までの間に位置する部分にホース６６の重量を付与することができる。なお、ホース６６の一端が船６０に固定されているため、新設配管２が第２端部１２側へ移動したとしても、ホース６６は新設配管２の移動に追随することなく、新設配管２の上記部分に吊り下げられた状態が維持される。

また、船６０には、新設配管２の送り出し量を調整する送り出し装置６４が設けられる。新設配管２へ新たな鋼管２１を接続するときは、送り出し装置６４により、新設配管２を、船６０に対して相対移動不能に固定する。新設配管２を第２端部１２側へ移動させるときは、送り出し装置６４は、新設配管２を既設配管１へ向けて所定の速度で送り出す。また、船６０の動揺により新設配管２の張力が変動し、新設配管２が既設配管１側へ過度に引っ張られることがある。送り出し装置６４は、このような場合に新設配管２に既設配管１と反対側への張力を付与し、新設配管２の過剰な送り出しを規制する。すなわち、送り出し装置６４によって新設配管２の送り出し量を調整することにより、新設配管２の張力を管理することが可能である。

また、本実施形態においては、海底に配置された第１端部１１への新設配管２の挿入を容易にするため、第１端部１１には、新設配管２の既設配管１への挿入を案内するガイド装置７０が取り付けられる。図１０に示されるように、ガイド装置７０は、拡径部７１と、ローラ部７２と、取付部７３とを備える。ガイド装置７０は、新設配管２を、新設配管２の軸心と既設配管１の軸心とが一致するように、既設配管１内に案内する。

拡径部７１は、ガイド装置７０のうち、牽引索４０の牽引方向における最も上流側に配置される。拡径部７１は、牽引索４０の牽引方向における上流側に向けて拡径する。すなわち、拡径部７１は、第１端部１１側に向けて縮径する。拡径部７１は、拡径部７１の軸心が既設配管１の軸心と一致するように配置される。拡径部７１は、新設配管２の軸心が既設配管１の軸心と重なるように、新設配管２を既設配管１に対して位置決めする。

ローラ部７２は、拡径部７１よりも牽引索４０の牽引方向における下流側に配置される。ローラ部７２は、拡径部７１と接続される筒状部材７２ａと、筒状部材７２ａの内側に設けられる複数のガイドローラ７２ｂとを備える。筒状部材７２ａは、筒状部材７２ａの軸心が既設配管１の軸心と一致するように配置される。ガイドローラ７２ｂは、筒状部材７２ａの軸心と直交する軸まわりに回転可能に配置される。新設配管２がローラ部７２内に配置されると、新設配管２はガイドローラ７２ｂに当接する。ローラ部７２内に配置された新設配管２は、ガイドローラ７２ｂの回転により、筒状部材７２ａの軸心方向に沿ってガイドローラ７２ｂ上を摺動し、第１端部１１側に向けて案内される。

取付部７３は、ローラ部７２よりも牽引索４０の牽引方向における下流側に配置される。取付部７３は、筒状部材７２ａと接続される筒状部材である。取付部７３は、取付部７３の軸心が既設配管１の軸心と一致するように配置される。取付部７３は、第１端部１１に外嵌される。取付部７３により、ガイド装置７０が第１端部１１に取り付けられる。

本実施形態に係る既設配管１の更新方法においても、第１実施形態と同様の効果を奏することが可能である。すなわち、牽引索４０によって新設配管２を引っ張る動作により、新設配管２を第２端部１２側へ移動させる。したがって、新設配管２に圧縮力がかからないため、新設配管２の座屈を防止することができる。

また、本実施形態に係る既設配管１の更新方法によれば、既設配管１の老朽化などにより第１端部１１を海上へ持ち上げることができない場合であっても、海底に配置された既設配管１に新設配管２を挿入していくことにより、既設配管１の更新が可能である。

また、第１端部１１よりも牽引索４０の牽引方向における上流側には、新設配管２の送り出し量を調整する送り出し装置６４が設けられている。
送り出し装置６４によって新設配管２の送り出し量を調整することにより、新設配管２の張力を管理することが可能である。すなわち、送り出し装置６４によって新設配管２の送り出し量を調整することにより、新設配管２の過剰な移動を防止することができ、新設配管２の既設配管1内への挿入を安定させることができる。

また、新設配管２のうち、第１端部１１よりも牽引索４０の牽引方向における上流側の部分には重り６５が設けられている。
新設配管２のうち、第１端部１１よりも牽引索４０の牽引方向における上流側の部分については、外力の影響により張力が変動しやすい。この部分に重り６５を設けることにより、この部分の液中重量を増やし、外力の影響による新設配管２の張力の変動を低減させ、この部分に局所的な曲げが発生することを防止できる。

また、第１端部１１には、新設配管２を案内するガイド装置７０が設けられている。
これにより、新設配管２を既設配管１内へ容易に挿入することができる。

また、ガイド装置７０は、その軸心が第１端部１１の軸心と一致するように配置される筒状部材７２ａと、筒状部材７２ａの内側に設けられ、新設配管２を筒状部材７２ａの軸心方向に沿って摺動させるガイドローラ７２ｂとを有するローラ部７２を備える。
新設配管２を筒状部材７２ａに挿入させて、ガイドローラ７２ｂ上を摺動させることにより、新設配管２を第１端部１１側に向けて案内することができる。したがって、簡単な構成により、新設配管２を既設配管１内に案内することができる。
また、ガイド装置７０は、拡径部７１を備える。拡径部７１は、ローラ部７２よりも牽引索４０の牽引方向における上流側に配置され、上流側に向けて拡径する。
拡径部７１によって、新設配管２の既設配管１に対する位置決めを行うことができる。また、新設配管２の筒状部材７２ａへの挿入も容易となる。したがって、簡単な構成により、新設配管２を既設配管１内に案内することができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上記実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。

例えば、上記実施形態では、挿入工程Ｓ５、Ｓ５１、Ｓ５２において、既設配管１の内部は第１液体で満たされ、新設配管２の内部は注水されておらず、空洞となっている。
しかしながら、本発明はこれに限られず、新設配管２の内部に、比重が第１液体よりも小さい第２液体が満たされていてもよい。新設配管２の先端２ａを不図示の蓋体により塞ぐことにより、新設配管２の内部を第２液体で満たすことができる。この場合には、新設配管２の内部が空洞となっている場合と異なり、例えば、第１液体として塩化カルシウム溶液が用いられ、第２液体として海水または真水が用いられてもよい。なお、新設配管２の内部の全体を第２液体で満たさずに、新設配管２の内部の一部のみに第２液体を注入してもよい。
この場合であっても、新設配管２の外径及び肉厚を適切に設定することにより、新設配管２の液中重量（既設配管１の内部に満たされる第１液体中における、新設配管２と、新設配管２の内部に満たされる第２液体との合計の液中重量）をほぼゼロとすることができる。この結果、既設配管１へ新設配管２を挿入する際の抵抗力を低減することができる。

また、第３実施形態では、既設配管１の更新が沖側から陸側へ向かって行われた。しかしながら、本発明はこれに限られず、第１端部１１を海底に配置した状態で、既設配管１の更新が陸側から沖側へ向かって行われてもよい。この場合、船６０の代わりに、陸側に仮桟橋３０を設置し、仮桟橋３０上において、複数の鋼管２１を溶接接続することにより新設配管２を形成してもよい。この場合は、仮桟橋３０に、新設配管２の仮桟橋３０から第１端部１１への送り出し量を調整する送り出し装置６４が設けられる。

また、第３実施形態では、新設配管２の張力の変動を低減させるため、新設配管２のうち、船６０から第１端部１１の管端までの間に位置する部分に重り６５を設ける。しかしながら、本発明はこれに限られず、重り６５は省略されてもよい。

また、上記実施形態においては、既設配管１の第２端部１２は海底に配置されている。しかしながら、本発明は、第２端部１２が海上に持ち上げられている場合にも適用可能である。
すなわち、第２端部１２の海上の出口の近傍に牽引索４０を巻き取るウィンチ４２を設け、ウィンチ４２により牽引索４０を巻き取ることにより、新設配管２に接続される牽引索４０を第２端部１２側から牽引し、新設配管２を第２端部１２側へ移動させる。
この場合には、牽引索４０を支持する支持部４３は省略してもよい。また、既設配管１の内部を第１液体で満たすために用いられる、第２端部１２の管端を塞ぐ蓋体は省略してもよい。

また、上記第１実施形態においては、陸側に仮桟橋３０が設置され（架台設置工程Ｓ１）、持ち上げられた第１端部１１は仮桟橋３０上に配置される。しかしながら、本発明はこれに限られない。例えば陸側に仮桟橋３０の設置が困難な場合には、陸側にも船を配置し、持ち上げられた第１端部１１を陸側の船上に配置してもよい。 また、上記第２実施形態においては、既設配管１よりも陸側に船４１を配置し、陸側での処理（例えば、既設配管１内に挿通された牽引索４０の端の巻き取り）を船４１上で行った。しかしながら、本発明はこれに限られない。例えば、陸側での処理を、陸側に設置された仮桟橋上や、陸上で行ってもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…既設配管 ２…新設配管 １１…第１端部 １２…第２端部 ３０…仮桟橋（架台） ３０ａ…斜路 ３１、６１…固定装置 ３２…浮力体 ４０…牽引索 ４２…ウィンチ ４３…支持部 ４４…棒状部材 ４５…固定部材 ４６…突出部 ６２…スティンガ ６４…送り出し装置 ６５…重り ７０…ガイド装置 ７１…拡径部 ７２…ローラ部 ７２ａ…筒状部材 ７２ｂ…ガイドローラ ７３…取付部

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る既設配管の更新方法は、水底に配置される既設配管の内部に新設配管を設置する既設配管の更新方法であって、前記既設配管の第１端部から前記新設配管を挿入する挿入工程を備え、前記挿入工程では、前記新設配管に接続される牽引索を前記既設配管の第２端部側から牽引することにより、前記新設配管を前記第２端部側へ移動させ、前記第２端部側の出口に、前記牽引索を支持する支持部を設け、前記挿入工程では、前記牽引索は、前記支持部により牽引方向が変更され、前記支持部は、前記牽引索が掛け回される棒状部材と、前記棒状部材を水底に対して固定する固定部材とを有し、前記固定部材は、水底に設置された重力式の基礎、又は水底の地盤に貫入されて地盤に固定された杭式の基礎を有することを特徴とする。

また、本発明に係る既設配管の更新方法は、水底に配置される既設配管の内部に新設配管を設置する既設配管の更新方法であって、前記既設配管の第１端部から前記新設配管を挿入する挿入工程を備え、前記挿入工程では、前記新設配管に接続される牽引索を前記既設配管の第２端部側から牽引することにより、前記新設配管を前記第２端部側へ移動させ、前記挿入工程の前に、前記第１端部を水上に持ち上げる持上工程を更に備え、前記挿入工程では、持ち上げた前記第１端部から前記新設配管を挿入することを特徴とする。

また、本発明に係る既設配管の更新方法は、水底に配置される既設配管の内部に新設配管を設置する既設配管の更新方法であって、前記既設配管の第１端部から前記新設配管を挿入する挿入工程を備え、前記挿入工程では、前記新設配管に接続される牽引索を前記既設配管の第２端部側から牽引することにより、前記新設配管を前記第２端部側へ移動させ、前記挿入工程では、前記第１端部は水底に配置されており、前記第１端部よりも前記牽引索の牽引方向における上流側には、前記新設配管の送り出し量を調整する送り出し装置が設けられることを特徴とする。

また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記第２端部側の出口に、前記牽引索を支持する支持部を設け、前記挿入工程では、前記牽引索は、前記支持部により牽引方向が変更されてもよい。
また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記支持部は、前記牽引索が掛け回される棒状部材と、前記棒状部材を水底に対して固定する固定部材とを有し、前記固定部材は、水底に設置された重力式の基礎、又は水底の地盤に貫入されて地盤に固定された杭式の基礎を有していてもよい。
また、本発明に係る既設配管の更新方法において、前記挿入工程では、前記既設配管の内部が第１液体で満たされていてもよい。

Claims (15)

1. 水底に配置される既設配管の内部に新設配管を設置する既設配管の更新方法であって、
   前記既設配管の第１端部から前記新設配管を挿入する挿入工程を備え、
   前記挿入工程では、前記新設配管に接続される牽引索を前記既設配管の第２端部側から牽引することにより、前記新設配管を前記第２端部側へ移動させることを特徴とする既設配管の更新方法。
2. 前記第２端部側の出口に、前記牽引索を支持する支持部を設け、
   前記挿入工程では、前記牽引索は、前記支持部により牽引方向が変更されることを特徴とする請求項１記載の既設配管の更新方法。
3. 前記支持部は、前記牽引索が掛け回される棒状部材と、前記棒状部材を水底に対して固定する固定部材とを有し、
   前記固定部材は、水底に設置された重力式の基礎、又は水底の地盤に貫入されて地盤に固定された杭式の基礎を有することを特徴とする請求項２に記載の既設配管の更新方法。
4. 前記挿入工程の前に、前記第１端部を水上に持ち上げる持上工程を更に備え、
   前記挿入工程では、持ち上げた前記第１端部から前記新設配管を挿入することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の既設配管の更新方法。
5. 前記第１端部を浮力体の浮力を利用して持ち上げることを特徴とする請求項４に記載の既設配管の更新方法。
6. 前記持上工程の前に、架台を設置する架台設置工程を更に備え、
   前記持上工程では、持ち上げた前記第１端部を前記架台に固定することを特徴とする請求項４または５に記載の既設配管の更新方法。
7. 前記挿入工程では、前記第１端部は水底に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の既設配管の更新方法。
8. 前記第１端部よりも前記牽引索の牽引方向における上流側には、前記新設配管の送り出し量を調整する送り出し装置が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の既設配管の更新方法。
9. 前記新設配管のうち、前記第１端部よりも前記牽引索の牽引方向における上流側の部分には重りが設けられていることを特徴とする請求項７または８に記載の既設配管の更新方法。
10. 前記第１端部には、前記新設配管を案内するガイド装置が設けられていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の既設配管の更新方法。
11. 前記ガイド装置は、その軸心が前記第１端部の軸心と一致するように配置される筒状部材と、前記筒状部材の内側に設けられ、前記新設配管を前記筒状部材の軸心方向に沿って摺動させるガイドローラとを有するローラ部を備えることを特徴とする請求項１０に記載の既設配管の更新方法。
12. 前記ガイド装置は、前記ローラ部よりも前記牽引索の牽引方向における上流側に配置され、前記上流側に向けて拡径する拡径部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の既設配管の更新方法。
13. 前記挿入工程では、前記既設配管の内部が第１液体で満たされていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の既設配管の更新方法。
14. 前記挿入工程では、前記新設配管の内部は空洞であることを特徴とする請求項１３に記載の既設配管の更新方法。
15. 前記挿入工程では、前記新設配管の内部は、比重が前記第１液体よりも小さい第２液体で満たされていることを特徴とする請求項１３に記載の既設配管の更新方法。

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