JP2022068536A - 整流区間を備えた改良型ベント管伏越し構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ベント管内に付着または堆積する夾雑物を、日常的な下水流下力のみで効率的に流下除去させることができるベント管伏越し構造を提供する。【解決手段】河川や地下道等の障害物の下を通り抜けるベント管と、このベント管内に付着または積層する夾雑物を除去する浮遊性夾雑物除去手段とを備え、下向流部ベント管の傾斜角が３０度以下であるとともに、上流側下水管の所定区間に整流区間を備え、この整流区間の管径は、上記下向流部ベント管の管径以下であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、河川や地下道等の障害物の下を潜り抜ける下水の伏越し構造に関し、特に分流式下水道ベント管の通路内に夾雑物が付着または堆積することを防ぐとともに、維持管理コストおよび建設コストを低減できる伏越し構造に関する。

家庭の生活排水や産業施設の廃水等の汚水は、分流式の下水管によって排水処理するが、流路の途中に河川や地下道等の障害物がある場合には、この障害物の下を潜り抜けるベント管を備えた伏越し構造が採用されている。図１２に、従来技術による下水の伏越し構造を示す。図示のように、河川を挟む上流側下水管３０５と下流側下水管３０６との間は、河川の下を潜り抜けるベント管３０１で連結される。ベント管３０１は、入口側から順に、下方に傾斜する下向流部３１１と、この下向流部に連通し、かつ上記障害物の下をほぼ水平に潜り抜ける水平流部又は横向流部３１２と、この水平流部３１２に連通して上方に傾斜する上向流部３１３とを有している。そして、上流側下水管の断面の底部と、下流側下水管の断面の底部との間に、伏越し経路の損失水頭に相当する伏越し落差ΔＨを付け、この落差に基づく下水の静水圧によって、ベント管３０１内に下水を流下させている。

このように構成された伏越し構造における水流は、河川や地下道等の障害物の下を通り抜けるベント管（伏越し部）３０１に入ると、ベント管内では満管の状態で流れることになるため、自由水面を持つ上流側下水管における流速より遅くなる。この流速の低下は、固形物等の夾雑物の堆積を招くことから、伏越し部３０１の管径を上流側下水管３０５の管径より小さくして、夾雑物の掃流に必要な流速、すなわち掃流力を確保することが一般的に行われている。

しかるに生活排水である下水には、油等の浮遊性の夾雑物や、土砂等の沈降性の夾雑物が多量に混入している。下水道は計画下水量に対して常に２倍の流下能力を備えるように設計されている。このため下水量が少ない場合は、下向流部３１１内に下水が充満せず、この下向流部の水位が低くなって、上述した伏越し落差ΔＨが確保できなくなってしまう。このため下水を押し流す静水圧が低くなり、さらに下水量が少ないことが重なって、下水に混入した油等の浮遊性の夾雑物が、下向流部３１１の水面に浮遊集積し長時間滞留する。このため、油等の浮遊性の夾雑物が下水に多量に混入している場合は、この浮遊性の夾雑物が、下向流部３１１の水面近傍において肥大化及び固形化して、堆積層を形成する。さらに堆積層によって下水の流下力が低下することも相俟って、ついには、この堆積層がベント管３０１を閉塞させることになる。

また、従来のベント管伏越しにおける掃流力は十分とは言えず、水平流部３１２と上向流部３１３の接合部分では、沈降性の夾雑物がこの部分に滞留して沈殿堆積し易い。すなわち、下水の流下力のみでは上向流部を駆け上って下流側下水管３０６まで達することのできない沈降性の大きな砂利等がこの部分に溜まることとなる。そして、下水の流量が少なくなる夜間等に、沈殿堆積した砂礫の間隙へ粘性土の細粒分が入り込んで浸潤することで固結し堆積層を形成する。この堆積層は長期間放置されることで、より強固な堆積層を形成することになり、やはりベント管３０１を閉塞させるおそれがあった。

そこで、出願人はかつて、ベント管の管内へ圧縮空気を供給することで夾雑物を除去する方法を、特開２０１１－２２０１０６号公報において提案した。ここで提案した、浮遊性夾雑物対策としては、 下向流部ベント管３１１の管壁に設けた開口孔から所定の期間毎に所定の時間だけ、圧縮空気を供給することで、下向流部ベント管の水面付近に堆積し固結している浮遊性夾雑物を粉砕し流下除去させる技術を、そして更に、沈降性夾雑物対策として、上記上向流部ベント管３１３の流路内に、所定の期間毎に所定の時間だけ、圧縮空気を供給することによって、上記上向流部３１３の底面付近に付着または堆積する沈降性夾雑物を浮揚させることで流下除去させる技術を開示した。

特開２０１１－２２０１０６号公報

「２０１９年版下水道施設計画・設計指針と解説」公益社団法人日本下水道協会

しかしながら、特許文献１に開示された浮遊性夾雑物対策では次のような問題が生じる場合があった。すなわち、ベント管伏越しにおける下向流部ベント管に集積堆積する浮遊性夾雑物は、不溶性であるプラスチック類、紙類、繊維類等に、下水中の油類や膠質等が付着することで浸潤して固結し、ベント管内の止水時水面付近に集積堆積したものである。特許文献１に開示された浮遊性夾雑物対策は、この浮遊性夾雑物へ向けて圧縮空気を吐出することで、夾雑物から油類や膠質等を剥離させるものである。圧縮空気の作用により油類や膠質等が剥離され固結が解かれた夾雑物は、その浮力が勝るため圧縮空気の作用のみでは流下除去させることは困難な物が多い。このため、浮遊性夾雑物は固結が解かれた状態で相変わらず水面を漂い続けることとなり、再び下水中の油類や膠質等によって固結してしまうこととなる。このため、特許文献１に開示された浮遊性夾雑物対策では、圧縮空気の供給を頻繁に行うこととなり、作業量および費用が増大してしまうという問題があった。

そして更に、ベント管の掃流力を高める目的で下向流部ベント管の傾斜角（図５におけるθ１、θ２）を略３０度以下と緩く設定したい場合に、下向流部ベント管へ圧縮空気を吐出させることは、伏越しの稼働に必要なエネルギーを滅殺させてしまうおそれがあった。すなわち、下向流部ベント管内に供給された空気は上方のマンホール方向へ戻ることとなるが、下向流部ベント管の傾斜角を３０度以下と緩くした場合、下向流部ベント管内部に残留する空気塊が発生してしまう。この空気塊は、ベント管伏越し経路の損失水頭（非特許文献１参照）に相当する所要の損失水頭：Ｈ分の水柱の相対密度を減少させ、ベント管に作用する静水圧を減じ、位置エネルギーを小さくさせて、下水の流下力を低減させ、ベント管の流れを妨げることとなる。このため、下向流部ベント管の傾斜角を緩く設定してベント管の掃流力を高めた伏越し構造においても、このような空気塊の発生がない浮遊性夾雑物除去手段が求められていた。

また、上向流部ベント管が下水管の最小管径（非特許文献１参照）である内径２００ｍｍ以下と細い管である場合には、以下のようなエアロック状態を生じる問題もあった。すなわち、ベント管内に供給された空気はベント管の管頂方向へ浮上し管内壁に衝突することとなるが、ここで空気の浮力が勝ったものは下流側に浮上するが、一部は下水流の流れに逆らって上流側に移動してしまう現象が起きる。この場合、上流側へ向かった空気は横向流部ベント管へ侵入し、所要の損失水頭Ｈによる静水圧との均衡点まで進むこととなる。このとき、静水圧は空気を圧縮することだけに作用するので、空気はそこに留まっていわゆるエアロック状態が生じることとなり、ベント管内の流れを妨げることとなる。

また、特許文献１に開示された沈降性夾雑物対策においては、空気を上向流部ベント管内に供給することに伴う以下の問題があった。すなわち、特許文献１に開示された沈降性夾雑物対策は、ベント管の流路断面下半分（管底側）に開口した開口孔から流路の中心に向けて圧縮空気を供給するものであるため、供給された空気はその浮力によってベント管の流路断面上半分（管頂側）へ向かい、管内の管頂側に沿って上方へ移動していくこととなる。このため、ベント管内の底部（流路断面下半分）に堆積している沈降性夾雑物を流下除去させる掃流力が弱く、沈降性夾雑物の一部は相変わらずベント管底部に沈降したままとなり易かった。この現象は、上向流部ベント管の勾配が大きい場合や内径が２５０ｍｍ以上であるような場合に、特に起こり易い問題であった。

また、下水管では、管閉塞事故や清掃時を考慮して、予備管方式を採用したものがある。予備管方式とは、本管と並列して、事故や清掃のときにのみ使用する予備管を設けることで、ベント管伏越し構造の流路全体を複管構成として、清掃時等には流路を予備管へ切り換えることで、下水の流れを止めることなく作業が可能となるように構成する方式である。この予備管は、本管と同径、同傾斜角、同長の管が用いられることが多い。予備管を設けることで、清掃時には本管に下水流がない状態で作業できるというメリットがある反面、予備管に下水が流れない状態が長期に渡り続くことになるために、予備管内に残存する下水（汚水）が時間とともに腐敗して硫化水素ガス等が発生し、悪臭の原因となるのみならず、コンクリートとの腐食を促進して伏越し施設全体の劣化をも促すこととなる。また、伏越し建設時にも、予備管を設けることで建設費が倍以上必要となる費用面のデメリットもある。更に、予備管への切り替えゲートは、法定耐用年数が長くて１５年であるため、所定期間後に更新工事が必要となる欠点もある。このように、予備管方式には、平常時には予備管が使用されないことによる種々の問題が起こり易いものであった。

以上の問題点から、浮遊性夾雑物および沈降性夾雑物のいずれに対しても、日常的な下水の流下力のみでこれらの夾雑物を確実に流下除去でき、万が一、想定を越えるような多量の夾雑物の下水管への流入があった場合でも、一本のベント管を稼働させながら事故や清掃に対応できるようなベント管伏越し構造が望まれていた。

そこで本発明の目的は、清掃用の予備管を必要とせず、かつ、日常的な下水の流下力のみでこれらの夾雑物を確実に流下除去できると共に、多量の夾雑物が下水管に流入するような非常時であっても簡単な操作のみで夾雑物を流下除去することが可能となるベント管伏越し構造を提供することにある。

本発明者は、鋭意検討した結果、上流側下水管に所定の整流区間を設け、下向流部ベント管を所定の傾斜とすると共に、圧縮空気ではなく圧力水を所定の方法で所定の場所に噴出させることで、日常的に浮遊性夾雑物が滞留し難く、また不測の事態により想定以上の浮遊性夾雑物の流入が生じた際にも簡便にそれを流下除去できるベント管伏越し構造を見出した。更に、上向流部ベント管を所定の傾斜とすると共に、これまでとは異なる供給方法で圧縮空気を噴出させる手段を設けることで、日常的に沈降性夾雑物が滞留し難く、また不測の事態により想定以上の沈降性夾雑物の流入が生じた際にも簡便にそれを流下除去できるベント管伏越し構造を見出し、本発明を完成するに至った。

上記課題を解決するために、本発明のベント管伏越し構造は、
河川や地下道等の障害物の下を通り抜けるベント管と、
このベント管内に付着または積層する夾雑物を除去する浮遊性夾雑物除去手段とを備え、
上記ベント管は、
上流側下水管の下流側端部から下流方向下向きに傾斜して延びる下向流部ベント管と、
上記下向流部ベント管の下方端部から障害物の下を通って下流方向に延びる横向流部ベント管と、
上記横向流部ベント管の下流側端部から下流側下水管の上流側端部へ下流方向上向きに傾斜して延びる上向流部ベント管とを含み、
上記下向流部ベント管の傾斜角が３０度以下であるとともに、
上記上流側下水管の所定区間に整流区間を備え、
この整流区間の管径は、上記下向流部ベント管の管径以下であることを特徴としている。

上記浮遊性夾雑物除去手段は、
下向流部ベント管の止水時水面付近に開口する少なくとも１つの圧力水吐出孔と、
この圧力水吐出孔に連通する圧力水注入管とを有し、
上記圧力水吐出孔から連通した圧力水注入管を介して、
上記下向流部ベント管内の止水時水面付近に向けて、
所定の時間毎に所定の時間、圧力水が供給される。

更に、下向流部ベント管に設けられた複数の上記圧力水吐出孔は、
下向流部ベント管の止水時水面付近および、
上流側または下流側へ所定の間隔を隔てた位置に設けられていることが望ましい。

上向流部ベント管は、
傾斜角が３８度から３０度であるとともに、沈降性夾雑物除去手段を備え、
この沈降性夾雑物除去手段は、
前記上向流部ベント管の上流側端部から下流側へそれぞれ所定の間隔を隔てた位置で下流方向に向けて開口する少なくとも１つの空気吐出孔と、
この空気吐出孔それぞれに連通する空気管とを有し、
上記空気吐出孔から連通した空気管を介して、上記上向流部の下流方向に向けて、適宜、所定の時間毎に所定の時間、圧縮空気が供給される。

更に、上記空気吐出孔は、
上記上向流部ベント管内に開口する低段空気吐出孔と、
この低段空気吐出孔よりも下流側の位置で上記上向流部ベント管内に開口する高段空気吐出孔を含み、
上記低段空気吐出孔に連通する低段空気管の管径は、
上記高段空気吐出孔に連通する高段空気管の管径よりも小さいことが望ましい。

本発明のベント管伏越し構造によれば、日常的な下水の掃流力のみで下水に流入した夾雑物を流下除去できるため、頻繁に清掃を行わずとも管閉塞を起こす危険性が極めて低く、清掃用の予備管の設置が不要となる。また、増水時や地震時等の非常時に一時的に下水への夾雑物の流入が増大する事態が発生した場合でも、本発明が備える夾雑物除去手段を作動させることで、このような夾雑物を簡単な操作のみで流下除去することが可能となる。

ベント管伏越し構造の概略断面図である。 本発明のベント管伏越し構造における上流側下水管と整流区間の接続を示す拡大断面図であり、（ａ）改良前の接続状態を示す図、（ｂ）改良後の一実施態様の接続状態を示す図である。 本発明のベント管伏越し構造における上流側下水管と整流区間の接続を示す図であり、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＺ－Ｚ線における拡大断面図である。 本発明のベント管伏越し構造の一実施態様である、整流区間に他の下水管が合流する場合を示す概略図である。 本発明のベント管伏越し構造における下向流部ベント管の構造の一実施態様を示す概略断面図である。 本発明のベント管伏越し構造における下向流部ベント管に設けられた浮遊性夾雑物除去手段の一実施態様を示す概略断面図である。 本発明のベント管伏越し構造における上向流部ベント管の構造の一実施態様を示す概略断面図である。 本発明のベント管伏越し構造における沈降性夾雑物除去手段の構造の一実施態様を示す概略断面図である。 本発明のベント管伏越し構造の一実施態様における横向流部ベント管と上向流部ベント管の接続状態を示す概略断面図である。 本発明のベント管伏越し構造の他の実施態様を示す概略図である。 本発明のベント管伏越し構造の更に他の実施態様を示す概略図である。 従来例による下水管の伏越し構造の概略断面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明のベント管伏越しの基本構造は、図１に示すように、河川や地下道等の障害物の下を通り抜けるベント管伏越し構造１と、このベント管伏越し構造１のベント管内にベント管内に付着する夾雑物を除去する浮遊性夾雑物除去手段７を備え、更に必要に応じて、堆積する夾雑物を除去する沈降性夾雑物除去手段８を備える。ベント管伏越し構造１は、上流側下水管５の下流側端部から下流方向下向きに傾斜して延びる下向流部ベント管２と、この下向流部ベント管２の下方端部から障害物の下を通って下流方向に延びる横向流部ベント管３と、この横向流部ベント管３の下流側端部から下流側下水管６の上流側端部へ下流方向上向きに傾斜して延びる上向流部ベント管４とを含んでいる。そして、下向流部ベント管２の上流側に接続する上流側下水管５の所定区間に整流区間５１を備えている。

前述したように、一般的に、ベント管伏越し構造では下向流部ベント管２の止水時水面付近に木片や落ち葉、プラスチック、紙類、油等の浮遊性夾雑物が水面に積層した状態で堆積し易く、また、横向流部ベント管３と上向流部ベント管４の連結部分付近では、土砂等の沈降性夾雑物が堆積し易い。これらは、長期間放置することで浮遊性夾雑物が油等と混じりあってベント管内に付着したり、沈降性夾雑物が固着状態で固まってしまう等して、ベント管閉塞の原因ともなる。そこで、本発明のベント管伏越し構造は、これらの夾雑物対策として以下の構成を有するものである。

まず、浮遊性夾雑物対策として、下向流部ベント管２の傾斜角が３０度以下であるとともに、下向流部ベント管２の上流側に接続する上流側下水管５の所定区間に整流区間５１を備え、この整流区間５１の管径は、下向流部ベント管２の管径以下とするものである。
更に、本発明のベント管伏越し構造１では、ベント管伏越しへの夾雑物の流入量が増大する豪雨災害時等の非常事態への備えとして、圧力水の供給により浮遊性夾雑物を流下除去させる浮遊性夾雑物除去手段７として下向流部ベント管２の止水時水面付近に開口する圧力水吐出孔と、この圧力水吐出孔に連通する圧力水注入管を備えることもできる。そして、本発明のベント管伏越し構造における沈降性夾雑物対策として、上向流部ベント管４の傾斜角が３８度から３０度であるとともに、上向流部ベント管４には、沈降性夾雑物除去手段８として上向流部ベント管４の管内へ圧縮空気を供給する空気吐出孔８１ａ、８２ａと、この空気吐出孔８１ａ、８２ａに連通する空気管８１、８２を備えるものである。

次に、本発明のベント管伏越し構造特有のこれらの各構成について、その好ましい構造および作用についてより詳細に説明する。

最初に、浮遊性夾雑物対策として、伏越しの上流側に接続している上流側下水管５の所定区間に設ける整流区間５１について、図１を参照しながら説明する。ここで、整流区間５１とは、上流側下水管５の所定の区間において、その管径を下向流部ベント管２の管径以下とした区間のことをいう。これまで、ベント管伏越し構造においては、伏越し部の掃流力を確保するために、伏越し部の管径は上流側下水管の管径より小さく設定されるのが一般的である。すなわちこれは、通常では下水がベント管伏越し構造１に入る地点、すなわち下向流部ベント管２の上流側端部において管径が変化し、その地点から下流側の下水管（ベント管伏越し構造１）は上流側下水管５より細い下水管となることを意味する。これに対して本発明では、上流側下水管５の所定区間に整流区間５１を設けることにより、管径が変化する地点は、整流区間５１の上流側端部、すなわち、下水が伏越し部に入る地点である下向流部ベント管２の上流側端部より整流区間５１の長さ分だけ更に上流側の地点となる。これにより、本発明のベント管伏越し構造１では、伏越し部より手前の上流側下水管５の途中から、通常の上流側下水管５より細い、伏越しベント管の管径と同等以下の管径の下水管となる。このように、上流側下水管５の所定区間に整流区間５１を設けることで、下水流が上流側下水管５の大きな断面積に馴致した状態のままで、断面積の小さいベント管へ流れ込むことによって下向流部ベント管２の流路内で夾雑物が偏った過密状態で水面付近に付着・堆積することを防止することができる。すなわち、整流区間５１を設けることで、下水中の夾雑物の混ざり具合（夾雑物の序列）を伏越しベント管に入る手前で整えてから下向流部ベント管２へ下水を流入させ、夾雑物の集合や偏在化を防止することができるものである。

より具体的な実施態様について図１を参照しながら、以下に説明する。図１に示したように、整流区間５１は、例えば上流側下水管５の途中に設けられたマンホールＡを境界点として、そこから下流側に向かって延びる下水管の管径を、下向流部ベント管２の管径と同等以下の管径とすることにより設けられる。本実施態様では、整流区間５１の下流側端部は、下向流部ベント管２の上流側端部となっており、そこには上流側マンホールＢが設けられている。整流区間５１の区間距離としては、伏越しの規模に合わせて略１．５～２０ｍとすることが、伏越しへ流入する手前で夾雑物の序列を十分に整えることが可能となり好ましい。

このように、本実施態様では、マンホールＡのある境界点（整流区間５１の上流側端部、すなわち整流区間入口）で、下水管の管径が、その境界点より上流側の下水管５より細い下水管に変わり、その細い管径を維持したまま下向流部ベント管２に接続している。具体的な整流区間５１の下水管の管径は、計画下水流量の管径内余裕値を考慮して次のように決定される。計画下水流量の管径内余裕値の規定値は５０％とされるが（非特許文献１参照）、本発明の整流区間５１を設ける場合には、下水管形状が円形管あるいは馬蹄形渠の場合には管径の８０％を最高水位とし、正方形渠の場合には管径の９０％を最高水位として設定することで、整流区間５１の管径および勾配を決定することが好ましいと言える。例えば、上流下水管５が内径４００ｍｍであれば、整流区間５１および伏越しベント管の内径は３５０ｍｍとすることが好ましい。実際の施工では、下水管は規格品を用いているため、整流区間５１の下水管は上流側下水管５より１ランク内径の小さい下水管を使用することが施工コストの点で望ましい。

なお、整流区間５１の管勾配を決定するにあたっては、下水管の理想的な流速も考慮する必要がある。下水管における理想的な流速は１．０～１．８ｍ／ｓとされる（非特許文献１参照）。例えば、上流側下水管５の内径が４００ｍｍであり、下向流部ベント管２の内径が３５０ｍｍであるベント管伏越しの場合を考えると、上流側下水管の流速が、理想的な流速の上限値である１．８ｍ／ｓであると、このまま下向流部ベント管２に流入した場合には、下向流部ベント管内に空気が引き込まれる危険性がある。これを避けるためには、上流側下水管５（内径４００ｍｍ）の管勾配を千分の７．０とすることで、理想的な流速の範囲内である流速１．７９ｍ／ｓとすることができる。しかし、この内径４００ｍｍの上流側下水管５（勾配：千分の７．０）に、内径３５０ｍｍの整流区間５１を設ける場合、この条件では整流区間内の水位が管断面の８０％の高さに達する点も考慮する必要がある。仮に、整流区間５１の勾配を、上流側下水管５の勾配（千分の７．０）を引き継ぐ設定とした場合を想定し、流速を求めるために一般的に用いられるマニングの流量計算式に当てはめると、整流区間内の流速は、理想的な流速の上限値である１．８ｍ／ｓを超えてしまうことになる。このため、内径４００ｍｍの上流側下水管５（勾配千分の７．０）に、内径３５０ｍｍの整流区間５１を設けるためには、整流区間５１の勾配は千分の６．５に減じる必要がある。勾配を減じることによって、流速の値は１．５８ｍ／ｓとなり、理想的な流速の範囲内となることが確認できた。なお、マニングの流量計算式によると、整流区間５１の流速が、なお依然として略１．８ｍ／ｓ以上となる場合には、整流区間５１の下流側端部から、上流側に向かって２から５ｍ程度の区間を勾配ゼロのＬｅｖｅｌ区間とすることが好ましい。

整流区間５１を設定するにあたっては、下水管内の水位ＷＬについても考慮する必要がある。すなわち、図２（ａ）に示すように、上流側下水管５の管内水位（ＷＬ１）よりも、その下流側となる整流区間５１での管内水位（ＷＬ２）の方が高くなってしまうような、いわゆる水位の逆勾配が生じることを避ける必要がある。例えば、上流側下水管５は内径４００ｍｍの円形管、整流区間５１の下水管は内径３５０ｍｍの円形管であるとき、上流側下水管５と整流区間５１の境界にマンホールＡが設けられている場合について、それぞれの下水管断面での余裕値を考慮すると以下の考察となる。このケースでは、境界にあるマンホールＡを堺として、その上流側である上流側下水管５における管内水位（ＷＬ１）は、内径４００ｍｍの１／２である２００ｍｍとなる。対して、マンホールＡより下流側となる整流区間５１における管内水位（ＷＬ２）は、内径３５０ｍｍの８０％である２８０ｍｍとなる。このため、上流側下水管５と整流区間５１との間には、ＷＬ２－ＷＬ１＝２８０ｍｍ－２００ｍｍ＝８０ｍｍの水位の逆勾配が生じることとなる。

この水位の逆勾配は、以下のように設定することで解消することができる。まず、伏越しの損失水頭Ｈに８０ｍｍ以上の余裕がある場合には、上流側下水管５と整流区間５１が水面接合となるように、境界にあるマンホールＡの下流側最外縁に相当する位置の下水管底部（ロ）の地点で、整流区間５１の管底を８０ｍｍ下げることで水位の逆勾配を解消することができる（図２（ｂ））。また、伏越しの損失水頭Ｈに８０ｍｍ以上の余裕がない場合には、マンホールＡの（イ）の地点において、上流側下水管５の管底を８０ｍｍ上げる設定とする。具体的には、（イ）の地点で、上流側下水管５の管底が８０ｍｍ上がるに足る距離の管勾配を千分の７．０から千分の６．５に減ずることで、水位の逆勾配の原因となる水位差（８０ｍｍ）を解消することができる。

なお、このように上流側下水管５における管勾配を千分の６．５にしてもなお水位差を解消できない場合には、下水管の流速を、理想的な流速の下限値（１．０ｍ／ｓ）を下回らない範囲で下げるべく、上流側下水管５の勾配を通常より下げることで、水位の逆勾配を解消することが好ましい。更に、このように上流側下水管５の勾配を下限値まで下げる設定をしてもなお、計画下水流量に対する流下能力の関係から水位の逆勾配が解消されない場合には、上流側下水管５と整流区間５１の境界点となるマンホールＡを下流側に移動させて整流区間５１の長さ（延長）を短くすることで対応することができる。具体的には、この場合には、整流区間５１は延長１５ｍ程度とすることが適切である。

上述の理想的な流速：１．０～１．８ｍ／ｓの下限値１．０ｍ／ｓでの検討は以下のようになる。内径４００ｍｍの上流側下水管５で管勾配が千分の２．２、流速が１．０ｍ／ｓ、５０％水位の計画下水流量０．０６１ｍ³／ｓの場合について、これを内径３５０ｍｍの整流区間５１で管勾配が千分の２．６、流速が１．０ｍ／ｓ、７３％水位、管内流量０．０６１ｍ³／ｓへ引き継ぐと、管内水位は、マンホールＡの（イ）地点で＋２００ｍｍ、（ロ）の地点で２５６ｍｍとなるため、５６ｍｍの水位の逆勾配が生じることとなる。この場合、流速は既に理想的な流速の下限値である１．０ｍ／ｓであるため、下水管勾配を調整して水位の逆勾配の解消を試みることは望ましくない。よって、マンホールＡにおける（ロ）の地点で管底を５６ｍｍ下げる設定を行うことで水面接合として、理想的な流速を確保しつつ水位の順勾配を達成することが望ましいと言える。

以上述べてきたように、上流側下水管５の区間内に、上流側より下流側の管径が細くなる整流区間５１を設けることで、理想的な流速の確保が難しくなることや、水位の逆勾配が発生する等のデメリットを生じることが想定される。しかし、整流区間５１を設けることで、伏越しへの下水の流れは、伏越しに流入するより手前から、例えば内径３５０ｍｍでは管内水位７３～８０％と整流され、その流れが同径管である伏越しベント管（３５０ｍｍ）に１００％の管内水位（満管）となって流入する効果により、伏越しへの流入地点での流体の急縮を回避し夾雑物の過度の偏在を防止してベント管内の止水時水面での夾雑物の集積を防止することが可能になるという大きなメリットがある。したがって、整流区間５１を設けることで逆勾配や非理想的な流速が生じるとしても、それは上述した対策、すなわち上流側下水管５および整流区間５１における管内径、管勾配、流量、流速、整流区間の区間長（延長）等を総合的に調整することで対応することが望ましい。そのように考えると、整流区間５１を設ける場合の伏越し構造の設計は、まず整流区間の条件（内径、延長等）の決定を行って、その後にそれに応じた伏越しベント管の内径を選択することが好ましいと言える。

本発明の整流区間５１を設けるにあたっては、図２（ａ）に示すように、上流側下水管５と整流区間５１の境界には、マンホールＡを設置することが望ましい。ただし、既設管内に整流区間５１を設ける場合には、マンホールの設置を省略することもできる。

次に、上流側下水管５と整流区間５１の境界の接合について説明する。境界の接合部分の管底部形状は、図３（ａ）平面図および（ｂ）断面図に示したように、上流側から下流側に向かって徐々に管径が狭くなる（図３（ａ））半円形の溝（図３（ｂ））を設定している。通常、円滑な流下のために、断面の変更点にはマンホールを設置しその底面には半円形の溝（インバート）が設けられる。本発明では、そのインバートを、図３に示したように上流側から下流側に向かって徐々に細くなるインバートとして急縮小に対応している。なお、既設管に整流区間５１を設ける場合には、既設管の内部に整流区間５１の内径とする径と同径のヒューム管（半割管）、もしくは塩化ビニル管を挿入することで整流区間５１を設けることも可能である。

次に、図４に示すように、整流区間５１の途中で別の下水管５２を合流させる場合について説明する。下水道は市街地にあっては全て道路下に敷設されるため、整流区間５１の途中の箇所へ下水管を合流させなければならない場合もある。その場合には、合流による流下量の増大に対応するために、図４に示すように整流区間５１の途中である合流点に、会合点合流マンホールＢ２を設置する。以下、説明の便宜のために、その上流側を整流区間５１ａとし、下流側を整流区間５１ｂと称する。ここで、整流区間５１ｂの管径は、整流区間５１ａの管径よりも大きいものとする（図示せず）。また、これに伴い、下向流部ベント管２の管径も、整流区間５１ｂと同径の下水管とする。具体的には、例えば上流側下水管５の管径が４００ｍｍの場合には、整流区間５１ａの管径は３５０ｍｍとし、整流区間５１ｂの管径は４００ｍｍとして、下向流部ベント管２の管径はそれと同径の４００ｍｍとするのが好ましい。このように、本発明の整流区間５１を設定するにあたり、整流区間内で別の下水管５２の合流がある場合には、合流点の上流側と下流側で整流区間５１の下水管の内径が異なることとなる。すなわち、整流区間５１の下水管の内径は、合流点の上流側整流区間５１ａでは下向流部ベント管２の内径以下の内径となり、合流点の下流側整流区間５１ｂでは下向流部ベント管２の内径と同等の内径となる。実際の施工において、このように整流区間５１を設けるにあっては、整流区間５１ａで上流側下水管５より１ランク下の規格品内径の管を使用し、整流区間５１ｂでは、整流区間５１ａより１ランク上の規格品内径の管を使用するようにすると、設計施工上、簡便かつコスト的に有利である。

更に、本発明のベント管伏越し構造１では、図５に示すように、上述の整流区間５１の設定と共に、下向流部ベント管２の傾斜角（ベント角）θ１を３０度以下とすることが望ましい。一般的に、ベント管伏越し構造における下向流部ベント管の傾斜角θ２は４５度に設定される。これに対し、この傾斜角θ２を３０度以下（θ１）とすることで、以下に説明するように、浮遊性夾雑物に対する掃流力を高めることができる。

本発明では、上流側下水管５の所定区間に整流区間５１を設け、かつ下向流部ベント管２の傾斜角θ２を３０度以下とすることで、上流側下水管５からベント管へ流入する接続点の乱流状態を緩和し、ベント管内の気泡の発生を防止することで所要の損失水頭Ｈによる位置エネルギーが減殺されることを防ぐ。これにより、機械力に頼らずとも下水自体の流下力によって常時、浮遊性夾雑物を流下除去することが可能となる。また豪雨災害時において、想定していた以上の浮遊性夾雑物等が流入しその除去が必要となった場合にも、後述する本発明の浮遊性夾雑物除去手段による圧力水の噴射の効果を高めることによって、より効果的に下水中の浮遊性夾雑物を流下除去できる状態を創出する効果を有する。更に、下向流部ベント管２の傾斜角が一般的な４５度の場合に比べると、傾斜角を３０度以下とした場合には下向流部ベント管２の入口部水面ｗ１も止水時水面ｗ２も共に水面面積が広くなる（図５）。よって、浮遊性夾雑物の積層厚が薄くなる効果を期待でき、必要とされる単位掃流力を小さくすることができる。加えて、下向流部ベント管２の傾斜角を３０度以下とすることで下流側に流下する流れの水平方向の分力を大きくして夾雑物が支障なく通過し易くなる効果がある。すなわち、水平方向の分力を比較すると、下向流部ベント管２の傾斜角が４５度ではｃｏｓ４５＝１／√２となり、傾斜角３０度ではｃｏｓ３０＝√３／２であるため、より大きな力が発生して浮遊物除去効果に有利となる利点がある。

なお、下向流部ベント管２の傾斜角を３０度以下に設定する場合には、ベント管の内径、伏越し構造毎の損失水頭Ｈ値、下向流部ベント管の長さ、ベント管の材質等の諸条件に影響されることがないため、どのような場合にあっても下向流部ベント管２の傾斜角を３０度以下とすることが好ましい。具体的角度は、伏越し構造を設置する現場の諸条件によるが、条件の許す限りより小さい角度として下向流部ベント管の傾斜を緩やかにすることが望ましい。

次に、図６を参照しながら、下向流部ベント管に設けられる浮遊性夾雑物除去手段７について説明する。本発明の浮遊性夾雑物除去手段７は、下向流部ベント管２の止水時の水面付近に開口する少なくとも１つの圧力水吐出孔７２から下向流部ベント管２内の止水時水面付近に向けて、必要に応じて、所定の時間、圧力水を噴出させることにより、
下向流部ベント管２の止水時水面付近に積層堆積した浮遊性夾雑物を流下除去させるものである。

本発明のベント管伏越し構造では、日常的に下水へ流入してくる浮遊性夾雑物に対しては、上述した整流区間５１の設定および下向流部ベント管の傾斜角の調整により、浮遊性夾雑物が下向流部ベント管２の止水時水面付近に積層堆積してしまうことを防止する。これに対して、ここで説明する浮遊性夾雑物除去手段７は、豪雨災害時や地震時等において、通常では考えられない程多量の木の葉や枯れ草等や衣類等の大きな流下物がベント管伏越しに流入してしまった場合等の不測の事態への備えとして設けられるものである。また、他にも、大量の油脂類等の流入や、非水溶性紙類の流入といった非日常的な不測の事態に対しても対応し得るものである。このように、本発明の浮遊性夾雑物除去手段７は、上記の整流区間５１の設定および下向流部ベント管傾斜角の調整のみでは対応しきれないような事態が生じたときに、非常時の緊急手段として作動させることにより、浮遊性夾雑物を流下除去する能力を一時的に増大させるためのものと位置付けられる。したがって、本発明の浮遊性夾雑物除去手段７は、日常的に常時稼働させるものではなく、必要が生じた際に所定時間、圧力水を噴出させることで、このような非日常的な夾雑物の積層堆積に対応するものと言える。

出願人はかつて、下向流部ベント管２の止水時の水面付近に堆積し易い浮遊性夾雑物の除去手段として、圧縮空気を供給して流下除去させる手段を提案した（特開２０１１－２２０１０６号公報）。しかしながら、圧縮空気を吐出させるこの方法では、供給した圧縮空気はその浮力のため下水の流下力に逆らって下向流部ベント管の入口（上流側端部）方向へ浮上しようとする。このため、浮遊性夾雑物の除去手段としては効果が低くなる。また、従来の伏越し構造では、下向流部ベント管の傾斜角（ベント角）は４５度に設定されるため、供給された空気は下向流部ベント管の上流側端部に設けられるマンホールへと逃げることとなり排気の問題を生じることはないが、本発明の伏越し構造を採用する場合では、上述のように下向流部ベント管２の傾斜角は３０度以下に設定されるため空気の浮力が働きにくくなっている。このため、特開２０１１－２２０１０６号公報において開示した圧縮空気による浮遊性夾雑物除去手段を本発明のベント管伏越し構造に適用すると、下向流部ベント管２の内部に吐出させた空気がベント管内に残留して空気塊が発生してしまうという問題がある。ベント管内において空気塊が発生すると、ベント管伏越し経路の損失水頭に相当する所要の損失水頭Ｈ分の水柱の相対密度が減少することとなり、ベント管に作用する静水圧が減じることで位置エネルギーが小さくなって下水の流下力が減衰されてしまうことになる。このため、下向流部ベント管２の傾斜角を３０度以下に設定する本発明のベント管伏越し構造においては、空気を吐出させる以外の方法による浮遊性夾雑物除去手段が必要となる。

本発明の浮遊性夾雑物除去手段７は、下向流部ベント管２の止水時の水面付近に開口する少なくとも１つの圧力水吐出孔７２とこの圧力水吐出孔７２に連通する圧力水注入管７１とを有し、圧力水注入管７１を介して圧力水吐出孔７２から下向流部ベント管内の止水時水面付近に向けて、必要に応じて所定の時間、圧力水が供給されるものである。ここで、止水時の水面とは、下水が流れていない場合における下向流部ベント管内の水面の位置のことであり、これはすなわち、ベント管伏越し構造の下流側に設けられる上向流部ベント管４の下流側端部における下流側下水管６の底部の標高に対応する、下向流部ベント管２内の標高位置となる。

このような構成で、圧縮空気ではなく圧力水を下向流部ベント管２の止水時水面付近に供給することで、ベント管断面内の同一流路内に流速がより大きい部分を創出することができる。この流速が大きい部分へ浮遊性夾雑物を含む緩い流速の流れが引き寄せられ、渦流となり浮遊性夾雑物を流下除去させるものである。このように強力な作用によって、特開２０１１－２２０１０６号公報で開示した圧縮空気吐出による夾雑物除去手段では、流下除去にまで至らなかった夾雑物をも流下除去させることが可能となるものである。

本発明の浮遊性夾雑物除去手段７は、上述のように日常的に稼働させるものではないため、圧力水として供給される水は、以下のような構成により貯蔵された雨水を利用することが好ましい。図１に示すように、ベント管伏越し構造においては、上流側下水管５の水位の変動による空気の排気や吸気の移動に対応するために脱臭型吸排気槽９が設けられる。この脱臭型吸排気槽９の下部構造に、例えば略０．１～０．３立方メートル程度の地下水槽９１を設けて雨水を貯蔵できる構成にし、必要時に、例えば携行用ミニ増圧ポンプを接続することで、この貯留水を浮遊性夾雑物除去手段７に供給可能とするように構成することが好ましい。なお、脱臭型吸排気槽９に設ける地下水槽９１は、図６に示すように、水槽上方に漏斗状の集水部９２を設け、雨水が上面のグレーチングを通過して地下水槽９１に溜まる構造にすることが望ましい。。この漏斗状集水部９２の円錐先端から下方に伸びる、いわゆる足と呼ばれる管の先端を地下水槽底面よりやや上方（例えば、底面より略５ｃｍの高さ）まで伸ばした構造とすることが好ましい。このように構成することで、降雨時に集められた雨水は地下水槽９１の底面付近に流入し、余剰水は地下水槽９１の上部オーバーフロー管から側溝や排水路に流れることになるため、降雨の発生毎に貯留水の入れ替えが行われることとなり、貯留水の管理上好ましいと言える。

次に、本発明の浮遊性夾雑物除去手段７の圧力水吐出孔７２について説明する。圧力水吐出孔７２は、下向流部ベント管２の止水時水面付近へ向けて圧力水を噴出するように設けられるものであり、本発明の浮遊性夾雑物除去手段７においては少なくとも１つの圧力水吐出孔７２が、下向流部ベント管２の管頂部に下水の流れ方向（すなわち下流側方向）に向けて開口するように設けられる。具体的には、ベント管の内径に合わせて１～３個の圧力水吐出孔７２を設けることが好ましい。複数個の圧力水吐出孔７２を設ける場合には、下向流部ベント管２の止水時水面を中心として、上流側または下流側に所定の間隔を隔てた位置に設けることが好ましく、以下、圧力水吐出孔７２の位置について詳述する。

具体的には、下向流部ベント管２の内径が２００ｍｍ以下の場合には、下向流部ベント管２の止水時水面の高さに第１圧力水吐出孔７２ａのみの１か所に設けるのが好ましい。
そして、下向流部ベント管の内径が２５０ｍｍから３５０ｍｍの場合には、下向流部ベント管の止水時水面の高さの第１圧力水吐出孔７２ａに加えて、この第１圧力水吐出孔７２ａから上流側に所定の間隔を隔てた位置、すなわち止水時水面より上方の高さに第２圧力水吐出孔７２ｂを設けて、計２か所で開口するように構成するのが好ましい。更に、下向流部ベント管の内径が４００ｍｍ以上の場合には、上述の第１圧力水吐出孔７２ａと第２圧力水吐出孔７２ｂの２か所に加えて、第１圧力水吐出孔７２ａより下流側に所定の間隔を隔てた位置、すなわち止水時水面より下方の位置である止水時水中となる位置に、第３圧力水吐出孔７２ｃを設けて、計３か所で開口するように構成することが好ましい。なお、ここでいう所定の間隔とは、例えば概ね５ｃｍ程度が適当である。

本発明のベント管伏越し構造における上向流部ベント管４は、その傾斜角（ベント角）θ３を３８度から３０度に設定される（図７）。上流側の下向流部ベント管２における浮遊性夾雑物への対策として、上述の上流側下水管５への整流区間５１の設定、下向流部ベント管２への浮遊性夾雑物除去手段７の設定、および下向流部ベント管傾斜角（３０度以下）の設定を行い、これに加えて、下流側の上向流部ベント管４における沈降性夾雑物への対策として、下流側の上向流部ベント管の傾斜角を、通常設定される傾斜角（θ４：例えば４５度）より緩やかな傾斜角（θ３）として３８度から３０度に調整するものである。総合的にこれらの構成とすることで、ベント管伏越し構造の上流から下流までのベント管全体について、日常的な下水の流れのみで効果的に夾雑物を流下除去させることが可能となり、特別な管理をすることなくベント管の閉塞を防止することができる。具体的には、本発明における上向流部ベント管４の傾斜角は、例えば、上向流部ベント管４の内径が１５０ｍｍの場合には３８度とし、上向流部ベント管４の内径が２００ｍｍ以上の場合に３０度とすることが好ましい。

次に、図８を参照しながら、上向流部ベント管４に設けられる沈降性夾雑物除去手段８について説明する。この沈降性夾雑物除去手段８は、前述の上向流部ベント管４の傾斜角（３８度から３０度）設定と同時に実施することで相乗効果が得られる点で望ましいものである。沈降性夾雑物除去手段８は、図８に示すように、上向流部ベント管４に圧縮空気を供給する空気吐出孔８１ａ、８２ａと、この空気吐出孔８１ａ、８２ａにそれぞれ連通する空気管８１、８２を備えるものである。この構成により、上向流部ベント管４に圧縮空気を供給することで、主に横向流部ベント管３と上向流部ベント管４の繋ぎ部分付近に沈殿堆積している沈降性夾雑物を、空気吐出孔８１ａ、８２ａから噴出させた空気の浮遊力により掻揚げることによって、下水の流下力により沈降性夾雑物を下流へ流下除去させるものである。

沈降性夾雑物除去手段８の具体的な構成は、例えば図８に示すように、上向流部ベント管４の上流側端部から、それぞれ下流側方向へ所定の間隔を隔てた位置で、下水流の下流方向に向けて開口する少なくとも１つの空気吐出孔８１ａ、８２ａと、この空気吐出孔８１ａ、８２ａにそれぞれ連通する空気管８１、８２とを有し、連通した空気管８１、８２を介して空気吐出孔８１ａ、８２ａから下流方向に向けて、適宜、所定の時間、圧縮空気を噴出させるものである。

空気吐出孔８１ａ、８２ａとこの空気吐出孔に連通する空気管８１、８２の好ましい具体的な構成態様としては、上向流部ベント管４内の上流側の内壁底面側に開口する空気吐出孔（以下、低段空気吐出孔８１ａと称する）と、この低段空気吐出孔８１ａよりも下流側の位置で上向流部ベント管４内に開口する空気吐出孔（以下、高段空気吐出孔８２ａと称する）を含み、低段空気吐出孔８１ａに連通する低段空気管８１は、高段空気吐出孔８２ａに連通する高段空気管８２の管径よりも小さい管径とすることが好ましい。このような構成で上向流部ベント管４に設けられた沈降性夾雑物除去手段８は、上述したように傾斜角を調整した上向流部ベント管４の掃流力をさらに増強し高機能化するものである。すなわち、日常的に継続して沈降性夾雑物の流下除去の役割を果たす傾斜角を調整した上向流部ベント管４と、豪雨災害時や地震時等の非常時における下水への一時的な夾雑物流入の増大に対する緊急対策的な役割を果たすための圧縮空気の噴出機構を備えた沈降性夾雑物除去手段８とを組み合わせることによって、ベント管伏越しの維持管理を容易かつ有効に行うものである。このため、この両発明は併設することにより、相乗効果を発揮するものである。

図８に示した本発明の沈降性夾雑物除去手段８の一実施態様では、上向流部ベント管４の上流側の内壁底面側から圧縮空気が吐出されるＵ型配管からなる低段空気吐出孔８１ａと、それより下流側の位置で圧縮空気が吐出されるＵ型配管からなる高段空気吐出孔８２ａの少なくとも２箇所の空気吐出孔８１ａ、８２ａを備える。そして、圧縮空気を給送するための空気管は、低段空気吐出孔８１ａに連通する低段空気管８１と、高段空気吐出孔８２ａに連通する高段空気管８２より構成され、図８に示すように、そのいずれも下流側端部は、上向流部ベント管４と下流側下水管６の接続部に設けられる下流マンホールＣの蓋の下に設けられた空気バルブ８３まで延伸されている。圧縮空気の注入時には、この空気バルブ８３に１本の空気管８４を介して、例えば携行用エンジン付きコンプレッサーＤを接続することで、空気吐出孔８１ａ、８２ａへ向けて圧縮空気を送り込むこととなる。ここで、空気管８４は、空気バルブ８３部分で低段空気管８１と高段空気管８２に分岐しているので、注入された空気は同時に同圧で低段空気管８１と高段空気管８２に分岐して注入されることとなり、それぞれ低段空気吐出孔８１ａと高段空気吐出孔８２ａから同時に圧縮空気が吐出されることとなる。なお、下流側マンホールＣは、一般的には公道の下に埋設されている。このため、蓋を開けて圧縮空気注入作業等を行うことが道路交通の支障となる場合もある。このような場合には、道路交通の支障にならない地点に水道用のハンドホール等を設け、このハンドホール内に空気管と接続するための空気バルブを取り付けるようにしてもよい。

空気管については、コンプレッサーに接続された１本の空気管８４から分岐される低段空気管８１と高段空気管８２をそれぞれ管径が異なる空気管とすることが好ましい。これにより、コンプレッサーから同じ空気圧で空気を注入した場合に細い空気管の方が少ない空気量を力強く吐出する性質を利用することができる。すなわち、上向流部ベント管４の底部側で開口する低段空気吐出孔８１ａに連通する低段空気管８１を、高段空気管８２より細い管とすることで、低段空気吐出孔８１ａからは空気をより力強く吐出させて、ベント管底部に滞留し固着している沈降性夾雑物を効果的に巻き上げることが可能となる。

低段空気吐出孔８１ａは、図８に示すように上向流部ベント管４の上流側端部からやや下流側位置の上向流部ベント管４の底部側に設けられる。この位置に低段空気吐出孔８１ａを設けることで、沈降性夾雑物が堆積滞留し易い横向流部ベント管３と上向流部ベント管４の接続部付近に堆積した礫質土を掘り起こして下水の水流中に攪乱し、高段空気吐出孔８２ａ付近にまで礫質土等の沈降性夾雑物を移送させて流下除去することが可能となる。低段空気吐出孔８１ａを設ける位置は、このような効果を発揮できる範囲で、横向流部ベント管３と上向流部ベント管４の接続部付近の適切な位置に適宜設定することが可能である。 一般的に、許容されるベント管の閉塞率は、管の内径の３０％を上限として設定される。本発明の沈降性夾雑物除去手段８を実施するにあたっては、沈降性夾雑物の堆積による管閉塞がこの許容閉塞率内となるように、ベント管伏越しの規模や設置条件に合わせて低段空気吐出孔８１ａの数および位置を適宜設定することが可能である。

なお、この堆積礫質土は、下水の流量が少なくなる夜間等に砂礫の間隙へ粘性土の細粒分が入り込むことで固結し堆積層を形成したものである。長期間放置された場合には、経年的な変化を起こして、より強固な堆積層になり易い。このような堆積層に対しては、そこへ圧縮空気を噴出することによって、掘削するとともに空気の浮力をも利用して流下させることが効果的である。更に、上述のように、低段空気管８１を、高段空気管８２よりも細い管として、両管に同時に圧縮空気を注入する方法を採用することにより、細い方の空気管と連通する低段空気吐出孔８１ａからは、より少ない空気量で力強く空気が噴出させることができるため、このように固結した堆積層に対してより効果的である。具体的には、低段空気管８１は内径２ｍｍ程度とすることが効果的である。

以下、具体的な一実施態様について説明する。低段空気管８１と高段空気管８２は、上向流部ベント管４の底面側外壁に沿った状態で結束する。低段空気吐出孔８１ａは、横向流部ベント管３と上向流部ベント管４の接続部から、上向流部ベント管４の内径の０．５倍分の長さだけ上流側へ離れた位置で開口するように設定される。そして、高段空気吐出孔８２ａは、横向流部ベント管３と上向流部ベント管４の接続部から、上向流部ベント管４の内径の１．１倍分の長さだけ上流側へ離れた位置で開口するように設定される。具体的には、低段空気吐出孔８１ａは、上向流部ベント管４の管壁に略３ｍｍ径の穿孔を施し、流路断面底辺の一点から下流側にのみ作用するＵ型配管とすることで設けられる。そして、高段空気吐出孔８２ａは、上向流部ベント管４の管壁に略７ｍｍ径の穿孔を施し、流路断面底辺の一点から下流側にのみ作用するＵ型配管とすることで設けられる。低段および高段のいずれの空気吐出孔８１ａ、８２ａも、図８に示すように、先端の略３ｃｍを下水流の下流方向へ向けて、上向流部ベント管４の管内に突出させて設けられる。上述のように、上向流部ベント管４の傾斜角を３８度から３０度に調整すると共に、この両空気吐出孔８１ａ、８２ａより上流方向へ向けて圧縮空気が噴出されることによって、沈降性夾雑物を流下除去させる作用を向上させるものである。

なお、上向流部ベント管４の延長が２．５ｍ以下であるようなベント管伏越しの場合には、上向流部ベント管４の傾斜角を３８度から３０度に調整することで、沈降性夾雑物除去手段８における圧縮空気を噴出させる空気吐出孔は、高段空気吐出孔８２ａの１か所のみに設けるようにしても、本発明の沈降性夾雑物除去手段８の効果を十分に得ることが可能である。この場合は当然ながら、空気バルブ８３から分岐させる低段空気管８１や低段空気吐出孔８１ａを設ける必要がなくなるので、ベント管伏越しの施工が簡便になるメリットがある。

図８に示した実施態様では、空気吐出孔を形成するものとして、上向流部ベント管４の上流側底面から圧縮空気を吐出させる低段空気吐出孔８１ａと、それよりも下流側の位置で空気を吐出させる高段空気吐出孔８２ａを備えている。空気吐出孔８１ａ、８２ａは、流路断面底辺の一点から下流側にのみ作用するＵ型配管が使用され、この空気吐出孔から下流方向に向けて、略１．０ＭＰａ（メガパスカル）で圧縮空気が噴出される。この圧縮空気の注入によって、粒径５ｍｍの砂より大きい粒径の砂や小石が掻き上げられ流下除去されることとなる。よって地震や豪雨災害時等の非常時に、所定の時間、圧縮空気を上向流部ベント管４へ供給することによって、ベント管伏越しの維持管理をさらに向上させることとなる。

上述の特開２０１１－２２０１０６号公報で開示されている圧縮空気注入手段における空気吐出孔（開口孔）は、９０度曲管（エルボ）の空気管で構成されていた。ここで、上向流部ベント管４の内径が２００ｍｍの場合には、ベント管の管厚は６．５ｍｍであるので、この管厚６．５ｍｍを糊しろとして空気吐出孔が設けられることとなる。このように接着面が薄い部分から略１．０ＭＰａの圧力で流路に直交する方向へ圧縮空気を噴出させると、反力の作用によって開口孔の接着面に亀裂や剥離が生じるおそれがあった。開口孔接着面に亀裂や剥離が生じると、その隙間から土砂がベント管内に入り込むこととなるため、ベント管の閉塞リスクを増幅させることとなる。この点を改善すべく、本発明の沈降性夾雑物除去手段８を設定するにあたっては、低段空気吐出孔８１ａ、高段空気吐出孔８２ａともに、上述のように流路断面底辺の一点から下流側にのみ作用するＵ型配管とすることが望ましい。これにより、圧縮空気吐出時の反力に耐えると共に、上向流部ベント管４への空気管の接続に伴う歪応力の発生もなく、かつ下流方向に向けて注入する圧縮空気の全量が下流側へ作用する。また、地震や地盤沈下等による上向流部ベント管と空気管の相対位置ズレが発生した場合にも上向流部ベント管の破損を防止することができる。

低段空気管８１は、エアファイバ用チューブ、外径略１．８ｍｍ、内径略１．２ｍｍ、耐圧略１．４７Ｍｐのものを特に好ましく用いることができる。他にも膨潤現象のないシリコンチューブや樹脂チューブを好ましく用いることができる。また、高段空気管８２は、ポリウレタンチューブ、外径略１０ｍｍ、内径略６ｍｍのものを特に好ましく用いることができる。他にも膨潤現象のないシリコンチューブや樹脂チューブを好ましく用いることができる。

なお、出願人の経験上、伏越し構造に使用されたポリウレタンチューブの経年劣化が問題となった事例はないが、より安全を期するために鞘管を使用することは好ましい。具体的には、鞘管として耐衝撃性硬質ポリ塩化ビニル管、内径１３ｍｍ、外径１８ｍｍの水道管を使用し、ここに外径略１０ｍｍ、内径略６ｍｍのポリウレタンチューブを空気管８２として挿入することで、外径１８ｍｍ、内径略６ｍｍの二重管としたものを高段空気管８２として用いることができる。更に、超長期間使用が想定される場合等には更に安全を期して、高段空気吐出孔部分である高段空気吐出孔８２ａとポリウレタンチューブの継手部をねじ式とすることが好ましい。このような構成とすることで、万が一、ポリウレタンチューブに劣化が認められた場合には、空気管８２の上流側端部が接続される、下流側マンホールＣの蓋下に設けられた空気バルブ部８３から、劣化したポリウレタンチューブのみを引き抜くことが可能となる。ポリウレタンチューブを引き抜いた後は、残存している鞘管である１３ｍｍ水道管を引き続き高段空気管８２として使用することが可能となる。

以下、本発明のベント管伏越し構造の一実施態様における下向流部ベント管２および上向流部ベント管４の傾斜角（ベント角）の具体的な調整方法について詳述する。上向流部ベント管４に傾斜角３８度から３０度を設定するには、図９に示すように、所望の角度を構成するための自在曲管（短管）４３とゴム輪継手を、横向流部ベント管３と上向流部ベント管４の接続部に用いることで設定する。傾斜角を３０度に設定する場合には、曲管（下水道管用曲管３０度曲がり）４３を用いて設定する。そして、傾斜角３８度に設定する場合には、３０度下水道用ゴム輪受口自在曲管を使用し、残りの８度分について、１５度の可動範囲を有する自在曲管のゴム輪受口を上向流部ベント管４の上流側端部の差し込み口へ向け、自在曲管のゴム輪受口の可動範囲１５度を利用して８度分の調整を行うことで傾斜角３８度に設定する。ここで、上向流部ベント管４を開削工法で施工する場合には、傾斜角を３８度から３０度に設定することに拘らず、より小さい傾斜角で施工上可能な限り３８度から３０度に設定するのがよい。

また、下向流部ベント管２を傾斜角３０度以下に設定するには、図９に示した上向流部ベント管４の場合と同様に、所要の角度を構成する自在曲管（短管）とゴム輪継手を、下向流部ベント管２と横向流部ベント管３の接続部に用いることで設定される。例えば、内径１５０～３００ｍｍの下向流部ベント管２の傾斜角を３０度以下に設定する場合には、可撓止水継手からなる下水道用硬質塩化ビニル管の規格品を、この自在曲管として使用することができる。更に、ゴム輪継手は、前後左右方向へ１５度以内の可動域を有するため、曲管の曲率に加えてこのゴム輪継手の可動域を利用することができる。すなわち、１５度もしくは３０度の自在曲管にゴム輪継手を組み合わせることによって、下向流部ベント管２の傾斜角は、３０度以下の端数を有する所望の角度に設定することも可能である。また、これにより、１本の曲管で傾斜角３０度以下を保ちつつ縦断流路以外の流路を有する伏越し構造の建設をも可能にする。例えば、図１０に示したようにＬ字型流路の他、Ｔ字型、コの字型等の多様な線形の流路が必要な場合であっても対応可能である。

また、下向流部ベント管２の内径が３５０ｍｍ以上である場合には、特殊曲管（フランジ曲管）やダクタイル鋳鉄任意曲管（内面コーティング）等を用いることで、規格品として１度～５度５／８～１１度１／４～２２度１／２～３０度の曲管が１度毎に存在するので、同様に、傾斜角を３０度以下の端数を有する所望の角度に設定することができる。しかし、ここで、ベント管の内径が３５０ｍｍ以上である場合には、自在曲管（下水道用硬質塩化ビニル管規格品）が存在しないことを考慮する必要がある。このため、ベント管を縦断流路方向へ傾斜角を設けるのみならず、同時に平面線形方向にも屈曲させるためには２本の曲管を連結して使用する必要がある。例えば、図１０に示すように、下水管が河川等と並行方向になるようにベント管をＬ字型とする場合には、６０度曲管を横向流部ベント管３に連接させ、１つの屈曲点で所望の傾斜角が設定されるようにする。ここで、傾斜角に２つの屈曲点を作ってしまうことのないように、平面線形方向の曲がりを６０度曲管を用いて設定してから、傾斜角３０度以下の縦断方向の曲がりを設定するような工法は避けるべきである。そのような工法では、水平方向の６０度屈曲点と縦断方向の３０度以下の屈曲点が発生することとなり、屈曲点が増えることにより伏越し経路の損失水頭に相当する伏越し落差ΔＨを大きくしてしまうこととなる。

更に、一般には公道下に埋設される下水管を河川等を通過させる場合において、橋梁部分での地震時等の橋台等の付加荷重を避けるために、図１１に示すように、道路の橋梁部分の真下を避けて下水管を設置する場合について説明する。図１１に示すように、上流側下水管５および下流側下水管６は道路の真下に建設されるが、ベント管伏越し構造の横向流部ベント管３を道路の橋梁部分の真下を避けて一般河床に埋設させる構造とする場合がある。この構造では、下向流部ベント管２は道路真下から徐々に外れ、一般河床に埋設された横向流部ベント管３へと向かい、上向流部ベント管４は横向流部ベント管３が埋設されている一般河床から徐々に外れ、道路真下へと戻る構造となっており、縦断的方向と平面的方向に同時に曲がる曲管構造が必要となる。しかし、下水管内径が３５０ｍｍ以上の場合には、下水道用硬質塩化ビニル管規格品としての自在曲管が存在しないために、例えば、横向流部ベント管３と上向流部ベント管４の接合部分では、下段に６０度曲管を水平方向へ曲げるように装着してから、その上段に３０度曲管を上向きに曲げるように連接させることで、縦断的方向と平面的方向に曲がる曲管構造が施工されるおそれがあるため、必要損失水頭を適宜、大きくすることになる。このように施工された曲管構造に、上述の本発明の沈降性夾雑物除去手段８によって圧縮空気を供給した場合には、次のような問題が生じることとなる。すなわち、接合部下段の水平方向に曲がる６０度曲管に圧縮空気を供給しても、供給位置が横向流部ベント管３と同じ標高であるために効果が期待できない。また、接合部上段の３０度曲管へ圧縮空気を供給しても、沈降性夾雑物の堆積層から離れた位置での供給となるため、沈降性夾雑物を浮遊させる効果を十分に発揮することができない。

しかし、上述したように、内径１５０～３００ｍｍのベント管の場合には、可撓止水継手からなる下水道用硬質塩化ビニル管の規格品を自在曲管として使用し、また、ベント管の内径が３５０ｍｍ以上である場合には、特殊曲管（フランジ曲管）やダクタイル鋳鉄任意曲管（内面コーティング）等を用いることで、縦断的方向と平面的方向へ同時に曲がる曲管とすることが可能となる。また、このように下水管の設置は橋梁部分を避ける構造とした場合には、必然的に下向流部ベント管２と上向流部ベント管４の長さを長くすることとなるため、本発明である３０度以下の下向流部ベント管２の傾斜角および３８度から３０度の上向流部ベント管４の傾斜角をより小さく確保することが容易となる利点もある。以上より、本発明のベント管伏越し構造の採用は、このような橋梁部分を避けて下水管を設置する場合でも、効果的な夾雑物除去手段を備えつつ、橋梁基礎および下水管のいずれへも地震荷重等の影響を受けにくいベント管伏越し構造とすることができる。

以上のような構成とすることで、本発明のベント管伏越し構造では、夾雑物がベント管内に積層堆積や沈殿固結することが極めて少なくなるため、いわばメンテナンスフリーの状態を創出することができる。このため、清掃用の予備管を併設する必要がなく、予備管設置に伴って必要となる、ベント管起点に設けられる下水の予備管への切り換え堰や仕切り弁の設置も不要となる。このことは、これらの堰や弁による必要損失水頭の増加が生じないことを意味する。更に、堰や弁を設けることによる下水管の内径変化も生じないため、下水は下水管での状態を維持したまま伏越しベント管へ流入することになる。これにより、下水管における自然流下から圧力管であるベント管へ流入する境界点における浮遊性夾雑物の抵抗が少なくなるので、より滑らかに浮遊性夾雑物を下流へ流下させることが可能となる。このように、本発明のベント管伏越し構造の構成を総合的に採用し、清掃用予備管の設置を省くことで、本発明のベント管伏越し構造が有する夾雑物を流下除去させる能力を更に有利に発揮させることができる。

下水管の伏越し構造に関する産業に広く利用可能である。

１ ベント管伏越し構造
２ 下向流部ベント管
３ 横向流部ベント管
４ 上向流部ベント管
５ 上流側下水管
５１ 整流区間
６ 下流側下水管
７ 浮遊性夾雑物除去手段
７１ 圧力水注入管
７２ａ 第１圧力水吐出孔
７２ｂ 第２圧力水吐出孔
７２ｃ 第３圧力水吐出孔
８ 沈降性夾雑物除去手段
８１ 低段空気管
８１ａ 低段空気吐出孔
８２ 高段空気管
８２ａ 高段空気吐出孔
８３ 空気バルブ
８４ 空気管
９ 脱臭型吸排気槽
９１ 地下水槽
９２ 集水部
Ａ、Ｂ 上流側マンホール
Ｃ 下流側マンホール
Ｄ 携行用エンジン付きコンプレッサー

Claims (5)

1. 河川や地下道等の障害物の下を通り抜けるベント管と、
   このベント管内に付着または積層する夾雑物を除去する浮遊性夾雑物除去手段とを備え、
   上記ベント管は、
   上流側下水管の下流側端部から下流方向下向きに傾斜して延びる下向流部ベント管と、
   上記下向流部ベント管の下方端部から障害物の下を通って下流方向に延びる横向流部ベント管と、
   上記横向流部ベント管の下流側端部から下流側下水管の上流側端部へ下流方向上向きに傾斜して延びる上向流部ベント管とを含み、
   上記下向流部ベント管の傾斜角が３０度以下であるとともに、
   上記上流側下水管の所定区間に整流区間を備え、
   この整流区間の管径は、上記下向流部ベント管の管径以下である
   ことを特徴とするベント管伏越し構造。
2. 上記浮遊性夾雑物除去手段は、
   下向流部ベント管の止水時水面付近に開口する少なくとも１つの圧力水吐出孔と、
   この圧力水吐出孔に連通する圧力水注入管とを有し、
   上記圧力水吐出孔から連通した圧力水注入管を介して、
   上記下向流部ベント管内の止水時水面付近に向けて、
   所定の時間毎に所定の時間、圧力水が供給される
   ことを特徴とする請求項１に記載のベント管伏越し構造。
3. 下向流部ベント管に設けられた複数の上記圧力水吐出孔が、
   下向流部ベント管の止水時水面付近および、
   上流側または下流側へ所定の間隔を隔てた位置に設けられている
   請求項２に記載のベント管伏越し構造。
4. 上記上向流部ベント管は、
   傾斜角が３８度から３０度であるとともに、沈降性夾雑物除去手段を備え、
   この沈降性夾雑物除去手段は、
   前記上向流部ベント管の上流側端部から下流側へそれぞれ所定の間隔を隔てた位置で下流方向に向けて開口する少なくとも１つの空気吐出孔と、
   この空気吐出孔それぞれに連通する空気管とを有し、
   上記空気吐出孔から連通した空気管を介して、上記上向流部の下流方向に向けて、適宜、所定の時間、圧縮空気が供給される
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のベント管伏越し構造。
5. 上記空気吐出孔は、
   上記上向流部ベント管内に開口する低段空気吐出孔と、
   この低段空気吐出孔よりも下流側の位置で上記上向流部ベント管内に開口する高段空気吐出孔を含み、
   上記低段空気吐出孔に連通する低段空気管の管径は、
   上記高段空気吐出孔に連通する高段空気管の管径よりも小さい
   ことを特徴とする請求項４に記載のベント管伏越し構造。
   

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