JP3368844B2 - 推進工法用の耐震管および推進工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非開削で新しい管路
を形成し、または老朽化した管路を新管に更新するため
の推進工法に使用する耐震管に係る。

【０００２】

【従来の技術】水道、ガス、電気などを送る地中埋設管
は、従来まで地表から管路に沿って敷設用の長溝を掘削
する開削工法が主体であったが、昨今の慢性的な道路渋
滞などのため、この工法の適用が難しくなっており、と
くに大都市圏ではこの傾向が著しいので、非開削工法に
よる工事がますます増える状況にある。非開削工法の代
表的なものは推進工法であり、従来は労働災害防止の観
点から内径８００ｍｍ以上と規定された鞘管の先頭に刃
口を取り付けて掘進しながら水平方向に圧入して仮管路
を形成し、さらにその仮管路内へ一回り小口径の本館を
引き込んで固定するパイプインパイプ方式が一般である
が、鞘管による仮管路形成とその中へ本管路を形成する
という煩瑣な二重工程を解消するために開発された専用
の推進工法用の管もある。管の材質としては高耐荷力方
式の対象として鋼管、鉄筋コンクリート管、ダクタイル
鋳鉄管、陶管、複合管（二重管）など種々提起されてい
る。

【０００３】現在、水道管路の形成にはダクタイル鋳鉄
管が主体となっているが、ダクタイル鋳鉄管を使用した
パイプインパイプ工法用管としては、図４に示す推進工
法用管が使用され、図（Ａ）はＰI形継手、図（Ｂ）は
ＰII形として規定されている。図５はパイプインパイプ
工法の原理を示した縦断正面図であり、発進竪坑Ｈを掘
削してまず鞘管Ｔを地盤内へほぼ水平に推進して仮管路
を形成し、この鞘管内に新しい推進用管１００をほぼ同
軸に押し込んでは接合を繰り返して新しい管路を形成
し、この図の例では鞘管Ｔと新管１００との間に形成さ
れた断面環状の空間内へグラウトポンプＰとミキサーＭ
を作動してセメントモルタルを注入充填して新管の位置
を固定する仕組を取っている。

【０００４】推進力の伝達は図（Ａ）のＰI形では受口
１０１と挿し口１０２との間に介装した受口リング１０
３を介して挿し口先端と受口最深部の段差面との間を通
じて行なわれ、図（Ｂ）のＰII形では受口２０１にセッ
トボルト２０３によって装着されたロックリング２０４
と挿し口２０２に刻設したロックリング用溝２０５の端
面との間で行なわれる。このＰII形は図のようにロック
リング用溝２０５の幅をロックリング２０４の幅よりも
長く設定しているので、推進工法時に後続管からの推力
を受けると、ロックリング２０４がロックリング用溝２
０５の溝表面を摺動して端面に衝き当るまで押し込まれ
た後、ロックリング用溝端面を受圧面として先行管全体
を押し込む形となる。従って推進工事の終了した管路に
おいては、両者の幅の差だけ伸び側へ管軸方向変位を許
容する隙間が保たれ、その意味で管軸の伸び側に対する
耐震性を具えていると言える。

【０００５】パイプインパイプ工法は老朽化した既設管
路を非開削で更新する場合にも適用される。このときは
既設管自体を鞘管としてその中へ新管を挿通するだけで
足りるから煩瑣な二重工程を回避でき、管路更新に対す
る新しい選択肢として脚光を浴びるようになっている
が、新管路を非開削で敷設する本来の施工にも依然とし
て多用され、その生産性の低さと工事期間の長さなどに
改善を求める声が高い。

【０００６】この二重工程を避けるために鞘管を使用せ
ず直接地盤中へ水平に新管を押し込む専用の推進工法用
管も開発され実用化されている。図６の図（Ａ）：Ｔ形
継手、図（Ｂ）：Ｕ形継手、図（Ｃ）：ＵＦ形継手のよ
うに、ダクタイル鋳鉄管の全長に亘って受口外周の最大
外径と少なくとも同径となるように鉄筋入りの外装コン
クリート３０４，４０４，５０６を被覆して単純な円筒
体に成形したものである。施工に当っては発進竪坑内で
先頭に刃口を取り付け、後背から油圧ジャッキなどによ
る推進力を管の後端から直接加えて推進するように構成
したものである。この場合推進力の伝達はＴ形、Ｕ形継
手の場合は挿し口３０２、４０２の外周面上に固着した
フランジ３０３、４０３と、後続管の受口３０１、４０
１の端面であり、図（Ｃ）のＵＦ形継手の場合は受口５
０１にセットボルト５０３によって内周面側へ突出固定
したロックリング５０４と挿し口５０２に刻設したロッ
クリング用溝５０５の端面との接触面を介した押圧作用
によって行なわれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】現在の地下埋設管路に
対する重要な課題の一つは、すでに述べたように非開削
で新しい管路を形成し、または老朽化した管路を更新す
ることである。他の重要課題として阪神淡路大震災の教
訓から突発的に過大な外力が直撃した場合でも、これに
耐え得る耐震性の強化である。前者は推進工法の開発、
普及によってほぼ対応できるが、背後からの推進力を管
自体を受圧媒体として前方へ伝えるという工法の本質
上、後者は前者と両立し難い課題に直面する。

【０００８】図６に示したＴ形、Ｕ形、ＵＦ形継手はす
べて一体構造管路として総括されるが、急激な外力に遭
遇したとき、管同士の継手に伸縮機能が働いて外力を吸
収する構造ではないから、外力が素材の剛性を超えれば
直ちに破壊する危険性がある。一方、図４のパイプイン
パイプ工法についても、ＰI,ＰII形ともに伸び方向に対
しては管同士の相対的な距離を移動できるが、縮み方向
に対しては移動を許容する余裕は完全に消滅している。
ＰII形については前述のようにロックリング用溝の幅を
ロックリングよりも広く設定しているが、後方からの推
進力の伝達によってその胴隙間は管軸の伸び側にのみ偏
り、縮み側に対しては０とならざるを得ないのである。

【０００９】耐震性に関しては、伸縮性の他に可撓性や
管同士の離脱防止機能も重要視される。可撓性から見れ
ば、図６のＴ形、Ｕ形は挿し口に溶接したフランジ３０
３、４０３と後続管の受口とをボルトナットで螺合する
から全くの剛性体であり、その点ＵＦ，ＰI,ＰII各形が
優越する。しかしＰI形は伸び側に歯止めが掛らないか
ら離脱防止の機能がなく、その点ＵＦ，ＰII形が優越す
る。

【００１０】しかしながらＵＦ，ＰI形、ＰII形には推
進工法用の管としては、必ずしも適性ではない要素が含
まれる。すなわちＵＦ形、ＰII形の推進力伝達はロック
リング〜ロックリング用溝の側面間であり、ＰI形のそ
れは挿し口先端と受口段差面間であって、何れも狭小な
受圧面積に限られ、先行管全体へ推進力を伝達するには
極めて不利な強度的制約とならざるを得ない。これに対
応するためには推進力を低いレベルに抑えたり、管厚を
増強する他ない。

【００１１】パイプインパイプ方式の場合は言うまでも
なく２工程の推進作業を重複するのであるから、工期が
長く工事費が嵩むという経済的な不利がある。またこの
工法においては、一旦、鞘管を連通して形成した仮管路
内へ推進管を挿通するのであるから、屈曲した管路にお
いては推進管を真っ直ぐ通して躱せるだけ一回り大きい
曲率の鞘管を介装しなければならない不利もある。二重
工程を回避したＴ形、Ｕ形などの推進工法用管では強大
な推進力に耐えられる強度を確保するために、外装コン
クリートに鉄筋を配筋して強化しなければならず、管自
体の生産性や加工費用に大きな負担を強いられる。

【００１２】推進工法に関連する分野に検索を拡げてみ
てもこの命題に叶う従来技術は見出せない。たとえば特
開平５−３２１５８０号は推進用二重鋼管に係り、内管
とその外周を覆う中間材とその外周に摺動自在の外管よ
りなる二重鋼管であって、さらに発泡スチロール材など
からなるクッション材を外管内面に添着して摺動しやす
くしたことを要旨とする。しかし、この内管同士を溶接
して管路を形成するのであるから本質的に伸縮性とは無
縁である。関連する従来技術である特開平６−２７２４
７９号、特開平６−２５７３８９号なども同様である。
老朽化したダクタイル鋳鉄管を新管と更新するために旧
管の受口部だけを破壊する推進工法用の先導管に係る特
開平５−３３５８８号などもあるが、これも新管の耐震
性について関連する接点は全く認められない。

【００１３】以上述べたように要素別に分析した結果、
耐震性（軸方向の伸縮性、可撓性、離脱防止性）と推進
工法の要件すべてを両立させた理想的な推進工法用の耐
震管や工法は未だ認められないことが明瞭となった。本
発明は該理想に叶った耐震管および工法の提供を目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る推進工法用
の耐震管は鉄筋コンクリート管よりなる外管１と、該外
管１の内周面に摺動自在に内嵌し管軸方向に空隙層２１
を切り欠いた環状の充填層２によって外管１と同軸に位
置決めされるダクタイル鋳鉄管よりなる内管３によって
二重管を形成し、外管挿し口１１の端面と内管受口３１
の端面とが同一面にあるとともに、他端の外管受口１２
の端面からさらに突出する内管挿し口３２が先行する二
重管の内管受口３１Ａと接合し、かつ、推進工法による
管路形成後において内管挿し口先端の挿し口突起３３と
先行する内管受口最深部の段差面３４Ａとの間に縮み許
容量を、また挿し口突起３３と先行する内管受口突起３
５Ａとの間に伸び許容量をそれぞれ維持して伸縮性、離
脱防止性、可撓性を具えた耐震構造としたことによって
前記の課題を解決した。

【００１５】この基本構造に対してより具体的には、外
管受口１２の端面から突出する内管挿し口３２の全長Ｌ
が、推進工法による管路形成後において縮み許容量Ｙと
伸び許容量Ｘとが挿し口突起３３を挟んでほぼ等しく配
分されるように挿し口突起３３、受口突起３５の位置と
寸法に基づいて設定したこと、さらに空隙層２１の軸方
向の長さＺが、少なくとも前記縮み許容量Ｙまたは伸び
許容量Ｘよりも大きく設定した形態が望ましい。

【００１６】またダクタイル鋳鉄管を含む耐震管を使用
した非開削の推進工法としては、発進竪坑Ｈで鉄筋コン
クリート管からなる外管１Ａと受口３１Ａ、挿し口３２
Ａを具えたダクタイル鋳鉄管よりなる内管３Ａを充填層
２Ａを介して同軸で複合した二重管の外管の端面を水平
に地盤内へ圧入し、続けて圧入する二重管の外管１の端
面とクッション材４を挟んで可撓性を以て接合したと
き、先行する内管受口３１Ａと後続する内管挿し口３２
とは受口突起３５Ａ、挿し口突起３３、段差面３４Ａに
よってそれぞれ距離を隔てて水封的に接合する位置関係
を形成し、該坑内において推進装置Ｊを作動して外管後
端面水平押圧力を付加して推進と接合とを交互に繰り返
し、外管１の移動とともに内管３も前記それぞれの位置
関係を維持したまま横方向に一体的に連行されて目的管
路の全長に及び、内管受口〜挿し口間に前記距離を隔て
た位置関係を維持した接合状態で推進工程を完結するこ
とによって前記の課題を解決した。

【００１７】本発明の構成によって外管挿し口１１の端
面と内管受口３１の端面が同一線上に一致し、推進力は
外管の後端面から先行する外管の端面に向けてのみ作用
するから、外力の付加が内管に及ぶことなく、外管の移
動に随伴して一体的に連行されるだけである。したがっ
て発進坑内で設定された内管の受口〜挿し口継合の位置
関係はそのまま推進完了時まで維持され、管継手内に設
けた縮み許容量と伸び許容量が持ち越されるとともに、
離脱防止、可撓性も具えた耐震構造の管路を形成する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）は本発明に係る耐震管
の実施形態の縦断正面図であり、同図（Ｂ）は接合した
場合の相互の位置関係を示した縦断正面図である。図に
おいて外管１は鉄筋コンクリート管（ヒューム管）を代
表とする高耐荷力管であり、その形状、寸法は何れも規
格化された標準品をそのまま適用すればよいから、現在
一般に使用されている推進装置を変更なしに転用できる
という大きな利点がある。図２（Ａ）は外管１の標準的
な形状であり、管の一端を長さＬ₁に亘って縮径した外
管挿し口１１を形成し、他端は長さＬ₂に亘る外管受口
１２を形成する。挿し口〜受口の接合は、図２（Ｂ）の
ように外管受口１２の外周面に固着したカラー１３の突
出部がシール材１４を介して先行する外管１Ａの外管挿
し口１１Ａと当接し、両管はそれぞれの端面間にクッシ
ョン材４を挟んで推進力を受けて圧接しているから、外
管同士の接合にも可撓性が具えられている。

【００１９】図１のように内管３は外管１の先端面と同
一レベルに整合して内装し、両管の間に充填層２を挟ん
で管軸が一致するように位置決めされている。充填層と
しては発泡スチロールなどの発泡性合成樹脂類が好適で
あり、外管内部へ内管を同軸に挿通して竪型ピットなど
の中に立て、両管間の環状空間へ発泡材を注入させるな
ど工業的手段で量産し出荷を待機させる体制が好まし
い。充填層２には空隙層２１を設けて外管に対して内管
が相対的に変位したとき、これを吸収するように図って
いる。そのため空隙層２１の全長は少なくとも内管の継
手内に設けた縮み許容量（伸び許容量）よりも大きく設
定しておくことが望ましい態様である。

【００２０】内管は図１の例ではＮＳ形の規格品を適用
したが、スリップオンタイプの耐震構造であれば特に問
うところではない。図（Ａ）において内管受口３１の先
端側にはシール用ゴム輪３６を嵌合し、受口突起３５の
典型例としてはロックリングが最も好ましく、またこの
ロックリングを円周均等に配置するように芯出しゴム３
７をロックリングの裏側に装着する。受口の最深部は段
差面３４であり、後続管の突出した内管挿し口の先端と
距離Ｙを隔てて対向する。この距離Ｙが縮み許容量であ
り、発進竪坑内で一旦、図（Ｂ）のように接合してしま
えば、推進を完了した管路形成に至るまでこの距離が変
ることはない。

【００２１】一方、クッション材４を含めた外管端面か
ら前方へ向けて距離Ｌだけ突出した内管挿し口の先端に
は挿し口突起３３が突設されている。図（Ｂ）のように
この挿し口突起３３の後端と先行管の受口突起（ロック
リング）３５Ａの前端間の距離Ｘが伸び許容量であり、
伸び側と縮み側とがほぼ等しく配分して接合するように
距離Ｌを挿し口突起、受口突起との寸法関係から設定す
ることが望ましい形態である。

【００２２】伸び側縮み側の許容量Ｘ，Ｙについては、
管の有効長さに対する比率を以て表示する基準（案）が
立案され、（財）国土開発技術研究センターの地下埋設
管路耐震継手の中に、伸縮性能Ｓ−1類（最高レベル）
として伸び側縮み側ともに管長の１％以上と規格化され
ている。本発明はこの最高レベルまたはそれ以上の伸縮
性能を具え、かつ推進工法の対象となる管継手として他
に類例のない両立した要件を具えた点に特徴がある。推
進工法自体は図５の従来技術と同様に発進竪坑Ｈ、油圧
ジャッキなどの推進装置Ｊをそのまま転用されるが、鞘
管Ｔを省略することは言うまでもない。

【００２３】図３は実施形態によって本発明の耐震性を
説明した縦断正面図であり、図（Ａ）は外力が働いて地
盤変位が発生して管継手が伸びた状態、図（Ｂ）は逆に
縮んだ状態、図（Ｃ）は屈曲した状態をそれぞれ示す。
継手が伸びるときは図（Ａ）のように外管１と１Ａとの
密着が離れ、内管３と３Ａも同じ移動を起こして相互の
位置関係を伸長して外力を吸収するが、内管挿し口突起
３３と受口突起３５Ａとが係止すればストッパ作用を起
こしそれ以上の移動を阻止するので管同士の離脱を許さ
ない。管継手が縮むときは図（Ｂ）のように外管同士の
相互関係は変らないが、内管のみが単独に変位行動を起
こし、挿し口突起３３の先端が先行管の受口段差面３４
Ａに衝き当るまで移動して外力を吸収する。また地震の
他、地盤の不同沈下などによっても管路に屈曲応力が負
荷することはあり得るが、図（Ｃ）のように外管、内管
ともに外力に順応して屈曲して吸収する作用を誘発す
る。この作用は、外管間のクッション材４、外管受口〜
挿し口間のシール用ゴム輪１４、内管の受口〜挿し口間
のゴム輪３６Ａ、芯出しゴム３７Ａの弾性変形によって
働くものであり、本発明に係る管路の可撓性を支える要
因である。

【００２４】

【発明の効果】本発明に係る推進工法用の耐震管は、従
来の推進工法では何れの形式に属していても不可能であ
った縮み側の管軸方向継手移動量を確保した点に大きな
特徴があり、文字通り管軸の両方向へ伸縮機能を具えて
可撓性、離脱防止機能の具有とともに理想的な耐震構造
を形成する。

【００２５】また推進工程中、推進力が外管の外端面を
通じてのみ伝達され内管には直接推進力が及ばないか
ら、過大な外力によって狭小な受圧面が損傷を受ける虞
れがなく、内管の管厚をむしろ薄くすることも可能とな
る。一方外管については従来から実績の高いヒューム管
の標準品（ＫＳＷＳ規格など）をそのまま流用すれば既
存の推進装置をそのまま転用できるという利点も看過で
きない。

【００２６】さらに本発明の二重管構造では、外管の挿
し口端面と内管の受口端面とが同一レベルに一致して後
続管と接合するから、カーブ推進が可能となり、従来の
鞘管のように湾曲部を直管が躱して通過できるように曲
率を大きく取る必要がなくなり、推進力を低く抑制でき
るメリットがある。

【００２７】推進工事の生産性に着目すれば、パイプイ
ンパイプ方式（ＰI形、ＰII形）は一般に２工程を要し
てしていたから、１工程で完結する本発明が優越するこ
とは当然である。また外装コンクリート管（Ｔ形など）
の推進工法は１工程で済むが、ダクタイル鋳鉄管の外周
に推進力に耐え得るように鉄筋コンクリートで強化した
外装工事を必要とするから、管自体の成形加工に要する
コストと時間は決して無視できない負担となり、単に内
外管の間へ発泡材などを流し込むだけの本発明充填層の
方が有利であることは論を待たない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の単管（Ａ）と接合状態
（Ｂ）をそれぞれ示す縦断正面図である。

【図２】実施形態のうち外管の一部断面正面図（Ａ）と
接合時の部分拡大断面図（Ｂ）である。

【図３】地盤変位が発生したときなどの継手の伸びた状
態（Ａ）、縮んだ状態（Ｂ）、屈曲した状態（Ｃ）をそ
れぞれ示す縦断正面図である。

【図４】パイプインパイプ工法に使用するＰI形
（Ａ）、ＰII形（Ｂ）継手の一部縦断正面図である。

【図５】パイプインパイプ工法の原理を説明する一部断
面正面図である。

【図６】推進工法に使用するＴ形（Ａ）、Ｕ形（Ｂ）、
ＵＦ形（Ｃ）の継手の一部縦断正面図である。

【符号の説明】

１ 外管 ２ 充填層 ３ 内管 ４ クッション材 11 外管挿し口 12 外管受口 13 カラー 21 空隙層 31 内管受口 32 内管挿し口 33 挿し口突起 34 段差面 35 受口突起（ロックリング） Ｈ 発進竪坑 Ｊ 推進装置（油圧ジャッキ）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−135843（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−197697（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06 311 F16L 1/024 F16L 9/14

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄筋コンクリート管よりなる外管１と、
   該外管１の内周面に充填層２を介して摺動自在に内嵌さ
   れるとともに外管１と同軸に位置決めされるダクタイル
   鋳鉄管よりなる内管３とによって二重管を形成し、外管
   挿し口１１の端面と内管受口３１の端面とが同一面にあ
   るとともに、他端の外管受口１２の端面からさらに突出
   する内管挿し口３２が先行する二重管の内管受口３１Ａ
   と接合し、かつ、推進工法による管路形成後において内
   管挿し口先端の挿し口突起３３と先行する内管受口最深
   部の段差面３４Ａとの間に縮み許容量を、また挿し口突
   起３３と先行する内管受口突起３５Ａとの間に伸び許容
   量をそれぞれ維持して伸縮性、離脱防止性、可撓性を具
   えた耐震構造としたことを特徴とする推進工法用の耐震
   管。
2. 【請求項２】 請求項1において、上記充填層２の管軸方
   向に空隙層２１を切り欠いて形成したことを特徴とする
   推進工法用の耐震管。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、外管受口１２
   の端面から突出する内管挿し口３２の全長Ｌは、推進工
   法による管路形成後において縮み許容量Ｙと伸び許容量
   Ｘとが挿し口突起３３を挟んでほぼ等しく配分されるよ
   うに挿し口突起３３、受口突起３５の位置と寸法に基づ
   いて設定したことを特徴とする推進工法用の耐震管。
4. 【請求項４】 請求項３において、上記充填層２の管軸
   方向に空隙層２１を切り欠いて形成したものとし、その
   空隙層２１の軸方向の長さＺは少なくとも前記縮み許容
   量Ｙまたは伸び許容量Ｘよりも大きく設定したことを特
   徴とする推進工法用の耐震管。
5. 【請求項５】 ダクタイル鋳鉄管を使用して非開削で
   管路を形成する推進工法において、発進竪坑Ｈで、鉄筋
   コンクリート管からなる外管１内に、受口、挿し口を具
   えたダクタイル鋳鉄管よりなる内管３を充填層２を介し
   て同軸で内装した二重管の前記外管を水平に地盤内へ圧
   入し、続けて圧入する後行きの二重管の外管１の端面と
   先行きの二重管の外管１の端面とを当接するとともに、
   後行きの内管の挿し口を先行きの内管の受口に挿入して
   受口突起３５Ａ、挿口突起３３、受口段差面３４Ａ間に
   それぞれ距離を隔てた位置を以て前後の二重管を接合
   し、前記発進竪坑内において、推進装置Ｊを作動して前
   記外管の後端面へ水平押圧力を付加して推進し、前記接
   合と推進を交互に繰り返し、外管１の移動とともに内管
   ３も前記それぞれの隔てた距離を維持したまま横方向に
   一体的に連行されて目的管路の全長に及んで耐震性を具
   えた管路を形成することを特徴とする耐震管の推進工
   法。