JP3639989B2

JP3639989B2 - さや管推進工法用管継手部の構造

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Publication number: JP3639989B2
Application number: JP2000093947A
Authority: JP
Inventors: 吉彦山本; 一仁花野; 直岐冨田
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001280073A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水道、ガス、下水道等に用いる流体輸送用配管を非開削で布設するさや管推進工法に用いられる管継手であって、耐震性にすぐれた管継手の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダクタイル鋳鉄管等の流体輸送用配管を埋設する工法としては、地面を開削して布設する開削工法が一般的であったが、近来は幹線道路だけではなく一般道路においても交通量が増加しているので、開削工法のために交通を遮断することは困難となっている。そこで、発進立坑と到達立坑だけを開削し、さや管としてヒューム管や鋼管等を推進埋設した後にダクタイル鋳鉄管を挿入するさや管推進工法や、既設管をさや管として、その中に口径の小さい新管を挿入して管路を更新するパイプインパイプ工法等の推進工法が広く採用されるようになった。特に、国道、軌道及び河川等の横断ではさや管推進工法が多用されている。
【０００３】
従来採用されてきたパイプインパイプ工法における耐震管継手は、例えば図６に示すようなものである。この継手１００は、ＰII形継手と呼ばれるもので、挿し口１０１、受口１０２、ロックリング１０３、セットボルト１０４、ゴム輪１０５等で構成される。また、近年は、さらに高い耐震性が求められるようになり、さや管内に挿入する本管にＳ系耐震管（ＮＳ形、Ｓ形、ＳII形）が採用される機会が増えている。図７はこのうちＮＳ形継手を表している。
【０００４】
図８は従来のパイプインパイプ工法の概要を表すもので、この工法は、発進立坑Ｓと到達立坑Ｒとの間に埋設されている既設管Ｐ’内にこれよりも径の小さな本管Ｐを挿入する工法である。発進立坑には油圧ジャッキＪが設置されており、該油圧ジャッキの後部は反力受けＨに当接し、前部は押角Ｂを介して本管Ｐを押圧するようになっている。本管Ｐは、その先端部の挿し口１０１（１）を先行の本管の後端部の受口１０２（２）に挿入することによって順次接合され、既設管内に押し込まれて行く。図８に示されているように、先頭の本管の先端部には挿入抵抗を小さくするための先導ソリＫが取り付けられている。なお、図８では既設管内に本管を挿入することにより管路を更新しているが、まずさや管としてヒューム管や鋼管等を推進し、さらにこのさや管内にパイプインパイプ工法にて本管を挿入するさや管推進工法も同様に行われる。
【０００５】
上記ＰII形継手を有する本管Ｐ，…の接合は、次のようにして行われる。まず、ロックリング１０３及びゴム輪１０５を受口内面に装着する。然る後、油圧ジャッキＪを作動させて、受口１０２に挿し口１０１を挿入し、セットボルトを締め付ける。これにより、後端部が発進坑に臨んでいる先行の本管の後部に後続の本管が接合される。後続の本管が接合されたら、油圧ジャッキＪで押圧して、接合された一連の管列を到達坑に向かって進行させる。油圧ジャッキの推進力は、上記ロックリング１０３と、ロックリング溝１０６の側端面１０７との当接によって伝達される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＰII形継手の構成では、推進工が終了した後は、図６に示すようにロックリング１０３の側面と挿し口１０１に設けたロックリング溝１０６の側端面１０７が接触した状態、すなわち継手が押し込まれた状態となっているので、引き抜き代のみは確保されているが、挿し口が受口に嵌り込む方向には移動できない。また、図７に示すＮＳ形継手（Ｓ形耐震管継手）では、推進が終了した状態では、挿し口の先端部１ａが鎖線で示すように、受口の奥端面２ａに当接した状態となっており、このため継手が両方向に伸縮する必要がある耐震管継手としての性能を半ばしか満たしていないという問題点がある。
【０００７】
上記問題点を解決するものとして、特開平５−２０６３６号公報に記載されているように、新規挿入管をそり体で支持して既設管内に引き込む方法がある。この方法によれば、両方向に伸縮代を確保した状態で管を既設管内に挿入することができるとされている。また、特開平１０−１４８２９０号公報には、管の挿し口先端部と受口の奥端面との間に推進力を伝達可能で、推進後に縮径して取り外し可能なライナを介装して推進し、推進後に上記ライナを取り外すことにより収縮代を確保する耐震管継手が記載されている。さらに、特開平３−３９５９４号公報にも挿し口と受口との間に着脱自在なスペーサ治具を介装して推進し、推進後にこのスペーサ治具を取り外すことにより伸縮代を確保するものが記載されている。このように、伸長・収縮可能な耐震管継手の推進法として種々のものが公知となっている。
【０００８】
ところで、さや管内に本管を挿入して管路を付設した場合は、さや管と本管との間の空隙部にエアモルタルが充填されるのが普通である。これは、さや管内に空隙を放置した状態にしておくと、経年変化により地盤沈下が発生する恐れがあるからである。特に既設管及びさや管がヒューム管である場合は、経年変化により腐食が進行し、本管とさや管との間にある空隙によって道路等の陥没を引き起こす恐れがある。これを防ぐため、さや管と当該さや管内に挿入された本管との間にエアモルタルが充填されると、せっかく挿し口と受口との間に一定の伸縮代を確保した状態で管路の布設を行うことができても、充填されたエアモルタルが邪魔をして所望の伸縮が行われないことが予測される。
【０００９】
すなわち、管継手が伸縮しようとする場合は、エアモルタルによる抵抗力に打ち勝たねばならない。この抵抗力は、管外周面とエアモルタルとの付着によるものと、受口の拡径部がエアモルタルから受ける反力によるものとがあるが、後者の方が圧倒的に大きいため、この力を減少させなければ継手の円滑な伸縮は行われない。上記エアモルタルによる抵抗力を減少させる一つの方法として、空気量を増やしてエアモルタル自体の強度を下げることが考えられるが、これには限界があり、エアモルタルの配合設計を１０ｋｇｆ／ｃｍ² で行っても、通常１５ｋｇｆ／ｃｍ² 程度以上の強度が発現するので、受口の拡径部が軸方向に変位するのは困難である。
【００１０】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決するために、耐震形ダクタイル管を用いたさや管推進工法において、エアモルタルを充填しても管の伸縮を妨げない継手部を構成し、耐震性の向上を図ることを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成とした。すなわち、本発明にかかるさや管推進工法用管継手部の構造は、管の挿し口を先行する管の後端部に設けられた受口に挿入して継合わせつつさや管内に管路を新設する推進工法に用いられる管継手部の構造であって、当該管継手部には地震等による大きな外力が作用した時は所定の範囲で伸縮することのできる伸縮代を確保するとともに、前記挿し口の外周部に前端部が受口後端部と接するように配置された所定長さの第１のスペーサと、受口の拡径部の前側外周部に配置された所定長さの第２のスペーサとを設けたことを特徴としている。
【００１２】
上記スペーサは、挿し口側と受口拡径部の前側の両方に設けておくのが好ましい。また、当該スペーサの形状はリング状で、材質は発泡ポリスチレン、発泡スチロール、発泡ポリウレタン等の発泡樹脂等とするのが好ましいが、適度の強度を有する他の材料を使用することも可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に表された本発明の実施の形態に基づいて、本発明をより具体的に説明する。
【００１４】
図１は、本発明にかかる管継手部の構造を表す断面図であって、この実施形態に用いられている管継手は、水道の耐震継手として通常使用されているＮＳ形継手である。このＮＳ形継手における挿し口１は、ダクタイル鋳鉄管の先端部外周面にリング状の挿し口突起３が一体に設けられている。
【００１５】
また、受口２の内周面には、シール用のゴム輪４を納めるゴム輪溝４ａとロックリング溝５ａが設けられている。このロックリング溝５ａには、一つ割りの環状体として形成されたロックリング５がロックリング芯出し用ゴム６を介して挿嵌されており、地震等による過大な引き抜き力が作用したときには、このロックリング５と前記挿し口突起３とが係合することによって挿し口１の逸脱が防止されるようになっている。
【００１６】
挿し口１の外周部には、受口２の後端面と密着するリング状の第１のスペーサ１０が設けられている。また、受口２の拡径部２ｂよりも前側の外周部には同様にリング状の第２のスペーサ１２が設けられている。スペーサ１０，１２の材質としては、発泡ポリスチレン、発泡スチロール、発泡ポリウレタン等の発泡樹脂材料が適しているが、この他にもグラウト（エアモルタル）注入圧に耐える強度を有する他の材料、例えばダンボール等の硬質紙、液体や気体を封入した樹脂容器等を用いることができる。
【００１７】
上記図示例の継手部には、挿し口１の先端１ａと受口２の奥端面２ａとの間に押し込み代Ｌ₁ が設けられ、前記挿し口突起３とロックリング５との間に引き抜き代Ｌ₂ が設けられている。さや管内への挿入に際しては、この押し込み代と引き抜き代、すなわち伸縮余裕量を確保した状態で推進が行われる。
【００１８】
図３は上記伸縮余裕量を確保して管を推進する方法の例を表すもので、この実施形態では挿入管（本管）Ｐの下面側に架台１５が接着剤、金属ベルト等の固着手段で取り付けられている。この架台１５は、鋼材、樹脂等の材質で成形されており、鋼材で成形する場合は比較的薄肉の板材を折り曲げて形成されていて、正面視円弧状に湾曲した受け部１５ａと該受け部の左右両側に設けられた脚部１５ｂ，１５ｂとを備えている。受け部１５ａの上面形状は、それが取り付けられる本管の外面に密着するように凹面となっている。なお、架台１５の形状は図示例のものに限らず、ブロック状等他の形状のものでもよい。架台として、図示例のように本管の外周部に密着する形状のものを使用すれば、推進中に架台に対する管の自由動が規制され、位置ずれ等を防止することができる。
【００１９】
一方、本管Ｐの継手部の受口下面側は台車２０によって支持される。この台車２０は、複数のロッド２１，…を自在継手２２，…を介して互いに連結して構成した紐体（ロッド列）に所定間隔（本管の有効長さ）で取り付けられている。図示例ではロッド２１は本管の有効長さに近い長さを持ち、台車２０の前後両側に取り付けた自在継手２２，２２で屈曲自在に連結されている。紐体はある程度フレキシブルなもので、図示例のような自在継手で連結したロッド２１を用いる代りに、ワイヤロープを用いてもよい。
【００２０】
台車２０は、図３に示すように、平面視概略方形の基枠２５を備え、該基枠の左右両側には車輪支持枠２６，２６が設けられている。この車輪支持枠２６にはそれぞれが車軸２７によって回転自在に支持された複数（図示例では３個）の車輪３０，…が前後方向に直列に取り付けられている。なお、このような車輪３０の代わりに、ボールベアリング状の車輪を設けておくこともできる。また、この台車２０には図示を省略した油圧ジャッキ等の昇降手段によって昇降する受け台３５が設けられていて、推進時にはこの受け台３５を上昇させた状態で本管の受口２を支持し、車輪を利用して推進させる。このため、推進力によって継手が変位せず、所望の伸縮代Ｌ₁ ，Ｌ₂ を確保することができるのである。推進後には受け台３５を下降させることにより、架台１５で本管をさや管内に支持し、紐体を一方に牽引して本管の荷重がかからなくなった台車２０をさや管から引き抜く。これにより、図１に示すように、伸縮代Ｌ₁ ，Ｌ₂ を確保した状態で管を布設することができるのである。この状態でエアモルタルＭを充填する。
【００２１】
このようにして布設された管に地震等による大きな力が作用した時は、継手部が伸縮してその力を吸収する。図２（ａ）はこの継手部に引き抜き力が作用した場合を表し、この場合は、挿し口１の突起３がロックリング５に係合するまで挿し口１と受口２とが相対的に移動する。この時、受口２が前側に移動すると、その拡径部の前側にある第２のスペーサ１２が圧縮されて収縮する。逆に、継手部に押し込み力が作用した場合は、図２（ｂ）に示すように、挿し口１の先端部１ａが受口２の奥端面２ａに当接するまで押し込まれるが、この時挿し口外周部に設けられている第１のスペーサ１０は受口とエアモルタルＭとの間で挟圧されて収縮する。このように、継手部の前後に設けられているスペーサの収縮によって伸縮代が確保されるのである。場合によってはスペーサを挿し口側と受口前側のいずれか一方に設けておくことも可能ではあるが、地震発生時に本管がさや管に対してどちらの方向に相対変位するかわからないので、受口２の拡径部が前後（図の左右）いずれの方向にも動けるように、図示例のごとく、スペーサを挿し口側と受口の前側の両方に設けておくのが好ましい。
【００２２】
次に、図４及び図５は上記と異なる実施形態を表すもので、この実施形態では、挿し口１の外周部に二つ割りの円弧状部材４０ａ，４０ａを嵌め合わせて、その両端部に設けられている張出片４０ｂ，４０ｂを重ね合わせ、ボルト・ナット４１で互いに締着固定することにより挿し口１の外周部に固定されたフランジ状の環状体４０としている。上記ボルトの下端部には軸受け体４２が設けられ、この軸受け体４２に取り付けた車軸により車輪４３を支持している。また、環状体４０と受口２の後端面との間の挿し口外周部には推進力を伝達する部材を兼ねた第１のスペーサ（リング状のカラー）４５が介装されていて、挿し口１に加えられた推進力（押し込み力）を当該第１のスペーサ（カラー）４５を介して受口２に伝達するようになっている。このため、挿し口先端と受口奥端面との間に押し込み代Ｌ₁ と引き抜き代Ｌ₂ を確保した状態で管をさや管内に挿入することができるのである。受口２の拡径部の前側に第２のスペーサ１２が設けられている点は前記実施形態と同じである。
【００２３】
この実施形態では、本管がさや管内面上を転動する車輪４３で支持された状態でさや管内へ挿入される。このため本管の押し込み（推進）は上記実施形態と同様に円滑に行われる。なお、本実施形態では、第１のスペーサ４５は推進力伝達部材としても機能するので、押し込み力に耐えるだけの強度が必要である。したがって、押し込み力が樹脂製発泡体の圧縮強度を上回る場合には、第１のスぺーサ４５はさらに圧縮強度の高い材料を選択する必要がある。この第１のスペーサ４５の材質としては、例えばコンクリート材に酸化カルシウム（ＣａＯ）を主成分とする石灰系、もしくは３ＣａＯ・３Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＣａＳＯ₄ 、ＣａＳＯ₄ 及びＣａＯを主成分とするカルシウム・サルホ・アルミネート系（ＣＳＡ系）などを含有する静的破砕剤を添加混和して環状に成形したもの等が効果的に使用され得る。このものは、推進終了後に時間経過により静的に破砕するので収縮が容易となる。
【００２４】
この継手部において、地震等によって大きな力が継手部に作用した場合は、当該継手部が伸縮してその力を吸収する。すなわち、継手部に引き抜き力が作用した場合は、図５（ａ）に示すように、受口２が第２のスペーサ１２を圧縮しつつ矢印方向に移動する。また、継手部に押し込み力が作用した場合は、図５（ｂ）に示すように、受口２が同図の矢印方向に移動し、第１のスペーサ４５が環状体４０と受口２の端面との間で挟圧されて収縮する。このようにしてエアモルタルＭが充填されていても伸縮代が確保されるのである。
【００２５】
本発明の継手部は、エアモルタルが充填されていてもスペーサを圧縮することにより伸縮できるので、例えば（財）国土開発技術センター「地下埋設管路耐震継手の技術基準」（案）に規定されているように、管長の１％以上の押し込み代及び引き抜き代を確保することができる。なお、所望の伸縮代を確保するためには、上記スペーサがそれに対応する適当な長さを備えていなければならないことは当然である。
【００２６】
以上の説明では、管継手としてＮＳ形継手を例にとって説明したが、耐震性を有する継手であれば、どのような形状のものであっても本発明を適用できることは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、挿し口と受口の間に所望の伸縮代を確保した状態で管路を布設する場合に、さや管と該さや管内に挿入される本管との隙間部にエアモルタルを充填しても、上記伸縮代を活用して地震発生時等に充分に伸縮させて過大の力を吸収し、管路の破損等を防止することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の管継手部の一部断面図である。
【図２】その管継手部に引き抜き力が作用した場合の変位を示す一部断面図（ａ）、及び押し込み力が作用した場合の変位を示す一部断面図（ｂ）である。
【図３】管の挿入方法を表す一部断面図（ａ）及びＸ−Ｘ矢視図（ｂ）である。
【図４】上記と異なる管の挿入方法を表す一部断面図である。
【図５】その管継手部に引き抜き力が作用した場合の変位を示す一部断面図（ａ）、及び押し込み力が作用した場合の変位を示す一部断面図（ｂ）である。
【図６】ＰII形継手を表す要部の断面図である。
【図７】ＮＳ形継手を表す要部の断面図である。
【図８】さや管内への管の挿入方法（推進方法）の説明図である。
【符号の説明】
１挿し口
２受口
３挿し口突起
５ロックリング
１０第１のスペーサ
１２第２のスペーサ

Claims

管の挿し口を先行する管の後端部に設けられた受口に挿入して継合わせつつさや管内に管路を新設する推進工法に用いられる管継手部の構造であって、当該管継手部には地震等による大きな外力が作用した時は所定の範囲で伸縮することのできる伸縮代を確保するとともに、前記挿し口の外周部に前端部が受口後端部と接するように配置された所定長さの第１のスペーサと、受口の拡径部の前側外周部に配置された所定長さの第２のスペーサとを設けたことを特徴とするさや管推進工法用管継手部の構造。
上記スペーサはリング状で、材質は発泡ポリスチレン、発泡スチロール、発泡ポリウレタン等の発泡樹脂である請求項１に記載のさや管推進工法用管継手部の構造。