JP3963733B2 - 管内挿入工法及びそれに使用する管継手構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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管内挿入工法（パイプインパイプ工法）及びそれに使用する耐震推進管継手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。このため、発進立坑と到達立坑だけを開削し、さや管（鞘管）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管内挿入工法が広く採用されるようになった。
【０００３】
そのパイプインパイプ工法は、図１７に示すように発進坑Ｓと到達坑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新管Ｐを挿入敷設するものであり、発進坑Ｓには油圧ジャッキＪが設置され、この油圧ジャッキＪの後部は反力受けＨに当接し、前部は押角Ｂを介して新管Ｐを押圧するようになっている。新管Ｐは、その先端部の挿し口１を先行の新管Ｐの後端部の受口２に挿入することによって順次接合され、既設管Ｐ’内に押し込まれて行く。なお、先頭の新管Ｐ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。
【０００４】
ところで、近年、管路にも耐震性が要求され、その耐震性を有する管継手構造として、受口２に対し挿し口１を所要範囲において伸縮可能（抜き差し可能）としたものがある。この耐震性管継手構造は、挿し口１先端の突起を、受口２内面の所定長さ離れたロックリングと奥端部とに当接させるようにして、前記所要範囲の伸縮及び挿し口１の抜け出し・差し込みの防止を行う（実施例参照）。
【０００５】
この種の耐震性の管継手構造を上述の推進工法に採用する際、上記所要範囲の伸縮代を確保して新管Ｐを敷設するかが問題となり、その伸縮代の確保は、挿し口突起をロックリングと奥端部の中程に位置させて推進することである。その問題を解決した技術として、特開２０００−２４８７７０号公報で開示され、図１８乃至図２０に示すものがある。
【０００６】
この技術は、ＮＳ継手構造に係り、挿し口１の先端に突起３、受口２の内面に芯出しゴム４を介してロックリング５をそれぞれ設け、受口２にシール用ゴム輪６を介在して挿し口１を挿入し、挿し口１外周面のフランジ７と受口２の端面との間に低発泡ポリスチレン等から成る推進力伝達材８を介在した構成である。
【０００７】
この技術は、推進時、推進力伝達材８により、同図に示すように、挿し口１の先端（突起３）を伸縮代Ｌ₀ の中程に維持し、地震等の地盤変動時には、推進力伝達材８が収縮又は圧壊することにより、挿し口１がその縮み代Ｌ₁ 分、軸方向に移動してその変動を吸収するとともに、それ以上の縮みを阻止して継手の破損を防止する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の技術においては、さや管Ｐ’内を新管Ｐが円滑に推進されるように、フランジ７の締結部にキャスター１０を設けており、このキャスター１０は、受口２や推進力伝達材８の外周面から大きく突出している。このため、新管Ｐに対するさや管Ｐ’の大きさは、３口径アップのもの、例えば、新管Ｐ：φ６００の場合、さや管Ｐ’：φ９００でないと、新管Ｐのさや管Ｐ’内への推進が困難である。
【０００９】
このとき、さや管Ｐ’が新たに埋設したものの場合は、そのさや管Ｐ’を所要の大きさのものとすればよいが、古くなった既設管Ｐ’の場合には、その既設管Ｐ’の流量を確保すべく、新管Ｐは、でき得るかぎり既設管Ｐ’に近い通水断面積のものが好ましい。できれば、１口径ダウンのもの、例えば、既設管Ｐ’：φ９００であれば、新管Ｐ：φ８００のものを推進できることが好ましい。
【００１０】
この発明は、さや管Ｐ’に対し、新管Ｐをでき得るかぎり大径のものを使用して、さや管、特に既設管に近い通水断面積の新管路とし得るようにすることを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、この発明は、まず、図１８乃至図２０に示した技術を採用して、上記推進力伝達材により、上記伸縮代Ｌ₀ を確保することとしたのである。推進力伝達材は、その組成を考慮することにより、収縮・圧壊の度合を正確に設定することができ、地盤変動時の挿し口伸縮作用の信頼度は高いからである。
【００１２】
つぎに、この発明は、キャスターに代えてソリ状の部材で、新管を案内することとしたのである。ソリ状部材であれば、背高も低くし得るからである。さらに、この発明は、そのソリ状部材により、推進力伝達材を被って保護することとしたのである。ソリ状部材により、推進力伝達材がさや管の内面に接触することが防止され、 仮に、 推進力伝達材が接触すれば、 その破損を招く恐れがあり、破損すれば、断面積が減少し、 推進力の伝達量が低下するとともに、所要の伸縮代を得にくくなる。
【００１３】
具体的には、 上記推進力伝達材を支持するフランジの周囲に、又は推進力伝達材と受口の間に介在されるその推進力伝達材保護用リングの周囲に、所要間隔で推進力伝達材外周に至る保護杆を設けたのである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態としては、管の挿し口を先行する管の受口に挿入して継合わせつつさや管内に推進して管路を新設する管内挿入工法における、前記受口に挿し口が挿入されて、その挿し口先端の突起が受口内面の所定長さ離れたロックリングと奥端部の間で動き得る管継手構造において、前記挿し口の先端突起は受口内面のロックリングと奥端部の間の中程にあり、前記受口の外側の挿し口外周には環状フランジが嵌められ固定され、このフランジと受口端間に推進力伝達材が介在されて、この推進力伝達材は、推進力を伝達する強さを有するとともに、地震などの大きな圧縮力に対しては収縮又は圧壊して、受口に対する挿し口の挿し込みを許容するものであり、前記フランジの周囲に、その周囲全周に亘り所要間隔で前記推進力伝達材の外面に至る保護杆を設けた構成を採用し得る。
【００１５】
この構成において、上記フランジに保護杆を設けるのではなく、上記推進力伝達材と受口の端面間の挿し口外周に嵌められた前記推進力伝達材用保護リングの周囲に、所要間隔で前記保護杆を設けた構成を採用することもできる。
【００１６】
これらの構成の管継手構造でもって、管内挿入法において、その受口と挿し口の継合わせを行えば、管の推進時は、推進力伝達材によってその推進力が担保されて支障なく、管の推進が行われる。その際、 保護杆により、案内がなされるとともに、推進力伝達材の破損が防止される。敷設後、地震などの大きな地盤変動が生じれば、その変動による圧縮力により、推進力伝達材が収縮又は圧壊して、受口に対し挿し口が伸縮して、その地盤変動に対応する。すなわち、耐震機能を発揮する。
【００１７】
【実施例】
管継手構造に係る一実施例を図１乃至図５に示し、この実施例は、ダクタイル鋳鉄管ＰのＳ形継手構造であって、挿し口１の先端に突起３、受口２の内面にロックリング５がそれぞれ設けられ、ゴム輪６及びバックアップリング６ａを介在して挿し口１を受口２に挿し込んだ後、押し輪９を割輪９ａを介してゴム輪６に当てがい、植込みボルト１２を押し輪９を通して受口２にねじ込んで締結することにより、ゴム輪６を押し込んでシールしている。
【００１８】
受口２の外側の挿し口１外周には環状のフランジ２０が嵌め込まれ、このフランジ２０と植込みボルト１２（受口２端面）の間に保護リング１３を介在して推進力伝達材１４が設けられている。この推進力伝達材１４は円環状であるが、周方向に分割されていてもよく、その際、間欠的でもよい。要は、推進力に抗する強さを有すればよい。例えば、 推進力伝達材１４が、後述のコンクリート、発泡コンクリートなどの高強度なもので、円環状では強過ぎて、円滑な収縮・圧縮がなされない恐れがある場合には、図１６に示すように、周囲分割片１４ａとし、その分割片１４ａを適宜な間隔で配置するようにするとよい。
【００１９】
この推進力伝達材１４は、例えば、圧縮応力が１〜３０ｋｇｆ／ｃｍ² （≒０．１〜３ＭＰａ）の高強度の樹脂発泡体で（樹脂単体の５倍以上の膨張率）、発泡倍率を変えることにより弾性限界応力が変化するものである。この樹脂発泡体も含めて、この推進力伝達材１４の材質の例を示すと、ポリスチレン、ポリウレタン、特開２０００−８０８８９号公報に示される静的破砕剤を含有させたコンクリート等及びそれらの発泡材が代表的である。当然ではあるが、目的とする推進力の伝達と収縮性とを備えた他の樹脂材またはダンボール等の硬質紙、発泡金属などでも構わない。また、液体や気体を封入した樹脂容器等も有効な手段となり得る。
【００２０】
推進力伝達材１４についてさらに詳細に説明すると、この推進力伝達材１４は、施工中における推進力程度の圧縮力では、弾性変形するため、推進力は伝達するが、歪み量は残留せず、推進力が除かれれば（推進が終了すれば）、復元する。一方、弾性限界応力以上の圧縮力が作用した場合は、塑性領域内においては歪み量が増大し、一定以上の圧縮力が作用した場合には、所定の厚みを残した状態で歪みの進行は停止する。これらの弾性限界応力、塑性領域の範囲、歪みが進行した状態及び圧壊した状態での最終的な厚みは、推進力伝達材１４が発泡材である場合は、その発泡倍率によって調節可能である。発泡倍率の設定方法として、以下の条件が考えられる。
【００２１】
作用する押圧力が推進力程度では、弾性限界応力以内の応力値であるため、弾性限界応力σ₁ が次の関係となるように発泡倍率等を設定する（推進力を正常に伝達するためには、推進時には推進力伝達材１４が塑性変形しないようにする）。
σ₁ ＞（Ｆ／Ａ）＝σ_max
ここに、Ｆ：推進力、Ａ：推進力伝達部の面積、σ_max ：推進力伝達材１４に発生する応力である。
【００２２】
一方、地震等により継手部に大きな押し込み力が作用した場合は、推進力伝達材１４は塑性領域にあるため、推進力伝達材１４の歪み量は増大する。この地震発生時に生ずる押し込み力を、耐震継手の離脱阻止力である０．３ｄ（ｔｆ）（ｄ：呼び径）と同じとすると、地震等により押し込み力が作用した場合は、押し込み余裕量Ｔ＋Ｌ₁ の推進力伝達材１４が圧縮されて長さＴとなる。この時、Ｌ₁ を管長の１％となるように設定すれば、押し込み余裕量を確保できたことになる。図８における（ａ）は大きな引き抜き力が作用した場合を、また同（ｂ）は大きな押し込み力が作用した場合をそれぞれ表している。その引き抜き時、挿し口１の移動につれて推進力伝達材１４も移動する場合もあり、逆に、フランジ２０と推進力伝達材１４が滑って動かない場合がある。なお、この推進力伝達材１４を介装していることにより、カーブ推進時で、その弾性に基づく緩衝作用により応力集中を防げることは言うまでもない。
【００２３】
保護リング１３は図５に示すように周縁一部に鍔１３ａが設けられて、この鍔１３ａをボルト１２の上面に当てがうことにより位置決めされる（芯出しされる）。この保護リング１３を介在することにより、ボルト１２からの力が集中せずに推進力伝達材１４の当接全面に伝達される。この伝達されるかぎりにおいて、リング１３は分割でき、また間欠的でもよい。鍔１３ａも省略し得る。
【００２４】
フランジ２０は、図４に示すように断面Ｌ字状で４等分割されてサドルバンド状となっており、その分割片２１の両端に締結片２２、中程にリブ２３がそれぞれ設けられている。各締結片２２及びリブ２３には推進力伝達材１４の外周面全幅に至って受口２に向かう保護杆２４が設けられ、この各保護杆２４が推進力伝達材１４の全周囲を枠状（籠状）に囲んでいるとともに、その外面は同一円周面上となっている（図３参照）。この保護杆２４の厚みは、支障がないかぎりにおいて薄いことが好ましく、また、その保護杆２４の管周囲間隔は等間隔が好ましく、その数は任意である。隣り合う分割片２１、２１の締結片２２、２２間にはボルト・ナット２５が挿通され、そのボルト・ナット２５を締結することにより、フランジ２０が縮径して挿し口１の外周面に圧接される。フランジ２０のその圧接面にはスタッドを設けることができ、その形状は、三角錐状などの角錐状、円錐状、角柱、円柱などが考えられるが、喰い込み性から錐状が好ましい。
【００２５】
この実施例の構成は以上のとおりであり、図１７に示した管内挿入工法において、既設管Ｐ’内を清掃した後、 受口２に挿し口１を挿入して管Ｐ、Ｐを接合する場合には、まず、図６（ａ）に示すように、継手接合時、挿し口１の挿入量を短めにし、胴付寸法Ｌを長めにしておく。また、保護リング１３等を挿し口１にあずけておく。この状態で、通常通りの手順で継手接合をおこなう（同図（ｂ））。
【００２６】
つぎに、保護リング１３をボルト１２頭部に当たる位置にずらし、挿し口１外周に溶接により突起２６を形成した後、その突起２６と保護リング１３の間に２つ割の推進力伝達材１４をリング状にして取付け、さらにフランジ２０を嵌めて締結する（図６（ｃ）から（ｄ）、図７（ａ）から（ｃ））。この状態で、ジャッキで推進力を加えると、規定胴付寸法Ｌ₁ の位置まで挿し口１が挿入され（図６（ｄ）、図７（ｃ））、この状態（図１）で推進される。この推進は、仮にローリングを生じても、いずれかの保護杆２４により管Ｐが支持されるとともに、推進力伝達材１４の破損が防止される。管Ｐの所要長さの敷設が終了すれば、既設管Ｐ’と新管Ｐの間にモルタルａが打設される（図８参照）。
【００２７】
この埋設状態で、管Ｐに伸長力（引き抜き力）が働けば、図８（ａ）に示すように、管Ｐに圧縮力（押し込み力）が働ければ、同図（ｂ）に示すように、一方の管Ｐが他方の管Ｐに対しそれぞれ矢印のごとく動いてその力を吸収する。
【００２８】
上記実施例はＳ形継手の場合であったが、この発明は、図９、図１０に示すように、ＳII形継手の場合でも採用でき、その際、保護リング１３は、図１０に示すように受口２の端面に当接する断面コ字状とし得る。このとき、同図に示すように、環状のリング１３ｂとそのリング１３ｂから受口２端面に延びて周方向等間隔にあるコ字状片１３ｃとから構成したものとすることができ、 そのとき、その両者１３ｂと１３ｃを一体ものとしてもよい。このコ字状保護リング１３は上述のＳ形継手でも採用し得る。また、図１１に示すＮＳ形継手でも、図１２に示すＰII形継手などの各種の離脱防止機能付伸縮継手に採用し得る。
【００２９】
フランジ２０の分割数は、３等分割などと任意に選択することができる。また、実施例では、フランジ２０の移動阻止を溶接突起２６で確実なものとしたが、スタッド等の喰い込みで十分な固着力を発揮し得る場合には、その溶接突起２６は省略し得る。溶接突起２６の形成時期は、上述のものに限らず、任意であり、例えば、フランジ２０を嵌めた後でもよく、フランジ２０を挿し口１に直接に溶接することもできる。さらに、溶接によって突起２６を形成せず、別部材を溶接して突起２６とすることもでき、その突起２６の形状・配置も任意であり、例えば、図１３の態様を採用できる。
【００３０】
保護リング１３を有する管継手構造においては、その保護リング１３に保護杆２４を設けることができ、例えば図１４、図１５のようにして、保護リング１３に保護杆２４をフランジ２０に向かって設ける。この保護杆２４も、上記の図３等に記載の保護杆２４と同様に、その外面は同一円周面上となっている（図１５参照）。また、保護杆２４は、フランジ２０及び保護リング１３と一体成形したものとしたが、それらと別物とし、ボルト止め、 溶接などにより一体とすることもできる。
【００３１】
上記実施例は、既設管Ｐ’に新管Ｐを新設する場合であったが、 新設のさや管Ｐ’に新管Ｐを新設する場合においても、この発明を採用すれば、 そのさや管Ｐ’の通水断面積に近い新管流路を得ることができることは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
この発明は、以上のように、推進力伝達材で挿し口の伸縮代を維持するようにするとともに、保護杆により、その推進力伝達材を保護しつつ推進管を案内するようにしたので、さや管に近い通水断面積の新管（推進管）を採用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】管継手構造の一実施例の要部正面図
【図２】同実施例の要部断面図
【図３】同実施例の切断左側面図
【図４】同実施例のフランジの分割片を示し、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図
【図５】同実施例の保護リングを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図
【図６】同実施例による推進工法の一例作用図
【図７】同推進工法の作用図
【図８】同実施例の伸縮作用図
【図９】管継手構造の他の実施例の要部断面図
【図１０】同他の実施例の要部断面図
【図１１】同他の実施例の要部断面図
【図１２】同他の実施例の要部断面図
【図１３】同他の実施例の要部正面図
【図１４】同他の実施例の要部正面図
【図１５】同他の実施例の切断左側面図
【図１６】推進力伝達材の他例図
【図１７】さや管推進工法の説明図
【図１８】従来の管継手構造の要部正面図
【図１９】同左側面図
【図２０】同要部断面図
【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
６ シール用ゴム輪
７、２０ 推進力伝達材支持フランジ
８、１４ 推進力伝達材
９ 押し輪
１３ 保護リング
２４ 保護杆
２５ フランジ締結ボルト・ナット
２６ 溶接突起
Ｐ 新管
Ｐ’ さや管（既設管）

Claims (3)

1. 管（Ｐ）の挿し口（１）を先行する管（Ｐ）の受口（２）に挿入して継合わせつつさや管（Ｐ’）内に推進して管路を新設する管内挿入工法における、前記受口（２）に挿し口（１）が挿入されて、その挿し口（１）先端の突起（３）が受口（２）内面の所定長さ離れたロックリング（５）と奥端部の間で動き得る管継手構造であって、
   上記挿し口（１）の先端突起（３）は上記受口（２）内面のロックリング（５）と奥端部の間の中程にあり、上記受口（２）の外側の挿し口（１）外周には環状フランジ（２０）が嵌められ固定され、このフランジ（２０）と受口（２）端間に推進力伝達材（１４）が介在されて、この推進力伝達材（１４）は、推進力を伝達する強さを有するとともに、地震などの大きな圧縮力に対しては収縮又は圧壊して、受口（２）に対する挿し口（１）の挿し込みを許容するものであり、
   上記フランジ（２０）の周囲には、その周囲全周に亘り所要間隔で前記フランジ（２０）から上記推進力伝達材（１４）の外面に至って上記受口（２）に向かうソリ状の保護杆（２４）を設け、この各保護杆（２４）は、その外面が同一円周面上にあって、上記管（Ｐ）がさや管（Ｐ’）内を推進する際、そのさや管（Ｐ’）内面に接触してその管（Ｐ）を案内することを特徴とする管継手構造。
2. 管（Ｐ）の挿し口（１）を先行する管（Ｐ）の受口（２）に挿入して継合わせつつさや管（Ｐ’）内に推進して管路を新設する管内挿入工法における、前記受口（２）に挿し口（１）が挿入されて、その挿し口（１）先端の突起（３）が受口（２）内面の所定長さ離れたロックリング（５）と奥端部の間で動き得る管継手構造であって、
   上記挿し口（１）の先端突起（３）は上記受口（２）内面のロックリング（５）と奥端部の間の中程にあり、上記受口（２）の外側の挿し口（１）外周には環状フランジ（２０）が嵌められ固定され、このフランジ（２０）と受口（２）端間に推進力伝達材（１４）が介在されて、この推進力伝達材（１４）は、推進力を伝達する強さを有するとともに、地震などの大きな圧縮力に対しては収縮又は圧壊して、受口（２）に対する挿し口（１）の挿し込みを許容するものであり、
   上記推進力伝達材（１４）と受口（２）の端面間の挿し口（１）外周に嵌められた前記推進力伝達材用保護リング（１３）の周囲には、その周囲全周に亘り所要間隔で前記保護リング（１３）から前記推進力伝達材（１４）の外周に至って上記フランジ（２０）に向かうソリ状の保護杆（２４）を設け、この各保護杆（２４）は、その外面が同一円周面上にあって、上記管（Ｐ）がさや管（Ｐ’）内を推進する際、そのさや管（Ｐ’）内面に接触してその管（Ｐ）を案内することを特徴とする管継手構造。
3. 管（Ｐ）の挿し口（１）を先行する管（Ｐ）の受口（２）に挿入して継合わせつつさや管（Ｐ’）内に推進して管路を新設する管内挿入工法であって、
   上記管（Ｐ）の挿し口（１）を受口（２）に挿入した継合わせを、請求項１又は２に記載の管継手構造としたことを特徴とする管内挿入工法。

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