JP4036305B2 - How to line underground pipes - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に埋設された管路に対して補修又は補強の目的で内張りを施すための方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、地中に埋設された管路に対して、損傷部の補修や補強の目的で内張りすることが行われている。管路に内張りを施すには、内張りしようとする管路部分の両端部を掘り起こして管路を切断し、その端末から管路部分内に内張り材を挿通し、内圧をかけて内張り材を管路内面に圧接している。
【0003】
内張り材の構造やその内張り材を管路部分に挿通する手段としては種々のものが提案されているが、多くの場合内張り作業において、内張り材を加熱する工程が必要とされる。
【0004】
例えば筒状の織物などの繊維層の内面に気密層を形成して内張り材とし、その内張り材の前記繊維層に反応硬化型樹脂液を含浸させて管路部分内に挿通し、その内張り材内に加熱加圧流体を送入して、内張り材を管路内面に圧接すると共に樹脂液を加熱硬化させ、内張りする方法がある。
【0005】
また熱可塑性樹脂やそれを筒状繊維層で補強したパイプを内張り材とし、これを管路内に挿通して加熱加圧流体を送入し、その加熱加圧流体の熱によって熱可塑性樹脂を軟化させて内圧により膨らませ、管路内面に圧接して内張りする方法も知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこれらの方法においては、内張りした直後又はある程度時間が経過した後に、突然管路が破断することがある。特に鋼管を非裏波溶接により溶接した管路系においては、30mを超える長尺の管路の場合に、溶接箇所において破断することが少なくなく、一回の作業で内張りすることができる長さに限界があり、作業効率が悪かったのである。
【0007】
かかる現象について検討した結果が、土木学会第39回年次学術講演会講演集(1984)「熱膨張、収縮履歴により埋設管に生じる応力について:飯村正一、西尾宣明」に詳細に述べられている。
【0008】
この学術論文の内容を簡単に説明すると、次の通りである。すなわち、図3に示すように地下1mに埋設された約80mの鋼管の管路1に、(1)〜(13)のほゞ等間隔の13箇所に温度計及び歪み計を取り付け、a〜gのほゞ等間隔の7箇所に変位計を設置した。そして管路の一端からスチームを送入して管体温度が約60℃上昇するまで(約69分間)加熱し、然る後スチームの送入を停止して12日間に亙って自然に冷却し、各測定点における温度、歪み及び変位を測定している。
【0009】
その試験の結果における、a〜gの各点における温度と変位量との関係を示すグラフを図4に、(2)、(4)、(6)及び(7)の点における温度と歪み量との関係を示すグラフを図5に示す。なお前記学術論文においては、さらに多くのデーターが示されているが、ここでは省略する。
【0010】
而して図4によれば、管路1の中央のd点においては、温度の変化に拘らず殆ど変位を生じていない。そして左半部のa、b、c点においては前記試験の実施により左方への変位が、右半部のe、f、g点においては右方への変位が生じており、d点からの距離が大きくなるに従って変位の量もほゞ距離に比例して大きくなっており、管路1はその中央を起点として、前記試験の実施に伴って伸長していることが理解できる。
【0011】
各測定点における変位の量を見ると、温度が上昇し始めると変位が生じ、温度が上昇するに従ってその変位の量も大きくなっている。そして約80℃まで昇温した後管路1が冷却すると、変位の量は小さくなり管路1は収縮しているが、その収縮の速度は昇温による伸長の速度より遅れている。
【0012】
そして管路1が十分に冷却されて常温に戻った状態においても、変位の量はゼロに戻ることはなく、管路1は若干伸長したままである。
【0013】
また図5によれば、加熱の開始に伴って管路1に圧縮歪みが生じ、温度の上昇に伴って歪みの量は大きくなる。そして各測定点における歪みの大きさは、中央の(7)点において最も大きく、端末に近い(2)点において最も小さいものとなっている。
【0014】
そして約80℃にまで昇温した後管路1が冷却すると、圧縮歪みは急速に小さくなり、ゼロを超えて引っ張り歪みが生じる。そして温度の低下と共に引っ張り歪みの大きさは大きくなり、一定の値に落ち着く。温度が常温に戻っても引っ張り歪みは残ったままであり、その大きさは加熱時に生じた圧縮歪みの最大値とほゞ同程度である。
【0015】
これらの結果から、次のようなことが推測される。すなわち、管路1が加熱されるに伴って当該管路1は鋼材の線膨脹係数に従って伸長しようとするが、地中に埋設された管路1はその周囲の土砂により拘束されており、自由な伸長が制限されているので、管路1には圧縮歪みが生じつつ、その拘束力に抗して周囲の土砂との間で滑りが生じ、伸長を生じる。
【0016】
管路1の中央部においては、そこから両端までに至る管路部分が拘束されているので変位が生じにくく、かつ拘束力が大きいので滑りによる歪みが開放されることがなく大きい圧縮歪みが生じる。
【0017】
それに対し管路1の端末に近い箇所では、そこから端末までの管路部分が短いので拘束力が小さく、管路1と土砂との間に滑りが生じて管路1にはその端末の方向に向って大きな変位が生じ、それによって圧縮歪みは開放されるのでその値は小さくなる。
【0018】
而して最高温度まで昇温した後管路1が冷却すると、当該管路1が収縮することにより蓄積されていた圧縮歪みは急速に減少する。そして圧縮歪みがゼロになってもさらに管路1はそれまでに伸長していた分が収縮しようとし、それを周囲の土砂により拘束されているので自由な収縮が制限され、管路1には引っ張り歪みが生じることとなる。そして拘束力に抗して周囲の土砂との間で滑りが生じ、管路1には収縮を生じる。
【0019】
このとき管路1の中央部においては、そこから両端までに至る管路部分が拘束されているので変位が生じにくく、かつ拘束力が大きいので滑りによる歪みが開放されることがなく大きい引っ張りが生じる。
【0020】
一方管路1の端末に近い箇所では、そこから端末までの管路部分が短いので拘束力が小さく、比較的小さい力で管路1と土砂との間に滑りが生じて、管路1にはその中央の方向に向って大きな変位が生じ、それによって圧縮歪みは開放されるのでその値は大きくなることがない。
【0021】
そして最終的には、管路1の中央部においては大きい、端末付近においては小さい引っ張り歪みが残留し、その残留歪みにより管路1が常温に戻っても伸びが解消されることがなく、変位が残るのである。
【0022】
而してかかる状態において、管路1の中央付近においては大きな引っ張り歪みが残留しており、時間が経過してもそれが解消されることがないので、鋼管の溶接部などの強度が弱い部分に前記大きな引っ張り歪みが集中し、管路1が破断するに至るものであると考えられる。
【0023】
鋳鉄管などでは短管をフランジで接続しているため、そのフランジが地盤内において変位することができないので、管路1が加熱しても伸長することがなく、そこに生じた圧縮歪みは管路1が冷えることにより解消され、引っ張り歪みが残留することはない。またヒューム管などでは接続部が比較的自由に動き得るので、歪みが生じることは少ない。
【0024】
これに対し鋼管を溶接した管路系においては、鋼管の溶接部は伸縮不能であり、かつ熱による伸縮に対しては地盤が圧迫することによる摩擦抵抗により拘束されるだけであるので、内張り作業のために限られた管路部分を管路系から切り離すと、大きな圧縮歪みがかかったときに伸長を止めることができず、さらに冷却により生じた引っ張り歪みに対しては地盤の拘束力により収縮が抑制され、最終的に大きな引っ張り歪みが残留する。
【0025】
そして残留する引っ張り歪みの大きさは、切り離された管路部分の端末からの距離が長くなるに従って大きくなるので、長い管路部分について内張りを施すと、その内張り作業における熱により大きな引っ張り歪みが残留し、その歪みにより管路が破断する。従って上述のような鋼管を溶接した管路系においては、一回の作業で内張りできる長さに限界が生じるのである。
【0026】
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、前述の鋼管を溶接した管路系においても、十分に長い管路部分について一回の作業で内張りすることのできる方法を提供することを目的とするものである。
【0027】
【課題を解決するための手段】
而して第一の発明は、地中に埋設された管路における内張りすべき管路部分の両端末部の管壁に、当該管路部分内に内張り材を導入するに足りる窓を開削し、当該窓の両側の管路間に補強材を介在せしめ、当該窓から前記管路部分内に内張り材を導入すると共に加熱して内張りを施し、内張りした管路部分が冷却した後、前記窓付近の管路を切除して内張り材の端末処理を行い、切除した部分の管路を復旧することを特徴とするものである。
【0029】
また第二の発明は、地中に埋設された管路における内張りすべき管路部分の両端末部を切断し、当該管路部分の端末部を、支持部材を介して当該管路部分に対向する管路部分に対して支持し、その端末から前記管路部分内に内張り材を導入すると共に加熱して内張りを施し、内張りした管路部分が冷却した後、前記支持部材を除去し、前記管路部分の端末において内張り材の端末処理を行い、管路を復旧することを特徴とするものである。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は第一の発明の実施の一形態を示すものであって、1は管路であり、管路系における今回内張りしようとする管路部分1aの両端に作業孔2を開削して、作業部分1bを露出せしめている。
【0031】
そして作業孔2内の作業部分1bに、窓3が開削されている。この窓3は管路部分1a内に内張り材4を導入するに足りる程度の大きさとし、できるだけ小さいものであることが好ましい。
【0032】
この作業部分1bは、窓3が開削されるために強度が低下し、後の加熱工程において圧縮歪みがかかったときに座屈する恐れがあるので、図面に示すように窓3の両側に固定具5を取り付け、その固定具5間に補強材6を介装し、加熱時の圧縮応力により管路が座屈するのを防止するのが好ましい。
【0033】
図2は第二の発明の実施の形態を示すものであって、作業孔2内に露出している管路1の作業部分1bを切断し、内張りすべき管路部分1aの端末部を、支持部材7を介して対向する管路部分1cに対して支持している。なお管路部分1aの端末部は、適宜の支持手段でそれに対向する作業孔2の壁面の地盤に支持することもできる。
【0034】
而して図1又は図2の状態において、窓3又は切断された管路部分1aの端末から、内張りすべき管路部分1a内に内張り材4を導入する。導入の方法としては、従来知られた方法を採ることができ、例えば管路部分1aに挿通した紐などで引き込んでも良く、また柔軟な内張り材4を流体圧力で裏返しながら管路部分1aに挿通することもできる。
【0035】
そして管路部分1aに挿通された内張り材4内に、加圧水蒸気、加熱加圧空気、温水などの加熱加圧流体を送入し、内張り材4を加熱すると共に加圧し、内張り材4の形態に応じて熱と圧力の作用により、当該内張り材4を管路部分1aの内面に圧接して内張りを施す。
【0036】
内張りした管路部分1aを冷却した後、第一の発明においては作業孔2内の作業部分1bを切断し、第二の発明においては支持部材7を除去して、管路部分1aの端末において内張り材4の端末処理を行い、作業孔2内の管路の切除部分を接続して、管路系を復旧して内張りを終了する。
【0037】
【作用】
本発明においては、第一の発明においては内張りすべき管路部分1aとそれに対向する管路部分1cとが連続しており、また第二の発明では管路部分1aがそれに対向する管路部分1c又は地盤に対して支持されているので、内張り作業において管路部分1aが加熱されて圧縮歪みがかかっても、その管路部分1aの端末部が伸長方向に変位することができない。
【0038】
従って管路部分1aの全ての箇所において同程度の圧縮歪みがかかるが、管路1が伸長することがなく、全ての箇所において地盤による拘束力の大小に拘らず変位が生じることがない。
【0039】
而して加熱工程が終了して管路部分1aが冷却されるときには、圧縮歪みが解消されて減少するが、先の加熱時において伸長していないため、常温に戻ったときに圧縮歪みがゼロとなるだけであって、それを超えて引っ張り歪みが作用することがない。
【0040】
図5における破線による曲線Aは、本発明における温度と歪みとの関係を示すものである。すなわち加熱時には温度の上昇に伴って圧縮歪みが増大し、従来例における圧縮歪みよりも大きい値にまで増大する。そして温度の低下に伴って圧縮歪みは減少し、最終的には歪みはほゞゼロとなり、大きな引っ張り歪みが残留することがない。
【0041】
また管路部分1aの伸縮が生じないので、図4においては、全ての位置において曲線は変位ゼロの基準線に一致して描かれることとなる。従って管路部分1aの端末部においても中央部においても歪みの大きさが変ることがなく、図5における曲線Aは全ての位置でほゞ同様の曲線を描く。また管路部分1aの長さによって歪みの大きさが左右されることもない。
【0042】
【発明の効果】
従って本発明によれば、内張り工程において加熱したときに、管路部分1aの変位を阻止されているので熱により管路部分1aが伸長することがない。そして加熱に続いて冷却されたときには、加熱により生じていた圧縮応力が解消されるだけであって、管路部分1aが収縮することがなく、管路部分1aに引っ張り応力が残留することがない。
【0043】
また加熱冷却による圧縮応力の増減は、温度のみによって影響を受け、管路部分1aにおける位置や地盤による拘束力の大小によって左右されることがないので、管路部分1aの長さによって歪みの大きさや伸縮の有無が影響されることがない。
【0044】
従って長尺の管路部分について内張りを行っても、その管路部分に大きな引っ張り歪みが残留することがなく、内張り作業の後になって管路の溶接部や弱い部分が破断することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第一の発明の実施の状態を示す側面図
【図2】 第二の発明の実施の状態を示す側面図
【図3】 従来の方法における管路への影響を試験する状態を示す側面図
【図4】 管路の温度変化に伴う伸縮の状態を示すグラフ
【図5】 管路の温度変化に伴う歪みの状態を示すグラフ
1 管路
1a 内張りすべき管路部分
1c 対向する管路部分
3 窓
4 内張り材
6 補強材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for lining a pipeline buried in the ground for the purpose of repair or reinforcement.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, lining is carried out for the purpose of repairing or reinforcing a damaged portion of a pipeline buried in the ground. In order to apply a lining to the pipe line, both ends of the pipe part to be lined are dug up, the pipe line is cut, and the lining material is inserted into the pipe part from the end, and the inner pressure is applied to the lining material. It is in pressure contact with the road surface.
[0003]
Various methods have been proposed for the structure of the lining material and the means for inserting the lining material into the pipe line portion, but in many cases, a step of heating the lining material is required in the lining work.
[0004]
For example, an airtight layer is formed on the inner surface of a fiber layer such as a tubular woven fabric to form a lining material, and the fiber layer of the lining material is impregnated with a reaction-curable resin liquid and inserted into a pipe portion, and the lining material There is a method in which a heated and pressurized fluid is fed into the inner surface so that the lining material is pressed against the inner surface of the pipe and the resin liquid is heated and cured to be lining.
[0005]
Also, a thermoplastic resin or a pipe reinforced with a cylindrical fiber layer is used as a lining material, and this is inserted into a pipe line to feed a heated pressurized fluid, and the thermoplastic resin is removed by the heat of the heated pressurized fluid. There is also known a method of softening and inflating with an internal pressure, and lining by pressing against the inner surface of the pipeline.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these methods, the pipe line may suddenly break immediately after the lining or after a certain time has passed. In particular, in a pipe line system in which steel pipes are welded by non-back welding, in the case of a long pipe line exceeding 30 m, the length that can be lined by a single operation is often not broken at the welding point. The work efficiency was poor.
[0007]
The results of the study of this phenomenon are described in detail in the 39th Annual Conference of the Japan Society of Civil Engineers (1984) “Stresses in buried pipes due to thermal expansion and contraction history: Shoichi Iimura, Nobuaki Nishio” Yes.
[0008]
The contents of this academic paper can be briefly explained as follows. That is, as shown in FIG. 3, thermometers and strain gauges are attached to 13 approximately equidistant intervals of (1) to (13) on a
[0009]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the temperature at each point a to g and the amount of displacement in the test results. FIG. 4 shows the temperature and strain at the points (2), (4), (6) and (7). FIG. 5 shows a graph showing the relationship between the In the academic paper, more data is shown, but it is omitted here.
[0010]
Thus, according to FIG. 4, at the center point d of the
[0011]
Looking at the amount of displacement at each measurement point, displacement occurs when the temperature begins to rise, and the amount of displacement increases as the temperature rises. When the temperature of the
[0012]
Even when the
[0013]
Further, according to FIG. 5, compressive strain is generated in the
[0014]
When the temperature of the
[0015]
From these results, the following can be inferred. That is, as the
[0016]
In the central part of the
[0017]
On the other hand, in the part close to the terminal of the
[0018]
Thus, when the
[0019]
At this time, in the central part of the
[0020]
On the other hand, in the part close to the terminal of the
[0021]
Finally, a large tensile strain remains in the central portion of the
[0022]
Thus, in such a state, a large tensile strain remains in the vicinity of the center of the
[0023]
In cast iron pipes and the like, short pipes are connected by flanges, and the flanges cannot be displaced in the ground. Therefore, the
[0024]
On the other hand, in a pipe line system welded with steel pipe, the welded part of the steel pipe cannot be expanded and contracted, and it is only restrained by the frictional resistance caused by the ground pressing against expansion and contraction due to heat. If the pipe part limited for the purpose is separated from the pipe system, the extension cannot be stopped when a large compression strain is applied, and the tensile strain caused by cooling contracts due to the restraining force of the ground. Is suppressed, and finally a large tensile strain remains.
[0025]
And since the magnitude of the remaining tensile strain increases as the distance from the terminal of the separated pipe section becomes longer, if a lining is applied to a long pipe section, a large tensile strain remains due to heat in the lining work. However, the pipeline breaks due to the distortion. Therefore, in the pipe line system in which the steel pipe is welded as described above, there is a limit to the length that can be lined in one operation.
[0026]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method capable of lining a sufficiently long pipeline portion in a single operation even in a pipeline system in which the aforementioned steel pipe is welded. It is what.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
Thus, in the first invention, a window sufficient to introduce the lining material into the pipe portion is cut out on the pipe walls of both end portions of the pipe portion to be lined in the pipe line buried in the ground. The reinforcing material is interposed between the pipe lines on both sides of the window, the lining material is introduced into the pipe part from the window and heated, and the lining pipe part is cooled. It is characterized in that the pipe line in the excised part is restored by excising a nearby pipe line and performing a terminal treatment of the lining material.
[0029]
Moreover, 2nd invention cut | disconnects both the terminal parts of the pipe line part which should be lined in the pipe line embed | buried in the ground, and opposes the said pipe line part terminal part to the said pipe line part via a support member. Supporting the pipe part, introducing a lining material into the pipe part from the terminal and applying the lining by heating, cooling the lining pipe part, removing the support member, The terminal of the lining material is processed at the terminal of the pipe line portion, and the pipe line is restored.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the first invention, wherein 1 is a pipeline, and
[0031]
A
[0032]
Since the working
[0033]
FIG. 2 shows an embodiment of the second invention, in which the working
[0034]
Thus, in the state of FIG. 1 or FIG. 2, the
[0035]
Then, a heating / pressurizing fluid such as pressurized water vapor, heating / pressurizing air, or hot water is fed into the
[0036]
After cooling the lined pipe part 1a, in the first invention, the
[0037]
[Action]
In the present invention, in the first invention, the pipeline portion 1a to be lined and the
[0038]
Accordingly, the compressive strain of the same degree is applied to all the portions of the pipeline portion 1a, but the
[0039]
Thus, when the heating process is completed and the pipe portion 1a is cooled, the compressive strain is eliminated and reduced. However, the compressive strain is zero when the temperature returns to room temperature because the compressive strain is not expanded during the previous heating. The tensile strain does not act beyond that.
[0040]
A curve A indicated by a broken line in FIG. 5 shows a relationship between temperature and strain in the present invention. That is, during heating, the compressive strain increases as the temperature rises, and increases to a value larger than the compressive strain in the conventional example. As the temperature decreases, the compressive strain decreases and finally the strain becomes almost zero, so that a large tensile strain does not remain.
[0041]
Further, since the pipe portion 1a does not expand and contract, the curve is drawn in conformity with the zero-displacement reference line at all positions in FIG. Accordingly, the magnitude of the distortion does not change in the terminal portion and the central portion of the pipe portion 1a, and the curve A in FIG. 5 draws a similar curve at all positions. Further, the magnitude of the distortion is not affected by the length of the pipeline portion 1a.
[0042]
【The invention's effect】
Therefore, according to the present invention, when the heating is performed in the lining process, the displacement of the pipeline portion 1a is prevented, so that the pipeline portion 1a does not extend due to heat. When the cooling is performed subsequent to the heating, only the compressive stress generated by the heating is eliminated, the pipeline portion 1a does not contract, and no tensile stress remains in the pipeline portion 1a. .
[0043]
In addition, the increase or decrease in compressive stress due to heating and cooling is affected only by temperature, and is not affected by the position in the pipeline portion 1a or the size of the restraining force due to the ground, so that the strain increases depending on the length of the pipeline portion 1a. The presence or absence of sheath expansion and contraction is not affected.
[0044]
Therefore, even if the lining is performed on the long pipe portion, a large tensile strain does not remain in the pipe portion, and the welded portion or the weak portion of the pipe does not break after the lining operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing the state of implementation of the first invention. FIG. 2 is a side view showing the state of implementation of the second invention. FIG. 3 is a state of testing the influence on the pipeline in the conventional method. FIG. 4 is a graph showing the state of expansion and contraction accompanying the temperature change of the pipe line. FIG. 5 is a graph showing the state of distortion accompanying the temperature change of the pipe line. 1 Pipe line 1a
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