JP4220425B2 - 管継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、地中埋設管路の接合部における可撓性及び収縮性を備えた管継手構造に関し、さらに詳しくは、シールド二次覆工に使用される内挿管同士を接合するために一次覆工構造体のセグメントとの間隙に設けられる管継手構造に関する。

地中には種々の管路が敷設されており、特に、土管を用いた下水道用の管路は、長い年月が経過するに伴って下水により管の内面が腐食しやすくなっている。下水管路においては、地下水が管内に浸透することや、流下する下水が地中に浸透することは好ましくはない。このような点を考慮して、近年、劣化した管路を更生するための種々の工法が開発されている。

管路の更生工法としては、例えば、老朽管路よりも小径の複数の新管を老朽管路内で順次接続していくパイプインパイプ工法が知られている。この工法において、新管を連結した後に、新設管路の外周面と既設管路の内周面との間にグラウト材を充填することが行われている。

また、道路や鉄道等のトンネルあるいは下水管渠築造用のトンネルなどを構築する工法として、シールド工法が一般に採用されている。シールド工法では、例えば、シールドマシンで地盤を掘進しつつ、シールドマシンの後方で、掘削部の周囲内壁面に沿ってセグメントを順次組み立てることによってトンネルの壁体を構築する一次覆工と、その一次覆工構造内に管体を敷設する二次覆工とを行っている。このようなシールド工法においても、二次覆工管体と一次覆工管体との間にグラウト材が充填されている。

これらの工法において、新管同士あるいは管体同士の接合部には、地盤から受ける局所的な応力変形に接合部を追随させることで、管路が変形したり破損したりするのを防ぐ継手部材が備えられるようになっていきている。

かかる継手部材として、例えば特許文献１には、繊維強化性樹脂からなる管継手本体の一端に弾性体を介して短管が外嵌めされ、管継手本体の外側に管状の補強材が設けられた継手部材が提案されている。この継手部材により管体同士が接合される際、例えばセグメントによって形成された一次覆工の内部と、二次覆工における管体同士の接合部との間には、この空隙部を充填する充填材が注入されている。
特開２０００−６５２６４号公報

前記したような継手部材によって管体の接合部は可撓性を備え、地盤から受ける局所的な応力を有る程度許容しうるものとなっている。しかしながら、この接合部の外側を充填する充填材として、多くはエアーモルタルが使用されているが、エアーモルタルは体積変形しにくいものである。したがって、地震による地盤変位や軟弱地盤における圧密沈下・不等沈下などによって接合部に局所的な応力集中が作用した場合を考慮すれば、かかる接合部に可撓性を備えさせるだけでなく、圧縮変形等の軸方向の変形も許容しうるようにして、変形追随性を高め、管路の破損や損傷を防止することが望ましい。

本発明は以上のような事情にかんがみてなされたものであり、地中に埋設された管体同士の接合部において、地震等による地盤変位や軟弱地盤での圧密沈下・不等沈下などの負荷によって生じる変形に対して良好な追随性を備え、十分な耐震性を保持して被害を最小限にとどめることのできる管継手構造を提供することを目的としている。

前記の課題を解決するために、本発明は、セグメント内に配設される内挿管同士の接合部に継手部材が設けられ、この継手部材は、内挿管の外径よりも大きい内径を有する外側スリーブを備え、この外側スリーブの内面に軸方向に摺動可能とされた内側スリーブが挿入され、この内側スリーブの内径は前記内挿管の内径にほぼ等しく形成されるとともに、外側スリーブ両端近傍の内周面に止水リングが装着され、内挿管とセグメントとの空隙部は所定長さごとに間仕切壁によって区切られ、この区切られた区間に位置する内挿管の接合部とセグメントとの空隙部にグラウト材が充填される管継手構造において、前記グラウト材は弾性材料と、この弾性材料の周囲を充填する流動性材料とから構成されていることを特徴としている。

この発明によれば、内挿管の接合部とセグメントとの空隙部に、外力により変形を許容しうる弾性材料と、外力に応じて流動及び変形可能な流動性材料とからなるグラウト材が充填されて体積変化可能に構成されているので、内挿管同士の接合部に地震等による負荷が作用した際、かかるグラウト材が接合部の変形を許容して管路の損傷を防ぐことができる。

また、前記構成の管継手構造において、グラウト材を構成する弾性材料は、間仕切壁によって区切られた区間に相当する長さで棒状に形成されて軸方向に配設されることを特徴としている。これにより、内挿管同士の接合部に作用する負荷を、弾性材料が良好に吸収することができる。

また、前記構成の管継手構造において、内挿管の外周には、グラウト材を構成する弾性材料を保持するための複数条のリブが設けられていることを特徴としている。これにより、弾性材料が内挿管の外周の適切な位置に良好に保持されるので、グラウト材が所期の効果を十分に発揮することができる。

前記構成の管継手構造において、グラウト材を構成する弾性材料は、合成樹脂発泡体であることが好ましい。合成樹脂発泡体として、具体的には、発泡スチロールや発泡ウレタン等があげられる。これにより弾性材料は、外力による変形を許容することができる。

また、前記構成の管継手構造において、グラウト材を構成する流動性材料は、泥土であることが好ましい。これにより、流動性材料が外力に応じて流動及び変形可能とされ、さらに長期的に固化しないことで長期間にわたって使用することができる。

本発明の管継手構造によれば、内挿管の接合部とセグメントとの空隙部に、弾性材料と、この弾性材料の周囲を充填する流動性材料とから構成されたグラウト材を充填することにより、地震等による負荷が作用しても、可撓性を有するだけでなく圧縮変形などの軸方向の変形をも許容するものとなって、接合部に生じる変形に良好に追随し、十分な耐震性を発揮して被害を最小限にとどめることができる。

以下、本発明に係る管継手構造の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２は本発明に係る管継手構造の実施例の一つを示し、図１は管継手構造の軸方向断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。

シールド工法においては、一次覆工により構築されたセグメント１の内側に、二次覆工として複数の内挿管２が配設される。この内挿管２は、例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）や、ＦＲＰ層間に樹脂モルタル層が設けられた繊維強化樹脂モルタル（ＦＲＰＭ）等の材料からなる高強度のものが使用される。そして、内挿管２はセグメント１内に一方向から挿入され、内挿管２同士の接合部に、図１に示すような継手部材３が備えられて接合される。

継手部材３は、内挿管２の外径よりも大きい内径を有する鋼製の外側スリーブ３１を備え、この外側スリーブ３１の内面に軸方向に摺動可能とされた内側スリーブ３２が挿入されている。外側スリーブ３１には、この他機械的に強靱な材料、例えば鋳鉄等の金属系材料やＦＲＰＭ管などが好ましい。内側スリーブ３２は、高強度の繊維強化性樹脂管であり、例えばＦＲＰＭ等の材料からなるのものが使用されている。また、外側スリーブ３１と内側スリーブ３２との間に、例えばＳＢＲ（スチレンとブタジエンの共重合物）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレン、プロピレンと第３成分の共重合物）等の合成ゴム、又は発泡体からなる緩衝材３４が介装されてもよい。

内側スリーブ３２の内径は、内挿管２の内径にほぼ等しく形成されている。例示の形態では、これらの内径は、約２４００ｍｍ程度とされている。また、外側スリーブ３１両端近傍の内周面に合成ゴム等の環状の弾性体からなる止水リング３３が装着され、パッキンとしての機能が備えられている。

かかる構成は、例示の形態においては、セグメント１の内径が２７００ｍｍであり、継手部材３の外側スリーブ３１の外径は２５８９ｍｍとされている。したがって、セグメント１と継手部材３（外側スリーブ３１）との間には、高さ約５５ｍｍ程度の空隙部が形成されている。

内挿管２とセグメント１との空隙部は、内挿管２同士の接合部分も含めて、所定長さごとに間仕切壁４によって区切られている。特に、内挿管２の接合部が位置する空隙部では、間仕切壁４の間隔が約１ｍとなるように区切られている。

かかる内挿管２の接合部において、セグメント１と継手部材３及び内挿管２との間の空隙部には、グラウト材５が充填される。本発明において、グラウト材５は弾性材料５１と、この弾性材料５１の周囲を充填する流動性材料５２とから構成されている。

グラウト材５を構成する弾性材料５１は、外力により変形を許容しうる材料であることが好ましく、例えば発泡スチロールや発泡ウレタン等の合成樹脂発泡体により形成されている。弾性材料５１としては、このような合成樹脂発泡体のほかに、バルサ材、紙、段ボール等であってもよい。また、このグラウト材５を構成する弾性材料５１は、間仕切壁４によって区切られた区間に相当する長さ（例示の形態では約１ｍ）を有し、断面矩形状の棒状体で形成されている。

一方、グラウト材５を構成する流動性材料５２は、外力に応じて流動及び変形可能な材料であって長期的に固化しない材料であることが好ましく、例示の形態では、土砂に作泥材を加えて練りまぜて形成された塑性流動性を有する泥土が採用されている。流動性材料５２としては、泥土のほか、例えば吸水性ポリマー等であってもよい。

図２に示すように、弾性材料５１は内挿管２の接合部とセグメント１との空隙部において、周方向に均等に配置され、内挿管２の軸方向に沿って配置されている。この空隙部に対する弾性材料５１の配置の割合は、地盤から受ける局所的な応力を受ける際の、弾性材料５１の体積変化やひずみ量を考慮して試算し、適宜選定される。例えば、弾性材料５１が１ｍの部材長に対して、外力によって５ｃｍ圧縮する場合、内挿管２の接合部における外周の約１／２以上の割合で配置されていれば足りると考えられる。

なお、このように配置される弾性材料５１を、内挿管２の外周の適切な位置に配置するために、内挿管２の外周面には、弾性材料５１を保持する複数条のリブが設けられていてもよい。さらに、これらのリブは、継手部材３の外側スリーブ３１の外周面や、セグメント１の内周面に設けられていてもよく、前記と同様に弾性材料５１を保持することができる。また、弾性材料５１の断面形状は図示したような矩形状に限られず、内挿管２の外周及びセグメント１の内周に沿った略台形状で形成されていてもよい。

弾性材料５１が配設された空隙部には、さらに、内挿管２の内周部側からグラウトホール６３を介して流動性材料５２が注入されるされる場合もある。グラウトホール６３は、内挿管２の接合部が位置する空隙部に面して、少なくともいずれか一方の内挿管２の上部に貫通孔２１が穿設され、図３に示すようなグラウトホール６３を有するホール形成部材６が嵌め込まれて形成されている。

ホール形成部材６は、例えばＦＲＰの成形品で、グラウトホール６３を設ける内挿管２の外周面に沿う形状に成形された正面円形の本体部６１と、この本体部６１の裏面側中央部に一体形成された円筒形状のボス部６２とからなる。本体部６１の中央には、グラウトホール６３が設けられ、このグラウトホール６３の内面には雌ねじ部６４が形成されている。

内挿管２同士の接合部が位置する空隙部に、流動性材料５２を充填するには、内挿管２に取り付けたホール形成部材６のグラウトホール６３に、注入用ホースの先端ねじ部を完全にねじ込んだ状態で、流動性材料５２を、グラウトホール６３を通じて内挿管２の外周部に注入するという手順で行う。流動性材料５２の注入が終了すると、グラウトホール６３を閉塞してグラウト材５の充填作業が完了する。

本発明においては、かかるホール形成部材６に逆止弁が設けられていることが望ましい。これにより、グラウトホール６３から流動性材料５２が充填された際、内挿管２の内周部へ逆流、流下することが防止され、施工性も高められる。

本発明に係る管継手構造は以上のように構成され、内挿管２の接合部とセグメント１との間の空隙部が、弾性材料５１と流動性材料５２とからなるグラウト材５によって充填されていることで、地震による負荷が内挿管２同士の接合部に作用しても、内挿管２は継手部材３を介して、たわみ変形や軸方向の圧縮変形が可能となるので、管路が変形したり破損したりするのを防止することができる。

本発明は、シールド二次覆工に使用される内挿管同士を接合するために一次覆工構造体のセグメントとの間隙に設けて、地震等による負荷が作用した際の変形に耐えうる管継手構造として有効に利用できる。

本発明に係る管継手構造の軸方向断面を示す説明図である。 図１のＡ−Ａ線断面を示す説明図である。 本発明に係る管継手構造において内挿管に嵌め込まれるホール形成部材の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ セグメント
２ 内挿管
３ 継手部材
３１ 外側スリーブ
３２ 内側スリーブ
３３ 止水リング
４ 間仕切壁
５ グラウト材
５１ 弾性材料
５２ 流動性材料
６ ホール形成部材
６１ 本体部
６２ ボス部
６３ グラウトホール
６４ 雌ねじ部

Claims (5)

1. セグメント内に配設される内挿管同士の接合部に継手部材が設けられ、この継手部材は、内挿管の外径よりも大きい内径を有する外側スリーブを備え、この外側スリーブの内面に軸方向に摺動可能とされた内側スリーブが挿入され、この内側スリーブの内径は前記内挿管の内径にほぼ等しく形成されるとともに、外側スリーブ両端近傍の内周面に止水リングが装着され、
   内挿管とセグメントとの空隙部は所定長さごとに間仕切壁によって区切られ、この区切られた区間に位置する内挿管の接合部とセグメントとの空隙部にグラウト材が充填される管継手構造において、
   前記グラウト材は弾性材料と、この弾性材料の周囲を充填する流動性材料とから構成されていることを特徴とする管継手構造。
2. グラウト材を構成する弾性材料は、間仕切壁によって区切られた区間に相当する長さで棒状に形成されて軸方向に配設されることを特徴とする請求項１に記載の管継手構造。
3. 内挿管の外周面には、グラウト材を構成する弾性材料を保持するための複数条のリブが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の管継手構造。
4. グラウト材を構成する弾性材料は、合成樹脂発泡体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の管継手構造。
5. グラウト材を構成する流動性材料は泥土であることを特徴とする請求項１〜４に記載の管継手構造。
   

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