JP5000165B2 - 渦流式流水管及びその設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、管内を落下する液体に渦流を形成させることにより、管内を落下する液体を減勢させる渦流式流水管及びその設計方法に関する。

近年、都市部等では、雨水等によって生じる浸水被害を低減するための施設として、浸水対策施設が施工されている。このような浸水対策施設としては、例えば、豪雨時に降った多量の雨水の一部を、地下深くに設けられた貯留施設に一時的に貯留しておき、貯留施設付近を流れる川の水位が低下した状態で、貯留施設に貯留した水をポンプ等で汲み上げて、上記の川へ放流するものがある。

このような浸水対策施設は、地表に降った多量の雨水の一部を地下深くに設けられた貯留施設へ流入させるために、円筒状の流水管を備えている。この流水管には、地表面近くに配置されるとともに多量の雨水を集める接近水路が連結されており、接近水路と貯留施設は、流水管によって連通している。すなわち、接近水路は地表面近くに配置されており、貯留施設は地下深くに設けられているため、接近水路と貯留施設との間には大きな落差が形成されることとなる。このため、接近水路が集めた多量の雨水が直流の状態で流水管内へ流入すると、多量の雨水が有する落下エネルギーが減勢されずに、この雨水が流水管の底面へ落下して、流水管の底面に多大な衝撃が加わり、流水管が破損するおそれがある。

したがって、浸水対策施設が備える流水管としては、接近水路から流入して流水管内を落下する雨水を螺旋状に旋回させ、流水管内を落下する雨水によって渦流を形成することにより、雨水の落下エネルギーを減勢させる渦流式流水管が用いられることが多い。このような渦流式流水管としては、例えば、図１７に示すものがある。

図１７は、浸水対策施設が備える渦流式流水管１を示す斜視図である。
図１７中に示すように、浸水対策施設が備える渦流式流水管１は、軸を上下方向に向けて配置されるとともに底面が閉塞された円筒状の流水管２と、流水管２と連通する流水通路４を有する接近水路６と、接近水路６よりも下方で流水管２と連通する接続管８とを備えている。

流水管２は、接近水路６が連結される切り欠き１０が設けられた立坑部１２と、接続管８が連結される流出口１４が設けられるとともに、立坑部１２の下方に配置される減勢部１６とを備えている。切り欠き１０は、立坑部１２の上端に設けられており、切り欠き１０に接近水路６が連結されることにより、流水通路４と流水管２が連通している。流出口１４は、減勢部１６の底板１８よりも上方に設けられており、流出口１４に接続管８が連結されることにより、接続管８と流水管２が連通している。接続管８は、流水管２と下流管３０を連通している。下流管３０は、図外の貯留施設に連結されている。

流水通路４は、流水通路４の長手方向に亘って同一幅に形成された本体通路部２０と、流水管２側へ向かうにつれて幅が狭く形成されるとともに、底面２２が流水管２側へ向かうにつれて下方へ傾斜する傾斜通路部２４とを備えている。
接近水路６は、本体通路部２０を有する本体部２６と、傾斜通路部２４を有するとともに、切り欠き１０に連結されることにより、傾斜通路部２４を流水管２の接線方向に連結させる導入部２８とを備えている。

このような構成の渦流式流水管１では、本体通路部２０に図外の分水施設等から雨水等の液体が流入すると、この流入した液体が導入部２８によって誘導されて流水管２内へ流入する。このとき、流水管２内へ流入した液体は、傾斜通路部２４が流水管２の接線方向に連結されているため、螺旋状に旋回して渦流を形成する。そして、流水管２内へ流入した液体は、渦流を形成することにより、落下エネルギーが減勢された状態で流水管２内を落下する。

このような構成の渦流式流水管１の設計方法としては、例えば、非特許文献１に記載されている設計方法が用いられている。
この設計方法は、予め、水理模型実験によって得られた結果に基づいて求められた計算方法により、流水管２内へ単位時間当たりに流入させる液体の計画流量に基づいて、以下の表に示す各施設諸元を設計する方法である。

表中に示すように、非特許文献１に記載されている設計方法では、流水管２内へ単位時間当たりに流入させる液体の計画流量Ｑｐに基づいて、本体通路部２０の幅Ｂ、本体通路部２０の水深Ｈａ、傾斜通路部２４の開口幅ｅ、傾斜通路部２４の長さＬａ、傾斜通路部２４の底面２２の傾斜部分のみの最大高さＺ、切り欠き１０の高さＨＺ、立坑部１２の内径Ｄａの各施設諸元を設計している。

また、浸水対策施設が備える渦流式流水管１としては、例えば、図１８に示すようなものもある。
図１８は、浸水対策施設が備える渦流式流水管１と、シールドマシンの発進立抗３２を示す斜視図である。
図１８中に示すように、この渦流式流水管１は、流水管２が、シールドマシンの発進立抗や到達立抗等、流水管２よりも内径の大きい抗内に設置されている。この場合、発進立抗や到達立抗の内径が、流水管２の内径と比較して、数倍の規模で設計されているため、発進立抗や到達立抗が十分な減勢機能を有することとなる。したがって、水理模型実験を行うことなく、渦流式流水管１の各施設諸元を設計することが多い。なお、図１８中では、一例として、流水管２が、シールドマシンの発進立抗３２内に設置されている場合を示している。

S.C.Jain and J.F.Kennedy、「VORTEX-FLOW DROP STRUCTURES FOR THE MILWAUKEE METOROPOLITAN SEWERAGE DISTRICT INLINE STORAGE SYSTEM」、IIHR Report、Iowa Institute of Hydraulic Research、July 1983、NO.264、Ｐ233〜Ｐ242

しかしながら、上述した非特許文献１に記載されている設計方法を含め、従来の設計方法では、減勢部及び接続管の各施設諸元の設計に関しては確立されていない。そのため、減勢部及び接続管に関しては、浸水対策施設毎に水理模型実験を行って、各施設諸元を設計している。
浸水対策施設毎に水理模型実験を行って、減勢部及び接続管の各施設諸元を設計する場合、渦流式流水管の設計期間が長期化してしまうという問題が生じるおそれがある。また、水理模型実験を行って、減勢部及び接続管の各施設諸元を設計する場合、水理模型実験の製造コスト等、各施設諸元の設計に係るコストが増加してしまうという問題が生じるおそれがある。

また、図１８に示すような、流水管が内径の大きい抗内に設置される構成の渦流式流水管ではなく、例えば、地下深くに設けられている貯留施設へ、設計流量の液体を側方から流入させる構成の渦流式流水管等、流水管が地中に直接設置される構成の渦流式流水管では、渦流式流水管自体が十分な減勢機能を有することが要求される。この場合、渦流式流水管の各施設の規模を最小の規模とすることにより、渦流式流水管の施工コストを低減させることが要求される。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、水理模型実験を必要とせずに各施設諸元を設計することが可能であるとともに、渦流式流水管自体が十分な減勢機能を有する渦流式流水管及びその設計方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のうち、請求項１に記載した発明は、軸を上下方向に向けて配置されるとともに底面が閉塞された円筒状の流水管と、当該流水管と連通する流水通路を有する接近水路と、当該接近水路よりも下方で前記流水管と連通する接続管と、を備え、
前記流水管は、前記接近水路が連結されて前記流水通路と前記流水管とを連通させる切り欠きが設けられた立坑部と、前記接続管が連結されて接続管と前記流水管とを連通させる流出口が設けられるとともに前記立坑部の下方に配置される減勢部と、を備え、
前記流水通路は、当該流水通路の長手方向に亘って同一幅に形成された本体通路部と、前記流水管側へ向かうにつれて幅が狭く形成されるとともに底面が流水管側へ向かうにつれて下方へ傾斜する傾斜通路部と、を備え、
前記接近水路は、前記本体通路部を有する本体部と、前記傾斜通路部を有するとともに前記切り欠きに連結されて傾斜通路部を前記流水管の接線方向に連結させる導入部と、を備えた渦流式流水管であって、
前記接続管の軸を、前記流水管の軸と直交する方向に向けて配置し、
前記本体通路部の幅をＢとし、前記立坑部の内径をＤａとしたときに、
前記本体通路部の長さＬｃを５Ｂ以上とし、
前記減勢部の内径Ｄｂを３Ｄａ以上、前記接続管の内径Ｄｃを１．５Ｄａ以上とし、
前記立坑部の下端から前記流出口の上端までの高さＨｂを５Ｄａ以上、前記流出口の下端から前記減勢部の底面までの高さＨｃを２．２Ｄａ以上、前記傾斜通路部から前記立坑部の下端までの高さＨｄを５Ｄａ以上とし、
前記流水通路内を流れる液体の水面から前記減勢部の底面までの高さＨｔを２５Ｄａ以下としたことを特徴とするものである。

本発明によると、流水管内へ単位時間当たりに流入させる液体の計画流量を設定することにより、この計画流量に基づいて、水理模型実験を必要とせずに、渦流式流水管が備える各施設諸元の設計を行うことが可能となる。
また、本発明によると、渦流式流水管の構成を、以下に示す（１）〜（８）の各作用を奏する構成とすることが可能となるため、渦流式流水管自体が十分な減勢機能を有する構成とすることが可能となり、流水管の底面に加わる衝撃を低減させることが可能となる。

（１）接続管の軸を、流水管の軸と直交する方向に向けて配置したため、流水管内を落下する液体によって流水管の底面に作用する圧力を減少させることが可能となるとともに、流水管内を落下する液体によって流水管の底面に作用する圧力変動の振幅を縮小させることが可能となる。また、流水管から接続管へ流入する液体の流れの安定性を向上させることが可能となる。

（２）本体通路部の幅Ｂに基づいて、本体通路部の長さＬｃを５Ｂ以上としたため、本体通路部内を流れる液体の乱れを低減させることが可能となり、本体通路部内における液体の流れの安定性を向上させることが可能となる。
（３）立坑部の内径Ｄａに基づいて、減勢部の内径Ｄｂを３Ｄａ以上としたため、流水管内を落下する液体によって流水管の底面に作用する圧力を減少させることが可能となるとともに、流水管内を落下する液体によって流水管の底面に作用する圧力変動の振幅を縮小させることが可能となる。

（４）立坑部の内径Ｄａに基づいて、立坑部の下端から流出口の上端までの高さＨｂを５Ｄａ以上としたため、流水管内を落下する液体によって流水管の底面に作用する圧力を減少させることが可能となるとともに、減勢部において自由水面を確保して流れを安定させることが可能となる。また、流水管内を落下する液体によって流水管の底面に作用する圧力変動の振幅を縮小させることが可能となる。

（５）立坑部の内径Ｄａに基づいて、流出口の下端から減勢部の底面までの高さＨｃを２．２Ｄａ以上としたため、流水管内を落下する液体によって流水管の底面に作用する圧力を減少させることが可能となるとともに、流水管内を落下する液体によって流水管の底面に作用する圧力変動の振幅を縮小させることが可能となる。
（６）立坑部の内径Ｄａに基づいて、接続管の内径Ｄｃを１．５Ｄａ以上としたため、流水管と接続管との連結部において発生する負圧を低減させることが可能となり、流水管と接続管との連結部に生じる破損を防止することが可能となる。

（７）立坑部の内径Ｄａに基づいて、傾斜通路部から立坑部の下端までの高さＨｄを５Ｄａ以上としたため、流水管内を落下する液体を螺旋状に旋回させて、流水管内を落下する液体によって渦流を形成させることが可能となる。
（８）立坑部の内径Ｄａに基づいて、流水通路内を流れる液体の水面から減勢部の底面までの高さＨｔを２５Ｄａ以下としたため、流水管内を落下する液体によって流水管の底面に作用する圧力を減少させることが可能となるとともに、流水管内を落下する液体によって流水管の底面に作用する圧力変動の振幅を縮小させることが可能となる。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明であって、前記接続管の長さＬｂを８Ｄａ以上としたことを特徴とするものである。
本発明によると、立坑部の内径Ｄａに基づいて、接続管の長さＬｂを８Ｄａ以上としたため、接続管内を流れる液体の乱れを低減させて、接続管内における液体の流れの安定性を向上させることが可能となる。

次に、請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した発明であって、前記傾斜通路部から前記立坑部の下端までの高さＨｄを１０Ｄａとしたことを特徴とするものである。
本発明によると、立坑部の内径Ｄａに基づいて、傾斜通路部から立坑部の下端までの高さＨｄを１０Ｄａとしたため、傾斜通路部から立坑部の下端までの高さＨｄを１０Ｄａ未満とした場合と比較して、流水管内を落下する液体によって、安定した渦流を形成させることが可能となる。

次に、請求項４に記載した発明は、請求項１から３のうちいずれか１項に記載した発明であって、前記本体通路部の長さＬｃを１０Ｂ以上としたことを特徴とするものである。
本発明によると、本体通路部の幅Ｂに基づいて、本体通路部の長さＬｃを１０Ｂ以上としたため、本体通路部の長さＬｃを１０Ｂ未満とした場合と比較して、本体通路部内を流れる液体の乱れを更に低減させることが可能となり、本体通路部内における液体の流れの安定性を更に向上させることが可能となる。

次に、請求項５に記載した発明は、軸を上下方向に向けて配置されるとともに底面が閉塞された円筒状の流水管と、当該流水管と連通する流水通路を有する接近水路と、当該接近水路よりも下方で前記流水管と連通する接続管と、を備え、
前記流水管は、前記接近水路が連結されて前記流水通路と前記流水管とを連通させる切り欠きが設けられた立坑部と、前記接続管が連結されて接続管と前記流水管とを連通させる流出口が設けられるとともに前記立坑部の下方に配置される減勢部と、を備え、
前記流水通路は、当該流水通路の長手方向に亘って同一幅に形成された本体通路部と、前記流水管側へ向かうにつれて幅が狭く形成されるとともに底面が流水管側へ向かうにつれて下方へ傾斜する傾斜通路部と、を備え、
前記接近水路は、前記本体通路部を有する本体部と、前記傾斜通路部を有するとともに前記切り欠きに連結されて傾斜通路部を前記流水管の接線方向に連結させる導入部と、を備えた渦流式流水管の設計方法であって、
前記接続管の軸を、前記流水管の軸と直交する方向に向けて配置し、
前記本体通路部の幅をＢとし、前記立坑部の内径をＤａとしたときに、
前記本体通路部の長さＬｃを５Ｂ以上とし、
前記減勢部の内径Ｄｂを３Ｄａ以上、前記接続管の内径Ｄｃを１．５Ｄａ以上とし、
前記立坑部の下端から前記流出口の上端までの高さＨｂを５Ｄａ以上、前記流出口の下端から前記減勢部の底面までの高さＨｃを２．２Ｄａ以上、前記傾斜通路部から前記立坑部の下端までの高さＨｄを５Ｄａ以上とし、
前記流水通路内を流れる液体の水面から前記減勢部の底面までの高さＨｔを２５Ｄａ以下として設計したことを特徴とするものである。

本発明によると、流水管内へ単位時間当たりに流入させる液体の計画流量を設定することにより、この計画流量に基づいて、水理模型実験を必要とせずに、渦流式流水管が備える各施設諸元の設計を行うことが可能となる。
また、本発明によると、流水管の軸の方向、本体通路部の幅及び立坑部の内径に基づいて、渦流式流水管の構成を、渦流式流水管自体が十分な減勢機能を有する構成とすることが可能となり、流水管の底面に加わる衝撃を低減させることが可能となる。

次に、請求項６に記載した発明は、請求項５に記載した発明であって、前記接続管の長さＬｂを８Ｄａ以上としたことを特徴とするものである。
本発明によると、立坑部の内径Ｄａに基づいて、接続管の長さＬｂを８Ｄａ以上としたため、接続管内を流れる液体の乱れを低減させて、接続管内における液体の流れの安定性を向上させることが可能となる。

本発明によれば、水理模型実験を必要とせずに、渦流式流水管が備える各施設諸元の設計を行うことが可能となるため、渦流式流水管の各施設諸元の設計期間の短縮が可能となるとともに、渦流式流水管の施工コストの低減が可能となる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、図１から図１６を参照して本実施形態の構成を説明する。
図１は本実施形態の渦流式流水管１の全体を示す斜視図である。なお、図１８に示した従来の渦流式流水管１と同様の構成については、同一符号を付して説明する。
図１に示すように、本実施形態の渦流式流水管１は、中心軸線ＣＬ１を上下方向に向けて配置される円筒状の流水管２と、流水管２と連通する流水通路４を有する接近水路６と、接近水路６よりも下方で流水管２と連結する接続管８とを備えている。流水管２、接近水路６及び接続管８は、例えば、耐水性を有するコンクリートによって形成されている。

流水管２は、接近水路６が連結される切り欠き１０が設けられた立坑部１２と、接続管８が連結される流出口１４が設けられるとともに、立坑部１２の下方に配置される減勢部１６とを備えている。減勢部１６は、底面が底板１８によって閉塞されており、立坑部１２の内径よりも大きな内径に形成されている。すなわち、流水管２の底面は、底板１８によって閉塞されている。切り欠き１０は、立坑部１２の上端に設けられており、切り欠き１０に接近水路６が連結されることにより、流水通路４と流水管２が連通している。流出口１４は、減勢部１６の底板１８よりも上方に設けられており、流出口１４に接続管８が連結されることにより、接続管８と流水管２が連通している。

流水通路４は、流水通路４の長手方向に亘って同一幅に形成された本体通路部２０と、流水管２側へ向かうにつれて幅が狭く形成されるとともに、底面２２が流水管２側へ向かうにつれて下方へ傾斜する傾斜通路部２４とを備えている。
接近水路６は、本体通路部２０を有する本体部２６と、傾斜通路部２４を有するとともに、切り欠き１０に連結されることにより、傾斜通路部２４を流水管２の接線方向に連結させる導入部２８とを備えている。
接続管８は、中心軸線ＣＬ２を流水管２の中心軸線ＣＬ１と直交する方向に向けて配置されており、流水管２と下流管３０を連通している。下流管３０は、図外の貯留施設に連結されている。

以下、図２を参照して、接続管８を、接続管８の中心軸線ＣＬ２を流水管２の中心軸線ＣＬ１と直交する方向に向けて配置した理由について説明する。
図２は、流水管２が有する減勢機能の比較実験に用いる、流水管２と接続管８との連結状態と、流水管２及び接続管８の構成が異なる五種類の水理模型を示す図である。なお、図２中に示されている流水管２は、立坑部１２と減勢部１６が同一の内径に形成されている。また、図２中には、流水管２内を落下して、流水管２から接続管８へ流入する液体の流れを、破線で示している。

図２（ａ）〜（ｅ）に示されている流水管２及び接続管８のうち、図２（ｅ）に示されている流水管２及び接続管８は、その他のものと比較して、流水管２から接続管８へ流入する液体の流れが安定している。すなわち、図２（ｅ）に示されている流水管２及び接続管８は、その他のものと比較して、高い減勢機能を有していることが確認された。なお、図２中に円Ｒで囲んだ箇所は、−３ｍ以上の負圧が発生している箇所を示している。これは、コンクリートが破損する負圧限界を示している。
また、上述した従来の渦流式流水管（図１８参照）と同様に、本実施形態の渦流式流水管１においても、流水管２内へ単位時間当たりに流入させる液体の計画流量に基づいて、以下の表に示す各施設諸元が設計されている。

表中に示すように、本実施形態の渦流式流水管１においても、従来の渦流式流水管と同様に、流水管２内へ単位時間当たりに流入させる液体の計画流量Ｑｐに基づいて、本体通路部２０の幅Ｂ、本体通路部２０の水深Ｈａ、傾斜通路部２４の開口幅ｅ、傾斜通路部２４の長さＬａ、傾斜通路部２４の底面２２の傾斜部分のみの最大高さＺ、切り欠き１０の高さＨＺ、立坑部１２の内径Ｄａの各施設諸元が設計されている。なお、上述した各施設諸元は、後述する図３及び図４中に示している。
また、本実施形態の渦流式流水管１では、上記の表１中に示した各施設諸元の他に、本体通路部２０の幅Ｂと立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、以下の表に示す各施設諸元が設計されている。

表中に示すように、本実施形態の渦流式流水管１では、本体通路部２０の幅Ｂに基づいて、本体通路部２０の長さＬｃが設計されている。また、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、減勢部１６の内径Ｄｂ、接続管８の内径Ｄｃ、立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂ、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃ、傾斜通路部２４から立坑部１２の下端までの高さＨｄ、流水通路４内を流れる液体の水面から減勢部１６の底面までの高さＨｔの各施設諸元が設計されている。

すなわち、本実施形態の渦流式流水管１では、流水管２内へ単位時間当たりに流入させる液体の計画流量Ｑｐに基づいて、以下の表に示す各施設諸元が設計されている。すなわち、水理模型実験を必要とせずに、表中に示した計算方法を用いることにより、計画流量Ｑｐに基づいて、渦流式流水管１が備える各施設諸元を設計することが可能となっている。各施設諸元を設計する際には、例えば、電子計算機等を用いる。

以下、図３から図１６を参照して、本実施形態の渦流式流水管１が備える各施設諸元のうち、上記の表３中に示した各施設諸元を設計した理由について説明する。
図３は、図１に示した渦流式流水管１を、図１中に記載した矢印ＩＩＩの方向から見た図であり、図４は、図１に示した渦流式流水管１を、図１中に記載した矢印ＩＶの方向から見た図である。
図３及び図４に示す本体通路部２０の長さＬｃは、本体通路部２０の幅Ｂに基づいて、１０Ｂ以上に設計されている。これは、本体通路部２０の長さＬｃを１０Ｂ未満とした場合と比較して、本体通路部２０内を流れる液体の乱れを低減させることが可能となるためである。なお、本体通路部２０の長さＬｃの上限値は、流水管２等、その他の施設との関係や施工状況に応じて、任意の値とすることが可能である。

図３及び図４に示す減勢部１６の内径Ｄｂ及び接続管８の内径Ｄｃは、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、減勢部１６の内径Ｄｂが３Ｄａに設計されており、接続管８の内径Ｄｃが１．５Ｄａに設計されている。また、立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂ及び流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃは、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂが５Ｄａに設計されており、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃが２．２Ｄａに設計されている。

また、傾斜通路部２４の底面２２の傾斜角度θは、２７．５°となっている。
ここで、図５から図１６を参照して、減勢部１６の内径Ｄｂ及び接続管８の内径Ｄｃと、立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂ及び流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを、上述した値に設定した理由について説明する。なお、図５から図１６内に示されている立坑部１２の内径Ｄａは、全て、Ｄａ＝１．８ｍに設定されている。

まず、図５から図１４を参照して、減勢部１６の内径Ｄｂ及び接続管８の内径Ｄｃと、立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂを、上述した値に設定した理由について説明する。
減勢部１６の内径Ｄｂ及び接続管８の内径Ｄｃと、立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂを、上述した値に設定する際には、流水管２及び接続管８の構成が異なるＡ〜Ｄの四種類の条件下において、流水管２内に液体を落下させる実験を行い、Ａ〜Ｄの各実験結果から設定した。

（実験Ａ）
図５は、実験Ａに用いる渦流式流水管１を示す図である。なお、図５には、説明のために、流水管２、接続管８及び下流管３０のみを記載している。
本実験では、図５に示すように、流水管２及び接続管８を、以下に示す（１）〜（３）の条件に設計して実験を行った。
（１）流水管２の構成を、立坑部１２の内径と減勢部１６の内径が同一に形成されている構成とする。すなわち、減勢部１６の内径Ｄｂが、立坑部１２のＤａと同一に設計されている。
（２）接続管８の内径が、立坑部１２と同一の内径に形成されている。すなわち、接続管８の内径Ｄｃが、立坑部１２のＤａと同一に設計されている。
（３）流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを、０ｍ，１ｍ，２ｍ，３ｍ，４ｍ，５ｍの六段階に変化させ、それぞれの条件下で実験を行う。
本実験では、流水管２内を落下する液体が殆ど減勢されずに落下しており、流水管２は減勢機能を殆ど有していないことが確認された。また、流出口１４の上端及び下端において、−３ｍ以上の負圧が発生していることが確認された。

（実験Ｂ）
図６は、実験Ｂに用いる渦流式流水管１を示す図である。なお、図６には、説明のために、流水管２、接続管８及び下流管３０のみを記載している。
本実験では、図６に示すように、流水管２及び接続管８を、以下に示す（１）〜（３）の条件に設計して実験を行った。
（１）流水管２の構成を、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、減勢部１６の内径Ｄｂが２Ｄａに設計されている構成とする。
（２）接続管８の内径が、立坑部１２と同一の内径に形成されている。すなわち、接続管８の内径Ｄｃが、立坑部１２のＤａと同一に設計されている。
（３）流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを、０ｍ，１ｍ，２ｍ，３ｍ，４ｍ，５ｍの六段階に変化させ、それぞれの条件下で実験を行う。

この条件下において行った実験のうち、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを２ｍとした場合における、減勢部１６の底面、すなわち底板１８に作用した最大圧力の分布を図７に示し、底板１８に作用した圧力変動の振幅（底板１８に作用した圧力の最大値と最低値の差）の分布を図８に示す。
図７中に示されるように、底板１８に作用した最大圧力の分布は、１４ｍ〜１６ｍの範囲が約４８％と最も多く、約４２％を占める１４ｍ〜１６ｍの範囲と併せて約９０％となっている。

また、図８中に示されるように、底板１８に作用した圧力変動の振幅は、１２ｍ〜１４ｍの範囲が約４４％、１０ｍ〜１２ｍの範囲が約３０％、１４ｍ〜１６ｍの範囲が約２０％となっている。
また、特に図示しないが、本条件下における実験では、流水管２内を落下した液体が減勢部１６の底部において多量の泡立ちを発生し、減勢部１６内において自由水面を確保することが困難であり、流水管２内における流れの状態が不安定であることが確認された。これは、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを、３ｍ，４ｍ，５ｍとした条件下で実験を行った場合も同様であった。

（実験Ｃ）
図９は、実験Ｃに用いる渦流式流水管１を示す図である。なお、図９には、説明のために、流水管２、接続管８及び下流管３０のみを記載している。
本実験では、図９に示すように、流水管２及び接続管８を、以下に示す（１）〜（４）の条件に設計して実験を行った。
（１）流水管２の構成を、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、減勢部１６の内径Ｄｂが２Ｄａに設計されている構成とする。
（２）接続管８の内径が、立坑部１２と同一の内径に形成されている。すなわち、接続管８の内径Ｄｃが、立坑部１２のＤａと同一に設計されている。
（３）流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを、０ｍ，１ｍ，２ｍ，３ｍ，４ｍ，５ｍの六段階に変化させ、それぞれの条件下で実験を行う。
（４）立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂが５Ｄａに設計されている。

この条件下において行った実験のうち、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを２ｍとした場合における、減勢部１６の底面、すなわち底板１８に作用した最大圧力の分布を図１０に示し、底板１８に作用した圧力変動の振幅の分布を図１１に示す。
図１０中に示されるように、底板１８に作用した最大圧力の分布は、８ｍ〜１０ｍの範囲が約７０％と最も多く、約１８％を占める１０ｍ〜１２ｍの範囲と併せて約８８％となっている。

また、図１１中に示されるように、底板１８に作用した圧力変動の振幅は、４ｍ〜６ｍの範囲が約６７％、６ｍ〜８ｍの範囲が約２２％となっている。
したがって、底板１８に作用した最大圧力及び圧力変動の振幅が、上記の実験Ｂよりも小さくなっている。また、特に図示しないが、流出口１４の上端及び下端において発生している負圧が−１ｍとなっており、上記の実験Ａよりも低下していることが確認された。

しかしながら、本実験では、流水管２から接続管８へ移動した液体の、接続管８内における流れが不安定であることが確認された。この要因としては、流水管２と接続管８との連結部において、流水管２から接続管８へ移動する液体が、流水管２及び接続管８の内壁面から剥離して、流水管２及び接続管８の有効断面積が縮小することが挙げられる。これは、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを、３ｍ，４ｍ，５ｍとした条件下で実験を行った場合も同様であった。

（実験Ｄ）
図１２は、実験Ｄに用いる渦流式流水管１を示す図である。なお、図１２には、説明のために、流水管２、接続管８及び下流管３０のみを記載している。
本実験では、図１２に示すように、流水管２及び接続管８を、以下に示す（１）〜（４）の条件に設計して実験を行った。
（１）流水管２の構成を、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、減勢部１６の内径Ｄｂが３Ｄａに設計されている構成とする。
（２）接続管８の内径が、立坑部１２と同一の内径に形成されている。すなわち、接続管８の内径Ｄｃが、立坑部１２のＤａと同一に設計されている。
（３）流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを、０ｍ，１ｍ，２ｍ，３ｍ，４ｍ，５ｍの六段階に変化させ、それぞれの条件下で実験を行う。
（４）立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂが５Ｄａに設計されている。

この条件下において行った実験のうち、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを２ｍとした場合における、減勢部１６の底面、すなわち底板１８に作用した最大圧力の分布を図１３に示し、底板１８に作用した圧力変動の振幅の分布を図１４に示す。
図１３中に示されるように、底板１８に作用した最大圧力の分布は、８ｍ〜１０ｍの範囲が約９７％と最も多く、約３％を占める１０ｍ〜１２ｍの範囲と併せて１００％となっている。
また、図１４中に示されるように、底板１８に作用した圧力変動の振幅は、４ｍ〜６ｍの範囲が約７５％、２ｍ〜４ｍの範囲が約２５％となっている。
したがって、底板１８に作用した最大圧力及び圧力変動の振幅が、上記の実験Ｂ及びＣよりも小さくなっている。

しかしながら、本実験では、流水管２から接続管８へ移動した液体の、接続管８内における流れが不安定であることが確認された。この要因としては、流出口１４の下端において負圧が発生することにより、流水管２と接続管８との連結部において、流水管２から接続管８へ移動する液体が、流水管２及び接続管８の内壁面から剥離して、流水管２及び接続管８の有効断面積が縮小することが挙げられる。これは、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを、３ｍ，４ｍ，５ｍとした条件下で実験を行った場合も同様であった。

以上の実験結果より、減勢部１６の内径Ｄｂ及び接続管８の内径Ｄｃは、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、減勢部１６の内径Ｄｂを３Ｄａに設計し、接続管８の内径Ｄｃを１．５Ｄａに設計した。また、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂを５Ｄａに設計した。
次に、図１５及び図１６を参照して、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを、上述した値に設定した理由について説明する。
流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを、上述した値に設定する際には、流水管２及び接続管８の構成を、以下に示す（１）〜（４）の条件Ｅに設計し、この条件下において、流水管２内に液体を落下させる実験を行い、実験結果から設定した。

（実験Ｅ）
本実験では、流水管２及び接続管８を、以下に示す（１）〜（４）の条件に設計して実験を行った。
（１）流水管２の構成を、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、減勢部１６の内径Ｄｂが３Ｄａに設計されている構成とする。
（２）接続管８の内径Ｄｃが、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、１．５Ｄａに設計されている。
（３）流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを、０ｍ，１ｍ，２ｍ，３ｍ，４ｍ，５ｍの六段階に変化させ、それぞれの条件下で実験を行う。
（４）立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂが５Ｄａに設計されている。

この条件下において行った実験結果を、図１５及び図１６に示す。
図１５は、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを２ｍ，３ｍ，４ｍとした場合における、減勢部１６の底面、すなわち底板１８に作用した最大圧力の分布を示す図であり、図１５（ａ）は、Ｈｃを２ｍとした場合、図１５（ｂ）は、Ｈｃを３ｍとした場合、図１５（ｃ）は、Ｈｃを４ｍとした場合を示している。

図１５（ａ）中に示されるように、Ｈｃを２ｍとした場合における底板１８に作用した最大圧力の分布は、４ｍ〜６ｍの範囲が約５１％と最も多く、６ｍ〜８ｍの範囲が約２９％、８ｍ〜１０ｍの範囲が約１３％となっている。
図１５（ｂ）中に示されるように、Ｈｃを３ｍとした場合における底板１８に作用した最大圧力の分布は、６ｍ〜８ｍの範囲が約８０％と最も多く、約１７％を占める８ｍ〜１０ｍの範囲と併せて約９７％となっている。

図１５（ｃ）中に示されるように、Ｈｃを４ｍとした場合における底板１８に作用した最大圧力の分布は、６ｍ〜８ｍの範囲が約９８％と最も多くなっている。
なお、Ｈｃを１ｍとした場合における底板１８に作用した最大圧力の分布は、偏りが大きいため、図示を省略している。また、特に図示していないが、Ｈｃを５ｍとした場合における底板１８に作用した最大圧力の分布は、６ｍ〜８ｍの範囲が約７０％と最も多く、約３０％を占める８ｍ〜１０ｍの範囲と併せて約１００％となっている。

したがって、Ｈｃを５ｍとした場合における底板１８に作用した最大圧力の分布は、Ｈｃを４ｍとした場合における底板１８に作用した最大圧力の分布よりも、最大圧力の高い範囲が増加していることが確認された。
図１６は、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを２ｍ，３ｍ，４ｍとした場合における、減勢部１６の底面、すなわち底板１８に作用した圧力変動の振幅の分布を示す図であり、図１６（ａ）は、Ｈｃを２ｍとした場合、図１６（ｂ）は、Ｈｃを３ｍとした場合、図１６（ｃ）は、Ｈｃを４ｍとした場合を示している。

図１６（ａ）中に示されるように、Ｈｃを２ｍとした場合における底板１８に作用した圧力変動の振幅の分布は、４ｍ〜６ｍの範囲が約４７％と最も多く、２ｍ〜４ｍの範囲が約３７％、６ｍ〜８ｍの範囲が約１１％となっている。
図１６（ｂ）中に示されるように、Ｈｃを３ｍとした場合における底板１８に作用した圧力変動の振幅の分布は、２ｍ〜４ｍの範囲が約８９％と最も多く、約１０％を占める４ｍ〜６ｍの範囲と併せて約９９％となっている。

図１６（ｃ）中に示されるように、Ｈｃを４ｍとした場合における底板１８に作用した圧力変動の振幅の分布は、０ｍ〜２ｍの範囲が約７６％と最も多く、約２４％を占める２ｍ〜４ｍの範囲と併せて約１００％となっている。
したがって、底板１８に作用した圧力変動の振幅の分布は、Ｈｃを増加させるに従って縮小されるとともに、Ｈｃの上限値が４ｍとなることが確認された。

この実験結果より、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを４ｍとすることが、底板１８に作用した最大圧力の分布及び圧力変動の振幅の分布に対する観点から好適であることが確認された。しかしながら、渦流式流水管１を備える施設の運用を考慮した場合、底板１８の設計荷重を１２ｍ以上とした場合には、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを３ｍ以上としてもよい。

ここで、本実験では、立坑部１２の内径Ｄａを１．８ｍとしているため、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを４ｍとすると、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃと立坑部１２の内径Ｄａとの関係は、Ｈｃ≒２．２Ｄａとなる。なお、本実施形態では、Ｈｃ＝２．２Ｄａとして説明する。
したがって、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃは、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて２．２Ｄａに設計した。

また、図３及び図４に示す接続管８の長さＬｂは、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、８Ｄａ以上に設計されている。これは、流水管２内から流出口１４を通じて接続管８内へ流入した液体が、接続管８の長さＬｂを立坑部１２の内径Ｄａの８倍以上とした場合に、安定して流れることが確認されたためである。なお、接続管８の長さＬｂの上限値は、下流管３０等、その他の施設との関係や施工状況に応じて、任意の値とすることが可能である。

また、図４に示す流水通路４内を流れる液体の水面から減勢部１６の底面、すなわち底板１８までの高さＨｔは、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、２５Ｄａに設計されている。これは、流水通路４内を流れる液体の水面から底板１８までの高さＨｔが２５Ｄａを超えると、渦流式流水管１が有する減勢機能よりも、流水管２内を落下する液体の落下エネルギーが大きくなるためである。
また、図４に示す傾斜通路部２４から立坑部１２の下端までの高さＨｄは、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、１０Ｄａに設計されている。これは、傾斜通路部２４から立坑部１２の下端までの高さＨｄを１０Ｄａ未満とした場合と比較して、流水管２内を落下する液体によって形成される渦流が発達するためである。

次に、上記の構成を備えた渦流式流水管１の作用・効果等を説明する。なお、以下の説明では、液体を雨水とした場合を例に挙げて説明する。
豪雨時に多量の雨水が降ると、この多量の雨水が分水施設等を経由して、本体通路部２０へ流入する。本体通路部２０へ流入した雨水は、導入部２８によって誘導されて流水管２内へ流入する。
流水管２内へ流入した雨水は、傾斜通路部２４が流水管２の接線方向に連結されているため、螺旋状に旋回して渦流を形成する。そして、流水管２内へ流入した雨水は、渦流を形成することにより、立坑部１２及び減勢部１６の内壁面に接触しながら、落下エネルギーが減勢された状態で流水管２内を落下する。

流水管２内を落下する雨水は、流出口１４を通じて接続管８内へ流入する。そして、接続管８から下流管３０へ移動して、下流管３０から図外の貯留施設へ流出する。
したがって、本実施形態の渦流式流水管１であれば、流水管２内へ単位時間当たりに流入させる液体の計画流量Ｑｐを設定することにより、この計画流量Ｑｐに基づいて、水理模型実験を必要とせずに、渦流式流水管１が備える各施設諸元の設計を行うことが可能となる。その結果、渦流式流水管１が備える各施設諸元の設計期間の短縮が可能となるとともに、渦流式流水管１の施工コストの低減が可能となる。

また、本実施形態の渦流式流水管１であれば、渦流式流水管１の構成を、以下に示す（１）〜（６）の各作用を奏する構成とすることが可能となるため、渦流式流水管１自体が十分な減勢機能を有する構成とすることが可能となり、流水管２の底面に加わる衝撃を低減させることが可能となる。その結果、渦流式流水管１の各施設の規模を、渦流式流水管１自体が十分な減勢機能を有する最小の規模とすることが可能となり、渦流式流水管１の施工コストを低減させることが可能となる。

（１）接続管８の中心軸線ＣＬ２を、流水管２の中心軸線ＣＬ１と直交する方向に向けて配置したことにより、流水管２内を落下する液体によって流水管２の底面に作用する圧力を減少させることが可能となるとともに、流水管２内を落下する液体によって流水管２の底面に作用する圧力変動の振幅を縮小させることが可能となる。また、流水管２から接続管８へ流入する液体の流れの安定性を向上させることが可能となる。

（２）立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、減勢部１６の内径Ｄｂを３Ｄａとしたため、流水管２内を落下する液体によって流水管２の底面に作用する圧力を減少させることが可能となるとともに、流水管２内を落下する液体によって流水管２の底面に作用する圧力変動の振幅を縮小させることが可能となる。
（３）立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂを５Ｄａとしたため、流水管２内を落下する液体によって流水管２の底面に作用する圧力を減少させることが可能となるとともに、減勢部１６において自由水面を確保して流れを安定させることが可能となる。さらに、流水管２内を落下する液体によって流水管２の底面に作用する圧力変動の振幅を縮小させることが可能となる。

（４）立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを２．２Ｄａとしたため、流水管２内を落下する液体によって流水管２の底面に作用する圧力を減少させることが可能となるとともに、流水管２内を落下する液体によって流水管２の底面に作用する圧力変動の振幅を縮小させることが可能となる。
（５）立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、接続管８の内径Ｄｃを１．５Ｄａとしたため、流水管２と接続管８との連結部において発生する負圧を低減させることが可能となり、流水管２と接続管８との連結部に生じる破損を防止することが可能となる。

（６）立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、流水通路４内を流れる液体の水面から減勢部１６の底面までの高さＨｔを２５Ｄａとしたため、流水管２内を落下する液体によって流水管２の底面に作用する圧力を減少させることが可能となるとともに、流水管２内を落下する液体によって流水管２の底面に作用する圧力変動の振幅を縮小させることが可能となる。

さらに、本実施形態の渦流式流水管１であれば、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、接続管８の長さＬｂを８Ｄａ以上としたため、接続管８内を流れる液体の乱れを低減させて、接続管８内における液体の流れの安定性を向上させることが可能となる。その結果、流水管２から接続管８へ流入した液体を、安全に下流管３０へ移動させることが可能となる。

また、本実施形態の渦流式流水管１であれば、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、傾斜通路部２４から立坑部１２の下端までの高さＨｄを１０Ｄａとしたため、傾斜通路部２４から立坑部１２の下端までの高さＨｄを１０Ｄａ未満とした場合と比較して、流水管２内を落下する液体によって、安定した渦流を形成させることが可能となる。その結果、渦流式流水管１が有する減勢機能を向上させることが可能となる。

また、本実施形態の渦流式流水管１であれば、本体通路部２０の幅Ｂに基づいて、本体通路部２０の長さＬｃを１０Ｂ以上としたため、本体通路部２０の長さＬｃを１０Ｂ未満とした場合と比較して、本体通路部２０内を流れる液体の乱れを更に低減させることが可能となり、本体通路部２０内における液体の流れの安定性を更に向上させることが可能となる。その結果、渦流式流水管１が有する減勢機能を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態の渦流式流水管１では、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、減勢部１６の内径Ｄｂを３Ｄａ、接続管８の内径Ｄｃを１．５Ｄａとし、立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂを５Ｄａ、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを２．２Ｄａとしたが、これらの値は下限値であり、上述した値に限定されるものではない。すなわち、減勢部１６の内径Ｄｂを３Ｄａ以上、接続管８の内径Ｄｃを１．５Ｄａ以上とし、立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂを５Ｄａ以上、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを２．２Ｄａ以上としてもよい。もっとも、本実施形態の渦流式流水管１のように、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、減勢部１６の内径Ｄｂを３Ｄａ、接続管８の内径Ｄｃを１．５Ｄａとし、立坑部１２の下端から流出口１４の上端までの高さＨｂを５Ｄａ、流出口１４の下端から減勢部１６の底面までの高さＨｃを２．２Ｄａとすることが、渦流式流水管１の各施設の規模を、渦流式流水管１自体が十分な減勢機能を有する構成とするための、最小の規模とすることが可能となるため、好適である。

また、本実施形態の渦流式流水管１では、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、流水通路４内を流れる液体の水面から減勢部１６の底面までの高さＨｔを２５Ｄａとしたが、これに限定されるものではなく、流水通路４内を流れる液体の水面から減勢部１６の底面までの高さＨｔを２５Ｄａ未満としてもよい。要は、流水通路４内を流れる液体の水面から減勢部１６の底面までの高さＨｔが、渦流式流水管１が有する減勢機能よりも、流水管２内を落下する液体の落下エネルギーが大きくなる高さである２５Ｄａを超えていなければよい。すなわち、流水通路４内を流れる液体の水面から減勢部１６の底面までの高さＨｔは、２５Ｄａ以下であればよい。

さらに、本実施形態の渦流式流水管１では、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、接続管８の長さＬｂを８Ｄａ以上としたが、接続管８の長さＬｂは、これに限定されるものではない。すなわち、渦流式流水管１が有する減勢機能のみが要求される場合等は、接続管８の長さＬｂを、例えば、８Ｄａ未満としてもよい。もっとも、本実施形態の渦流式流水管１のように、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、接続管８の長さＬｂを８Ｄａ以上とすることが、接続管８内を流れる液体の乱れを低減させることが可能となるため、好適である。

また、本実施形態の渦流式流水管１では、立坑部１２の内径Ｄａに基づいて、傾斜通路部２４から立坑部１２の下端までの高さＨｄを１０Ｄａとしたが、傾斜通路部２４から立坑部１２の下端までの高さＨｄは、これに限定されるものではない。すなわち、傾斜通路部２４から立坑部１２の下端までの高さＨｄが５Ｄａ以上であれば、流水管２内を落下する液体を螺旋状に旋回させて、流水管２内を落下する液体によって渦流を形成させることが可能となるため、傾斜通路部２４から立坑部１２の下端までの高さＨｄは、５Ｄａ以上であればよく、１０Ｄａ未満であってもよい。もっとも、本実施形態の渦流式流水管１のように、傾斜通路部２４から立坑部１２の下端までの高さＨｄを１０Ｄａとすることが、傾斜通路部２４から立坑部１２の下端までの高さＨｄを１０Ｄａ未満とした場合と比較して、流水管２内を落下する液体によって形成される渦流を発達させることが可能となるため、好適である。

また、本実施形態の渦流式流水管１では、本体通路部２０の幅Ｂに基づいて、本体通路部２０の長さＬｃを１０Ｂ以上としたが、本体通路部２０の長さＬｃは、これに限定されるものではない。すなわち、本体通路部２０の長さＬｃが５Ｂ以上であれば、本体通路部２０内を流れる液体の乱れを低減させることが可能となり、本体通路部２０内における液体の流れの安定性を向上させることが可能となるため、本体通路部２０の長さＬｃは、５Ｂ以上であればよく、１０Ｂ未満であってもよい。もっとも、本実施形態の渦流式流水管１のように、本体通路部２０の長さＬｃを１０Ｂ以上とすることが、本体通路部２０の長さＬｃを１０Ｂ未満とした場合と比較して、本体通路部２０内を流れる液体の乱れを更に低減させることが可能となるため、好適である。

以下、表５を参照して、本実施形態の渦流式流水管と同様の構成を有する渦流式流水管を設計する際に、上記の表４に示す計算方法を用いて各施設諸元の設計を実施した例を示す。
本実施例では、計画流量Ｑｐを２．００（ｍ³／ｓ）としている。また、実際の設計においては、微小な数値は要求されないため、（Ｑｐ／０．１３７）^(2/5)を２．９２として、各施設諸元を計算している。

なお、表５中には、本体通路部の長さＬｃとして、本体通路部の長さＬｃを１０Ｂ未満とした場合と比較して、本体通路部内を流れる液体の乱れを更に低減させることが可能な長さをＬｃ１として示し、本体通路部内を流れる液体の乱れを低減させることが可能となる最低限の長さをＬｃ２として示している。

また、表５中には、傾斜通路部から立坑部の下端までの高さＨｄとして、流水管内を落下する液体によって形成される渦流を発達させることが可能な高さをＨｄ１として示し、流水管内を落下する液体によって渦流を形成させることが可能な最低限の高さをＨｄ２として示している。それに伴い、高さＨｄがＨｄ１である場合の流水通路内を流れる液体の水面から減勢部の底面までの高さをＨｔ１として示し、高さＨｄがＨｄ２である場合の流水通路内を流れる液体の水面から減勢部の底面までの高さをＨｔ２として示している。

表５中に示されているように、本発明の渦流式流水管の設計方法であれば、計画流量Ｑｐ＝２．００（ｍ³／ｓ）を設定し、この計画流量Ｑｐを表４に示した計算方法に適用するだけで、水理模型実験を必要とせずに、渦流式流水管が備える各施設諸元の設計を行うことが可能となることが確認された。
また、本発明の渦流式流水管の設計方法によって設計された渦流式流水管は、減勢機能を有する最小の規模に設計されることが確認された。

本発明の渦流式流水管の全体を示す斜視図である。 流水管と接続管との連結状態が異なる五種類の水理模型を示す図である。 図１に示した渦流式流水管を、図１中に記載した矢印ＩＩＩの方向から見た図である。 図１に示した渦流式流水管を、図１中に記載した矢印ＩＶの方向から見た図である。 実験Ａに用いる渦流式流水管を示す図である。 実験Ｂに用いる渦流式流水管を示す図である。 実験Ｂにおいて、底板に作用した最大圧力の分布を示す図である。 実験Ｂにおいて、底板に作用した圧力変動の振幅の分布を示す図である。 実験Ｃに用いる渦流式流水管を示す図である。 実験Ｃにおいて、底板に作用した最大圧力の分布を示す図である。 実験Ｃにおいて、底板に作用した圧力変動の振幅の分布を示す図である。 実験Ｄに用いる渦流式流水管を示す図である。 実験Ｄにおいて、底板に作用した最大圧力の分布を示す図である。 実験Ｄにおいて、底板に作用した圧力変動の振幅の分布を示す図である。 実験Ｅにおいて、底板に作用した最大圧力の分布を示す図であり、（ａ）はＨｃを２ｍとした場合、（ｂ）はＨｃを３ｍとした場合、（ｃ）はＨｃを４ｍとした場合を示す図である。 実験Ｅにおいて、底板に作用した圧力変動の振幅の分布を示す図であり、（ａ）はＨｃを２ｍとした場合、（ｂ）はＨｃを３ｍとした場合、（ｃ）はＨｃを４ｍとした場合を示す図である。 従来の渦流式流水管を示す斜視図である。 従来の渦流式流水管とシールドマシンの発進立抗を示す斜視図である。

符号の説明

１ 渦流式流水管
２ 流水管
４ 流水通路
６ 接近水路
８ 接続管
１０ 切り欠き
１２ 立坑部
１４ 流出口
１６ 減勢部
１８ 底板
２０ 本体通路部
２２ 傾斜通路部の底面
２４ 傾斜通路部
２６ 本体部
２８ 導入部
３０ 下流管
３２ シールドマシンの発進立抗
ＣＬ１ 流水管の中心軸線
ＣＬ２ 接続管の中心軸線
Ｒ 負圧発生箇所
θ 傾斜通路部の底面の傾斜角度

Claims (6)

1. 軸を上下方向に向けて配置されるとともに底面が閉塞された円筒状の流水管と、当該流水管と連通する流水通路を有する接近水路と、当該接近水路よりも下方で前記流水管と連通する接続管と、を備え、
   前記流水管は、前記接近水路が連結されて前記流水通路と前記流水管とを連通させる切り欠きが設けられた立坑部と、前記接続管が連結されて接続管と前記流水管とを連通させる流出口が設けられるとともに前記立坑部の下方に配置される減勢部と、を備え、
   前記流水通路は、当該流水通路の長手方向に亘って同一幅に形成された本体通路部と、前記流水管側へ向かうにつれて幅が狭く形成されるとともに底面が流水管側へ向かうにつれて下方へ傾斜する傾斜通路部と、を備え、
   前記接近水路は、前記本体通路部を有する本体部と、前記傾斜通路部を有するとともに前記切り欠きに連結されて傾斜通路部を前記流水管の接線方向に連結させる導入部と、を備えた渦流式流水管であって、
   前記接続管の軸を、前記流水管の軸と直交する方向に向けて配置し、
   前記本体通路部の幅をＢとし、前記立坑部の内径をＤａとしたときに、
   前記本体通路部の長さＬｃを５Ｂ以上とし、
   前記減勢部の内径Ｄｂを３Ｄａ以上、前記接続管の内径Ｄｃを１．５Ｄａ以上とし、
   前記立坑部の下端から前記流出口の上端までの高さＨｂを５Ｄａ以上、前記流出口の下端から前記減勢部の底面までの高さＨｃを２．２Ｄａ以上、前記傾斜通路部から前記立坑部の下端までの高さＨｄを５Ｄａ以上とし、
   前記流水通路内を流れる液体の水面から前記減勢部の底面までの高さＨｔを２５Ｄａ以下としたことを特徴とする渦流式流水管。
2. 前記接続管の長さＬｂを８Ｄａ以上としたことを特徴とする請求項１に記載した渦流式流水管。
3. 前記傾斜通路部から前記立坑部の下端までの高さＨｄを１０Ｄａとしたことを特徴とする請求項１または２に記載した渦流式流水管。
4. 前記本体通路部の長さＬｃを１０Ｂ以上としたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載した渦流式流水管。
5. 軸を上下方向に向けて配置されるとともに底面が閉塞された円筒状の流水管と、当該流水管と連通する流水通路を有する接近水路と、当該接近水路よりも下方で前記流水管と連通する接続管と、を備え、
   前記流水管は、前記接近水路が連結されて前記流水通路と前記流水管とを連通させる切り欠きが設けられた立坑部と、前記接続管が連結されて接続管と前記流水管とを連通させる流出口が設けられるとともに前記立坑部の下方に配置される減勢部と、を備え、
   前記流水通路は、当該流水通路の長手方向に亘って同一幅に形成された本体通路部と、前記流水管側へ向かうにつれて幅が狭く形成されるとともに底面が流水管側へ向かうにつれて下方へ傾斜する傾斜通路部と、を備え、
   前記接近水路は、前記本体通路部を有する本体部と、前記傾斜通路部を有するとともに前記切り欠きに連結されて傾斜通路部を前記流水管の接線方向に連結させる導入部と、を備えた渦流式流水管の設計方法であって、
   前記接続管の軸を、前記流水管の軸と直交する方向に向けて配置し、
   前記本体通路部の幅をＢとし、前記立坑部の内径をＤａとしたときに、
   前記本体通路部の長さＬｃを５Ｂ以上とし、
   前記減勢部の内径Ｄｂを３Ｄａ以上、前記接続管の内径Ｄｃを１．５Ｄａ以上とし、
   前記立坑部の下端から前記流出口の上端までの高さＨｂを５Ｄａ以上、前記流出口の下端から前記減勢部の底面までの高さＨｃを２．２Ｄａ以上、前記傾斜通路部から前記立坑部の下端までの高さＨｄを５Ｄａ以上とし、
   前記流水通路内を流れる液体の水面から前記減勢部の底面までの高さＨｔを２５Ｄａ以下として設計したことを特徴とする渦流式流水管の設計方法。
6. 前記接続管の長さＬｂを８Ｄａ以上としたことを特徴とする請求項５に記載した渦流式流水管の設計方法。

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