JP7190383B2 - 鋼管接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、軸方向に連結可能な鋼管接続構造に関する。

パイプルーフ工法や推進工法等は、掘進機の後方において複数の函体を軸方向に連結し、これを地中に配設する工法である。函体として鋼管を使用する場合には、鋼管同士の連結部において、全周を溶接する場合があるが、鋼管同士を一体に溶接する作業には手間がかかる。そのため、鋼管同士をボルト接合することで、連結作業に要する時間の低減化を図る場合がある。例えば、特許文献１には、隣り合う鋼管のうち一方の鋼管の端部に外側継手管を取り付けて、他方の鋼管の端部には外側継手管の内空部に嵌め込む内側継手管を取り付けておき、外側継手管と内側継手管とを嵌め合わせた状態で両継手管を貫通するボルトにより固定する継手構造が開示されている。
なお、掘進機を利用して鋼管を地中に配設する場合において、到達立坑等がないがために鋼管の先端側から掘進機を回収することができない場合には、鋼管の内部を通じて掘進機を引き戻すことにより回収する必要がある。しかしながら、特許文献１に継手構造は、継手管を半径方向に貫通するボルトが鋼管内空に突出するため、鋼管内から掘進機を回収することができない。
特許文献２には、矩形断面の鋼管の端部隅角に継手フランジを設け、端部隅角を外向き解放の箱抜きとすることで、鋼管の内空に自由な空間を確保した鋼管が開示されている。ところが、特許文献２の鋼管は、鋼管の外面に面して形成された箱抜きが、鋼管を地中で推進する際に抵抗となってしまう。推進時の抵抗力が大きいと、装置の仕様を大きくする必要があり、その結果、コストが高くなる恐れがある。

特開２０１３－０１１０９５号公報 特開２０１７－１５０１７６号公報

本発明は、推進時の抵抗が少なく、また、鋼管内空に掘進機を回収するための空間を確保することを可能とした鋼管接続構造を提案することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明は、地中に埋設される多角形鋼管同士を当該多角形鋼管の隅角部においてボルト接合する鋼管接続構造であって、前記多角形鋼管の内面隅角部に継手板が固定されているとともに、当該多角形鋼管の端面から突出して他方の前記多角形鋼管に挿入された回転止め部材が固定されている。また、前記継手板の板面が、当該継手板が接合された前記多角形鋼管の内壁面と直交しているとともに、前記多角形鋼管の端面と平行である。さらに、隣り合う前記多角形鋼管の継手板同士を重ねた状態で、両継手板を貫通する前記ボルトにより前記多角形鋼管同士が接合されている。かかる鋼管接続構造によれば、継手板が多角形鋼管の内部に形成されているため、外面に面した箱抜き（継手ボックス等）を形成する必要がない。そのため、多角形鋼管の外面には凹凸が少なく、推進時の抵抗が少ない。また、掘進機と干渉し難い多角形鋼管の隅角部に継手部が配設されているため、鋼管内空に掘進機を回収するための空間を確保することができる。

また、一方の前記多角形鋼管の前記継手板の近傍に、当該多角形鋼管の端面から突出して他方の前記多角形鋼管に挿入された回転止め部材が固定されているため、鋼管の回転を抑制することができる。

本発明の鋼管接続構造によれば、継手部が外面に露出していないため、地中圧入時の抵抗が少なく、また、継手部が多角形鋼管の隅角に配設されているため鋼管内空に掘進機を回収するための空間を確保することできる。

第一実施形態に係る鋼管接続構造を示す斜視図である。 鋼管同士の接合状況を示す断面図である。 （ａ）は鋼管と掘進機を示す正面図、（ｂ）は鋼管と推力伝達管を示す正面図である。 第一実施形態の鋼管を示す図であって、（ａ）は他の端部側から望む斜視図、（ｂ）は一方の端部側から望む斜視図である。 継手板を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断図である。 第二実施形態に係る鋼管接続構造を示す斜視図である。 鋼管同士の接合状況を示す断面図である。 （ａ）は鋼管と掘進機を示す正面図、（ｂ）は鋼管と推力伝達管を示す正面図である。 第二実施形態の鋼管を示す図であって、（ａ）は他方の端部側から望む斜視図、（ｂ）は一方の端部側から望む斜視図である。 継手板を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断図である。

＜第一実施形態＞
第一実施形態では、図１に示すように、断面矩形の鋼管（多角形鋼管）１を軸方向で連結して地中に埋設する場合について説明する。鋼管１は、掘進機２により形成された掘削孔内に連設する。本実施形態では、鋼管１の端面が、鋼管１の中心軸を法線とする平面に対して傾斜しており、隣り合う鋼管１の端面同士を突き合せた際に、鋼管１の中心軸同士が交差する（曲がる）が、鋼管１の端面は中心軸に対して直交（鋼管１の中心軸を法線とする平面に平行）していてもよい。隣り合う鋼管１同士は、図２に示すように、鋼管１の隅角部においてボルト接合する。
掘進機２は、カッター２１により地山を切削するとともに、推力伝達管２２を介して付与された推力により前進する。鋼管１は、掘進機２により掘削孔内に引き込まれることで、地中に配管される。掘進機２は、図３（ａ）に示すように、正面視八角形断面で、鋼管１の内空部分を挿通可能な大きさを有している。掘進機２は、サブカッターが拡幅することで、鋼管１を埋設することが可能な矩形断面の掘削孔を形成する。また、推力伝達管２２は、図３（ｂ）に示すように、鋼管１内を挿通可能な円形断面の管材からなる。なお、掘進機２の形状は限定されるものではなく、正面視円形であってもよい。鋼管１の配管が完了したら、掘進機２は、鋼管１の内空を通じて坑口から回収する。

図４（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の鋼管１は、断面矩形状を呈している。鋼管１の内面隅角部には、継手板３が固定されている。継手板３の中央部には、ボルト５を挿通するためのボルト孔３０が形成されている。継手板３は、図５（ａ）に示すように、六角形状の金属製の板からなる。継手板３は、六つの角３１～３６の内の対向する二つの角３１、３４の内角が９０°で、その他の四つの角３２、３３、３５、３６の内角が１３５°である。なお、継手板３の形状寸法は限定されるものではなく、例えば、三角形状であってもよい。継手板３は、角３１から角３２に至る辺３７および角３３から角３４に至る辺３８において、それぞれ鋼管１の内壁面に溶接されている。こうすることで、角３５と角３６に挟まれた辺３９の延長線と鋼管１の内壁面と内角が４５°となる。また、辺３９は、図３（ａ）に示すように、掘進機２の外面よりも外側に位置しており、掘進機２を鋼管１内に挿通させた際に、掘進機２と接触することがない。
継手板３の板面は、図５（ｂ）に示すように、鋼管１の内壁面と直交している。また、継手板３の板面は鋼管１の端面と平行、すなわち、継手板３の板面は鋼管１の端面と面一である。なお、継手板３の形成方法は限定されるものではなく、例えば鋼管１の製造時に一体に成形されたものでもよい。

図４（ｂ）に示すように、鋼管１の一方の端部には、回転止め部材４が固定されている。回転止め部材４は、継手板３の近傍において、鋼管１の内壁面に固定されている。本実施形態では、図５（ａ）に示すように、鋼管１の一方の端部の各隅角部において、継手板３を挟むように、二つの回転止め部材４，４が設けられている。なお、本実施形態の回転止め部材４は、継手板３の鋼管１の中心側に面した辺３９の延長線と鋼管１の内壁面との交点よりも鋼管１の角部側に位置している。回転止め部材４は、図５（ｂ）に示すように、所定の長さの鋼製の棒材からなり、基端部が鋼管１の内面に溶接されていて、先端部が鋼管１の端面から突出している。なお、回転止め部材４の突出長は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。また、回転止め部材４の固定方法は限定されるものではなく、例えば、ボルト等の冶具を介して固定してもよい。また、回転止め部材４は、鋼管１の両端に形成されていてもよい。この場合には、当該鋼管１に接続する他の鋼管１には回転止め部材４を形成しないか、隣り合う鋼管１の回転止め部材４同士をずらした位置に形成する。

鋼管１同士を接合する際には、鋼管１の端面同士を突き合せた状態で、継手板３を介して連結する。隣り合う鋼管１，１の端面同士を突き合せると、図２に示すように、継手板３同士が重なった状態（板面同士が突き合わされた状態）になるため、両継手板３のボルト孔３０にボルト５を挿通させてナットを締着することにより鋼管１同士を接合する。このとき、一方の鋼管１から突出した回転止め部材４は、他方の鋼管１に挿入される。回転止め部材４は、他方の鋼管１の継手板３の近傍に挿入される。なお、鋼管１同士の突き合せ部は、必要に応じて外周囲に止水用の溶接を行ってもよい。

以上、本実施形態の鋼管接続構造によれば、鋼管１の内部に形成された継手板３を利用して、鋼管１の内側の空間（内空）において鋼管１同士を接合するため、鋼管１の外面に面した箱抜き（継手ボックス等）を形成する必要がない。そのため、鋼管１の外面には凹凸が少なく、鋼管１を地中に推進する際の抵抗が少ない。
また、継手板３が鋼管１の隅角部に配設されているため、図３（ａ）に示すように、内空に掘進機２を回収するための空間を確保することができる。到達立坑等がない場合であっても、所定の区間に鋼管１を配管した後、掘進機２を回収することができる。

また、鋼管１同士を接合するボルト５は、鋼管１の隅角部において継手板３に挿通されており、かつ、鋼管１の軸方向と平行であるため、鋼管１を正面視したときに継手部３から突出せず（図５（ａ）参照）、したがって、掘進機２を回収する際に掘進機２に接触することがない。そのため、継手構造により掘進機２の回収が妨げられることがない。
さらに、図２に示すように、回転止め部材４が両鋼管１にまたがって継手板３を挟むように配設されているため、一方の鋼管１に対して他方の鋼管１が回転することが防止されている。そのため、鋼管１のブレを抑制し、高品質に施工することができる。
掘進機２の掘進に伴う引張力は、ボルト５と継手板３を介して鋼管１に伝達される。また、鋼管１同士のボルト接合することで、鋼管１の接合作業の手間を低減することができる。すなわち、掘進時に伴う引張力が伝達可能となるように鋼管１同士を溶接する場合には、溶接作業に手間がかかるが、ボルト接合を採用することで作業の手間を大幅に削減することができる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態では、図６に示すように、断面矩形の鋼管（多角形鋼管）１を軸方向で連結して地中に埋設する場合について説明する。鋼管１は、掘進機２により形成された掘削孔内に連設する。隣り合う鋼管１同士は、図７に示すように、鋼管１の隅角部においてボルト接合する。
掘進機２は、カッター２１により地山を切削するとともに、推力伝達管２２を介して付与された推力により前進する。鋼管１は、掘進機２により掘削孔内に引き込まれることで、地中に設置される。掘進機２は、図８（ａ）に示すように、正面視八角形断面で、鋼管１の内空部分を挿通可能な大きさを有している。掘進機２は、サブカッターが拡幅して掘削することで、鋼管１を埋設することが可能な矩形断面の掘削孔を形成する。また、推力伝達管２２は、図８（ｂ）に示すように、鋼管１内を挿通可能な円形断面の鋼管１からなる。掘進機２は、鋼管１の配管が完了したら鋼管１の内空を通じて坑口から回収する。

図９および図１０に示すように、本実施形態の鋼管１は、断面矩形状を呈している。鋼管１の一方の端部には、図９（ｂ）に示すように、継手板３が固定されている。継手板３は、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、長方形状の鋼板により構成されていて、長手方向が鋼管１の軸方向と平行となるように固定されている。本実施形態では、鋼管１の隅角部において、交差する二辺にそれぞれ継手板３が固定されている。すなわち、鋼管１の一方の端部には、図９（ｂ）に示すように、四辺にそれぞれ二枚（計八枚）の継手板３が固定されている。継手板３の基端部は鋼管１の内面隅角部に固定されていて、継手板３の先端部は鋼管１の端面から突出している。継手板３の突出部分の中央部には、ボルト５を挿通するためのボルト孔３０が形成されている。ボルト孔３０には、雌ネジ加工が施されていて、ボルト５が締着される。継手板３は、鋼管１の内壁面に溶接されている。なお、継手板３の固定方法は限定されるものではない。例えば、継手板３は、両鋼管１に対して、それぞれボルトにより固定してもよい。
鋼管１の他方の端部には、図９（ａ）に示すように、ボルト５を挿通可能な貫通孔１０が形成されている。貫通孔１０は、継手板３に形成されたボルト孔３０に対応する位置に形成されていて、ボルト５を挿通可能な内径を有している。すなわち、鋼管１同士を連結する際に、一方の鋼管１から突出する継手板３が挿入される他方の鋼管１には、継手板３のボルト孔３０と重なる位置に貫通孔１０が形成されている。なお、貫通孔１０には、ボルト５の頭部が収納される座ぐりが形成されている。

鋼管１同士を接合する際には、図７に示すように、鋼管１の端面同士を突き合せた状態で、継手板３にボルト５を締着する。具体的には、まず、隣り合う鋼管１，１の端面同士を突き合せ、一方の鋼管１の端面から突出する継手板３を他方の鋼管１に挿入する。そして、他方の鋼管１の貫通孔１０に外面から挿入したボルト５を、継手板３のボルト孔３０に締着する。このとき、ボルト５の頭部は座ぐりに収納されるため、鋼管１の外面から突出しない（図１０（ａ）参照）。

以上、本実施形態の鋼管接続構造によれば、鋼管１の内部に形成された継手板３を利用して、鋼管１の内側の空間（内空）において鋼管１同士を接合するため、鋼管１の外面に面した箱抜き（継手ボックス等）を形成する必要がない。そのため、鋼管１の外面には凹凸が少なく、鋼管１を地中に推進する際の抵抗が少ない。
また、継手板３が鋼管１の隅角部に固定されているため、内空に掘進機２を回収するための空間を確保することができる。そのため、到達立坑等がない場合であっても、所定の区間に鋼管１を配管した後、掘進機２を回収することができる。さらに、継手板３は、板面を鋼管１の内壁面に重ねた状態で固定されているため、鋼管１の内空への突出高さが小さく、鋼管１内に比較的広い空間を確保することができる。

また、鋼管１の角部において互いに交わる二つの辺にそれぞれ継手板３が固定されているため、一方の鋼管１に対して他方の鋼管１が回転することが防止されている。そのため、鋼管１のブレを抑制し、高品質に施工することができる。
掘進機２の掘進に伴う引張力は、ボルト５と継手板３を介して鋼管１に伝達される。また、鋼管１同士のボルト接合することで、鋼管１の接合作業の手間を低減することができる。すなわち、掘進時に伴う引張力が伝達可能となるように鋼管１同士を溶接する場合には、溶接作業に手間がかかるが、ボルト接合を採用することで作業の手間を大幅に削減することができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
前記実施形態では、鋼管１が矩形（四角形）の場合について説明したが、鋼管１の断面形状は矩形に限定されるものではなく、その他の多角形断面であってもよい。

１ 鋼管（多角形鋼管）
１０ 貫通孔
２ 掘進機
２２ 推力伝達管
３ 継手板
３０ ボルト孔
４ 回転止め部材
５ ボルト

Claims (1)

1. 地中に埋設される多角形鋼管同士を当該多角形鋼管の隅角部においてボルト接合する鋼管接続構造であって、
   前記多角形鋼管の内面隅角部に継手板が固定されているとともに、軸方向に隣り合う前記多角形鋼管のうちの一方の前記多角形鋼管の前記継手板の近傍に、当該多角形鋼管の端面から突出して他方の前記多角形鋼管に挿入された回転止め部材が固定されていて、
   前記継手板の板面が、当該継手板が接合された前記多角形鋼管の内壁面と直交しているとともに、前記多角形鋼管の端面と平行であり、
   隣り合う前記多角形鋼管の継手板同士を重ねた状態で、両継手板を貫通する前記ボルトにより前記多角形鋼管同士が接合されていることを特徴とする、鋼管接続構造。

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