WO2022190754A1 - 機械式継手管を有する鋼管矢板の製造方法 - Google Patents

Abstract

鋼管本体及びその端部に設けた機械式継手管の外周面に継手管を備えた鋼管矢板を、機械式継手管の真円度を確保しつつ製造する方法を提供する。　本発明に係る機械式継手管を有する鋼管矢板の製造方法は、鋼管本体３の端部から２００ｍｍ以上離れた外周面に、第１パイプ１５を取り付ける第１パイプ取付工程Ｓ１と、第１パイプ取付工程Ｓ１の後、第１パイプ１５に第１スリット１５ａを形成する第１スリット形成工程Ｓ３と、第１スリット形成工程Ｓ３の後、機械式継手管５を取り付ける機械式継手管取付工程Ｓ５と、機械式継手管取付工程Ｓ５の後、第２スリット１７ａが設けられた第２パイプ１７を鋼管本体３の外周面に固定し、第１パイプ１５の端部と第２パイプ１７の一端部を溶接接合する第２パイプ取付工程Ｓ７と、第２パイプ取付工程Ｓ７の後、第１スリット１５ａと第２スリット１７ａを連通させるスリット連通工程Ｓ９とを備えたものである。

Description

機械式継手管を有する鋼管矢板の製造方法

　本発明は、鋼管本体の端部にねじ式などの機械式継手管を有すると共に前記鋼管本体及び前記機械式継手管の外周面に管軸方向に延びる継手管を備えた鋼管矢板の製造方法に関する。

　従来、図８、図９に示すような鋼管矢板２３に関し、上下の鋼管矢板２３同士を管軸方向に連結する際には主に溶接が用いられてきたが、大径厚肉の鋼管を用いる現場や、空頭制限の為に短い管を多数接続しなければならない現場では、溶接や検査に長時間を要するため、溶接に代わって機械式継手を用いることが増えてきている。機械式継手には様々な種類があるが、よく用いられる構造として例えばねじ式継手がある。

　このような機械式継手を製造時に予め鋼管本体３の端部に設けておくことで、作業現場においてはねじ式継手を回転嵌合して上下の鋼管矢板２３同士を連結することができ、作業時間を短縮することができる。

　一方、鋼管矢板２３は、鋼管本体３の外周面に、隣接する鋼管矢板２３同士を連結するための継手管７が設けられている。この継手管７も上述した機械式継手と同様に製造時に予め鋼管本体３の外周面に取り付けられるものであるが、その取り付け時の溶接の熱影響などによって鋼管本体３の真円度が悪化する場合がある。

　これに対し、特許文献１には、管端部の真円度を確保した鋼管矢板とその製造方法が開示されている。特許文献１に開示された方法では、「鋼管矢板の管端部の内周部に、少なくとも爪が溶接された最も熱収縮の影響をうける部位と、それ以外の熱収縮の影響を受けない部位とを互いに固定するリブを接合した」ことにより、管端部の真円度及び平面度を確保できるとしている。なお、特許文献１の「爪」とは、前述した鋼管本体３の外周面に設けられる継手管７と同様のものである。

　また、上記特許文献１では、鋼管矢板の端部に機械式継手を取り付ける場合においても、「鋼管矢板の管端部の平面度が保たれているので、機械継手と鋼管矢板とが均一の溶接条件で全周を溶接できるため、機械継手が均一な溶接品質で曲がることなく取り付けることができる」としている。

特開２００９－１６６０８４号公報

　特許文献１の方法では、鋼管本体３の外周面に継手管７を取り付けた後、鋼管本体の端部に機械式継手を取り付けているので、機械式継手の外周面には継手管７が設けられていない。

　このような鋼管矢板２３は、施工現場において、上下の鋼管矢板２３同士を機械式継手によって連結したあと、上下の鋼管矢板２３の継手管７をつなぐ部分に別途継手管７を溶接接合する必要がある（図８の網掛けで示す部分）。

　一方、現場施工の省人化・省力化の為には、機械式継手の外周面にも製造時に予め継手管７を取り付けておき、現場での継手管７の取り付け作業を不要としたいという要望があった。

　しかしながら、製造時に機械式継手の外周面に継手管７の素材となるパイプを溶接接合すると、取り付け時の熱影響によって機械式継手の真円度が変化する。また、パイプを溶接接合したあと、断面Ｃ字状（図９参照）の継手管７にするためにパイプに対して管軸方向に延びるスリット７ａを形成するが、この際継手管７においてスリット７ａを形成した部分が開こうとする変形が起こる。これによって継手管７と溶接接合されている鋼管本体３及び機械式継手に応力の再配分が生じて機械式継手の真円度がさらに変化する。

　前述したねじ式継手のように回転嵌合によって連結するような機械式継手の場合、真円度が変化することで嵌合時の抵抗が大きくなって作業効率が悪化したり、嵌合ができなくなるという問題があった。

　本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、鋼管本体及びその端部に設けた機械式継手管の外周面に継手管を備えた鋼管矢板を、機械式継手管の真円度を確保しつつ製造する方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る機械式継手管を有する鋼管矢板の製造方法は、鋼管本体の端部に機械式継手管を有すると共に前記鋼管本体及び前記機械式継手管の外周面に管軸方向に延びる継手管を備えた鋼管矢板の製造方法であって、前記鋼管本体の端部から200mm以上離れた外周面に、前記継手管の一部となる第１パイプを溶接により取り付ける第１パイプ取付工程と、該第１パイプ取付工程の後、前記第１パイプの端部を除く部分に管軸方向に延びる第１スリットを形成する第１スリット形成工程と、該第１スリット形成工程の後、前記鋼管本体の端部に前記機械式継手管を取り付ける機械式継手管取付工程と、該機械式継手管取付工程の後、一端部を除く部分に管軸方向に延びる第２スリットが予め設けられて前記第１パイプと共に前記継手管を構成する第２パイプを、前記一端部を前記第１パイプの端部に当接させると共に前記第２スリットが前記第１パイプの前記第１スリットと同一軸線状に位置するように配置して前記鋼管本体の外周面に固定し、前記第１パイプの端部と前記第２パイプの一端部を溶接接合する第２パイプ取付工程と、該第２パイプ取付工程の後、前記第１パイプ及び前記第２パイプの端部にスリットを形成して前記第１スリットと前記第２スリットを連通させるスリット連通工程と、を備えたものである。
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記第１パイプ取付工程において、前記第１パイプをその端部が前記鋼管本体の端部から500mm以内に位置するように配置し、前記第２パイプ取付工程において、前記第２パイプを鋼管本体に部分溶接によって固定するものである。

　本発明においては、継手管を構成する第１パイプの取付及びスリット形成を機械式継手管の取付前に行い、機械式継手管の取付後に予めスリットが設けられた第２パイプを第１パイプに溶接接合することで、継手管の取り付け時の熱影響及びスリット加工時の影響を最小限に抑えることができ、鋼管本体及びその端部に設けた機械式継手管の外周面に継手管を備えた鋼管矢板を、機械式継手管の真円度を確保しつつ製造することができる。

図１は、本発明の一実施の形態にかかる鋼管矢板の製造方法の工程を説明する説明図である。 図２は、本発明の一実施の形態にかかる鋼管矢板の製造方法を説明する説明図である。 図３は、本発明の一実施の形態にかかる鋼管矢板における上下連結部近傍の端面図である。 図４は、図３の矢視Ａ－Ａ断面図である。 図５は、実施例における比較例１の説明図である。 図６は、実施例における比較例２の説明図である。 図７は、実施例における本発明例の効果を説明するためのグラフである。 図８は、従来の鋼管矢板の側面図である。 図９は、従来の鋼管矢板の平面図である。

　本発明の一実施の形態に係る鋼管矢板の製造方法は、鋼管本体の端部に機械式継手管を有すると共に鋼管本体及び機械式継手管の外周面に管軸方向に延びる継手管を備えた鋼管矢板を製造するものである。本実施の形態の鋼管矢板の製造方法は、図１、図２に示すように、第１パイプ取付工程Ｓ１と、第１スリット形成工程Ｓ３と、機械式継手管取付工程Ｓ５と、第２パイプ取付工程Ｓ７と、スリット連通工程Ｓ９とを備えたものである。

　上記製造方法の説明に先立ち、まずは、本実施の形態にかかる鋼管矢板について図３、図４を用いて詳細に説明する。

　図３は、上下の鋼管矢板を管軸方向に連結した状態で、連結部近傍を管軸方向に切断した場合の端面図であり、図４は図３の矢視Ａ－Ａ断面図である。

　本実施の形態に係る鋼管矢板１は、上述したように、鋼管本体３の端部に機械式継手管５を有すると共に鋼管本体３及び機械式継手管５の外周面に管軸方向に延びる継手管７を備えている。

　機械式継手管５は、雌ねじを有する外側継手管９と、雄ねじを有する内側継手管１１を有しており、外側継手管９は嵌合時に外側に配置され、内側継手管１１は嵌合時に内側に配置されるものである。図３は、図中上側の鋼管本体３の下端部に内側継手管１１が設けられ、図中下側の鋼管本体３の上端部に外側継手管９が設けられた例である。

　また、図４に示すように、外側継手管９と内側継手管１１には回転防止ボルト１３を挿入するためのタップ孔９ａ、１１ａが設けられている。そして、外側継手管９と内側継手管１１を嵌合させた状態でタップ孔９ａ、１１ａに回転防止ボルト１３を挿入することで、内側継手管１１が逆回転して嵌合が外れるのを防止できる。

　鋼管本体３及び機械式継手管５（外側継手管９及び内側継手管１１）の外周面の対向する位置には、管軸方向に延びる継手管７が設けられている。そして、機械式継手管５が嵌合して上下の鋼管矢板１が連結している状態において、内側継手管１１が設けられた上方の鋼管矢板１側の継手管７の端部と、外側継手管９が設けられた下方の鋼管矢板１側の継手管７の端部が接触もしくは近接するようになっている。

　上記のように構成された鋼管矢板１の製造方法の各工程について図１、図２を用いて以下、具体的に説明する。なお、図２は、鋼管本体３の端部に外側継手管９を設ける場合を例示している。
＜第１パイプ取付工程＞
　第１パイプ取付工程Ｓ１は、図２（ａ）に示すように、鋼管本体３の端部から距離ａ離れた外周面に、継手管７の一部となる第１パイプ１５を取り付ける工程である。

　第１パイプ１５の取り付けは全長溶接によって行い、第１パイプ１５の端部と鋼管本体３の端部との距離ａは２００ｍｍ以上とする。距離ａを２００ｍｍ以上とする理由は以下の通りである。

　第１パイプ１５の端部は、後段の第２パイプ取付工程Ｓ７で第２パイプ１７と溶接接合する部分である。距離ａを２００ｍｍ以上とすれば、第１パイプ１５と第２パイプ１７を溶接接合する際、機械式継手管５に熱影響を与えにくいので、真円度への影響を低減できる。

　また、第１パイプ１５の端部と鋼管本体３の端部に２００ｍｍ以上の距離ａを設けることで、当該部分を作業台等の上に固定する部分として用いることができ、第１パイプ１５の取り付け作業や、後段の工程での作業性が良くなる。
＜第１スリット形成工程＞
　第１スリット形成工程Ｓ３は、第１パイプ取付工程Ｓ１の後、図２（ｂ）に示すように、第１パイプ１５の端部を除く部分に管軸方向に延びる第１スリット１５ａを形成する工程である。

　第１スリット１５ａの形成は溶断（ガス切断やプラズマ切断など）によって行う。

　第１パイプ１５の端部を除いて第１スリット１５ａを形成する理由は以下の通りである。

　第１パイプ１５に管軸方向全長に亘るスリットを形成すると、前述したように、スリットが開こうとする変形が起こる。このような変形が起こると、後段の第２パイプ取付工程Ｓ７で第２パイプ１７と溶接接合する際に第１パイプ１５の端面と第２パイプ１７の端面が合わないという不具合が生じる。

　この点、本実施の形態においては第１パイプ１５の端部に第１スリット１５ａを形成しないので端部の形状が保たれ、上記のような不具合が生じない。

　なお、第１パイプ１５の端部の変形防止やスリット連通工程Ｓ９での作業性を考慮すると、第１パイプ１５の管端と第１スリット１５ａとの距離ｂは２０ｍｍから８０ｍｍ程度とするのが好ましい。
＜機械式継手管取付工程＞
　機械式継手管取付工程Ｓ５は、第１スリット形成工程Ｓ３の後、図２（ｃ）に示すように、鋼管本体３の端部に機械式継手管（図２では外側継手管９）を取り付ける工程である。

　外側継手管９の取り付けは全周溶接によって行う。
＜第２パイプ取付工程＞
　第２パイプ取付工程Ｓ７は、機械式継手管取付工程Ｓ５の後、図２（ｄ）に示すように、第２パイプ１７を取り付ける工程である。

　第２パイプ１７は、第１パイプ１５と共に継手管７を構成するものであり、外側継手管９の端部から第１パイプ１５の端部に亘る長さを有している。また第２パイプ１７には、一端部を除く部分に管軸方向に延びる第２スリット１７ａが予め設けられている。

　第２パイプ１７の一端部を除いて第２スリット１７ａを形成している理由は第１パイプ１５の第１スリット１５ａと同様に端部の変形を防ぐためである。また、第２パイプ１７の管端と第２スリット１７ａとの距離ｃは第１パイプ１５の距離ｂと同様に２０ｍｍから８０ｍｍ程度とするのが好ましい。

　第２パイプ１７の取り付けは下記のように行う。

　まず、第２パイプ１７の一端部を第１パイプ１５の端部に当接させると共に第２スリット１７ａが第１パイプ１５の第１スリット１５ａと同一軸線状に位置するように配置する。

　次に、第２パイプ１７を鋼管本体３の外周面に溶接する等して固定する。

　そして、第１パイプ１５の端部と第２パイプ１７の一端部を周方向に溶接して接合する。

　前述したように、第１パイプ１５の端部と第２パイプ１７の一端部にはスリットが形成されていないため管端の形状が保たれており、不具合なく周方向に溶接することができる。

　なお、第２パイプ１７を鋼管本体３の外周面に固定する際の外側継手管９への熱影響を考慮する場合には、第２パイプ１７を鋼管本体３に部分溶接（組み立て溶接ともいう）して固定してもよい。その場合、第１パイプ取付工程Ｓ１における距離ａ（図２（ａ）参照）を５００ｍｍ以内とし、第２パイプ１７の長さが長くなりすぎないようすると、第２パイプ１７の取り付け強度を確保できるので好ましい。
＜スリット連通工程＞
　スリット連通工程Ｓ９は、第２パイプ取付工程Ｓ７の後、図２（ｅ）に示すように、第１パイプ１５及び第２パイプ１７の端部にスリットを形成して第１スリットと第２スリットを連通させる工程である。

　第１スリット１５ａと第２スリット１７ａを連通させることで、第１パイプ１５と第２パイプ１７で構成され全長に亘ってスリット７ａが設けられた継手管７が形成される。

　なお、図２は鋼管本体３の端部に外側継手管９を有する鋼管矢板１を製造する例であったが、鋼管本体３の端部に内側継手管１１を有する鋼管矢板１を製造する場合も同様に行う。

　もっとも、内側継手管１１を有する鋼管矢板１の場合、第２パイプ取付工程Ｓ７で取り付ける第２パイプ１７の長さは内側継手管１１のねじが形成されていない部分から第１パイプ１５の端部まで亘る長さとなる。具体的には、第２パイプ１７の長さは、内側継手管１１に外側継手管９が嵌合した状態で（図３参照）、外側継手管９の管端が当接する部分から第１パイプ１５の端部まで亘る長さとなる。

　以上のように、本実施の形態においては、機械式継手管５を鋼管本体３に取り付ける前に第１パイプ１５の取り付け及び第１スリット１５ａの形成を行う。よって、第１パイプ１５を全長溶接する際の熱や、第１スリット１５ａを形成する際の応力の再配分が機械式継手管５の真円度に影響しない。

　また、第２パイプ１７においても、第２スリット１７ａが予め設けられており、鋼管本体３に固定して第１パイプ１５に溶接接合しているので、機械式継手管５の真円度に与える影響は小さい。

　このように、本発明によれば、継手管７の取り付け時の熱影響及びスリット加工時の影響を最小限に抑えている。よって、鋼管本体３及びその端部に設けた機械式継手管５の外周面に継手管７を備えた鋼管矢板１を、機械式継手管５の真円度を確保しつつ製造することができる。したがって、機械式継手管５の嵌合性が確保されると共に、現場施工において継手管７の取り付けを必要としないので省人化・省力化に寄与する。

　なお、上述した実施の形態では、ねじ式の機械式継手管５を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、他の種類の機械式継手管にも効果を奏することができる。例えば、外側継手管に内側継手管を差し込んで、外側継手管に設けられた凹部と内側継手管に設けられた凸部を係合させて連結する差し込み式の機械式継手管の場合にも、本発明を適用することで現場での施工性に優れた鋼管矢板を製造することができる。

　また、本発明は、鋼管本体の一端部に機械式継手管を有するもの、及び、鋼管本体の両端部に機械式継手管を有するもののどちらの場合にも適用できる。即ち、複数の鋼管矢板を上下方向に連結する際、最上段又は最下段に配置されて鋼管本体の下端又は上端にのみ機械式継手管を有するもの、中間に配置されて鋼管本体の両端に機械式継手管を有するもの、そのいずれの場合の鋼管矢板にも本発明を適用できる。

　本発明の鋼管矢板１の製造方法による作用効果について確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。

　鋼管本体３には、外径＝１０００ｍｍ、板厚＝１２ｍｍのものを使用した。

　また、継手管７または継手管７を構成する第１パイプ１５、第２パイプ１７には、外径＝１６５．２ｍｍ、板厚＝１１ｍｍのものを使用した。

　発明例として、図１、図２で説明した実施の形態における製造方法を用いて鋼管矢板１を製造した。本発明例では、距離ａ＝３００ｍｍ、距離ｂ＝８０ｍｍ、距離ｃ＝８０ｍｍ（図２参照）とした。

　また、比較例１、２として、図２に示した製造方法と異なる手順で鋼管矢板１９、２１を製造した。

　比較例１における製造方法を図５に示す。図５は、図２と同様に、鋼管本体３の端部に外側継手管９を設ける場合を例示している（以下、図６も同様）。

　比較例１では、まず図５（ａ）に示すように、鋼管本体３の端部に外側継手管９を全周溶接によって取り付けた。

　次に、図５（ｂ）に示すように、外側継手管９と鋼管本体３の外周面に継手管７を取り付けた。このとき、外側継手管９には溶接を行わず、図中矢印で示す鋼管本体３の端部から３００ｍｍの間は部分溶接、その他の部分は全長溶接とした。

　次に、図５（ｃ）に示すように、図５（ｂ）で取り付けた継手管７の全長にスリット７ａを形成し、鋼管矢板１９を製造した。内側継手管１１を有する鋼管矢板１９も同様に製造した。

　比較例２における製造方法を図６に示す。

　比較例２では、まず図６（ａ）に示すように、鋼管本体３の端部に外側継手管９を全周溶接によって取り付けた。

　次に、図６（ｂ）に示すように、鋼管本体３の端部から３００ｍｍ離れた外周面に、継手管７の一部となる第１パイプ１５を全長溶接によって取り付けた。

　次に、図６（ｃ）に示すように、図６（ｂ）で取り付けた第１パイプ１５の端部を除く部分に第１スリット１５ａを形成した。第１パイプ１５の管端と第１スリット１５ａとの距離は８０ｍｍとした。

　次に、図６（ｄ）に示すように、第１パイプ１５と共に継手管７を構成する第２パイプ１７を取り付けた。第２パイプ１７には、一端部を除く部分に第２スリット１７ａが予め設けられており、第２パイプ１７の管端と第２スリット１７ａとの距離は８０ｍｍとした。

　第２パイプ１７の取り付けは、図２（ｄ）で説明したものと同様の方法で行い、第２パイプ１７を鋼管本体３に固定する際には部分溶接を用いた。

　次に、図６（ｅ）に示すように、第１スリット１５ａと第２スリット１７ａを連通させて第１パイプ１５と第２パイプ１７で構成される継手管７を形成し、鋼管矢板２１を製造した。内側継手管１１を有する鋼管矢板２１も同様に製造した。

　上記発明例を用いて製造した鋼管矢板１及び比較例１、２を用いて製造した鋼管矢板１９、２１について、それぞれ機械式継手管５の真円度（最大外径－最小外径）を算出し、比較したものを図７に示す。図７は、比較例２の真円度で基準化した真円度比を示している。

　図７のグラフに示すように、本発明例における鋼管矢板１の真円度比は、比較例１、２と比較して著しく小さく、比較例２と比べると７５％減少出来た。

　比較例１、２では、鋼管本体３に機械式継手管５を取り付けた後に、継手管７または第１パイプ１５を取り付けてスリット加工している。これに対し、発明例は、第１パイプ１５を取り付けて第１スリット１５ａを形成した後に、機械式継手管５を取り付けている。これにより、第１パイプ１５溶接時の熱影響やスリット加工時の応力再配分等が機械式継手管５に影響せず、上述のように鋼管矢板の真円度比を著しく小さくすることができる。

　また、比較例１、２の製造方法で製造した鋼管矢板１９、２１は、上下の鋼管矢板１９、２１を連結する際、上方の鋼管矢板１９、２１を人力だけで回転させることができず、チェーンブロックやチルホール等の補助治具が必要であった。

　一方、本発明例の製造方法で製造した鋼管矢板１は、真円度が確保されているため機械式継手管５の嵌合性が良く、補助治具を必要とせずに人力だけで上方の鋼管矢板１を回転することができ、比較例１、２と比較して施工性が向上した。

　上記実施例の結果より、鋼管矢板の製造において、機械式継手管の取り付け、継手管の取り付け、スリット形成の順序が、機械式継手管の真円度及び篏合性に影響があることは自明である。

　本発明によれば、継手管の取り付け時の熱影響及びスリット加工時の影響を最小限に抑えて機械式継手管の嵌合性を十分に確保しつつ、鋼管本体及び機械式継手管の外周面に継手管を備えた鋼管矢板を製造することができる。

　　１　鋼管矢板
　　３　鋼管本体
　　５　機械式継手管
　　７　継手管
　　７ａ　スリット
　　９　外側継手管
　　９ａ　タップ孔
　　１１　内側継手管
　　１１ａ　タップ孔
　　１３　回転防止ボルト
　　１５　第１パイプ
　　１５ａ　第１スリット
　　１７　第２パイプ
　　１７ａ　第２スリット
　　１９　鋼管矢板（比較例１）
　　２１　鋼管矢板（比較例２）
　　２３　鋼管矢板（従来例）

Claims (2)

1. 　鋼管本体の端部に機械式継手管を有すると共に前記鋼管本体及び前記機械式継手管の外周面に管軸方向に延びる継手管を備えた鋼管矢板の製造方法であって、
   　前記鋼管本体の端部から２００ｍｍ以上離れた外周面に、前記継手管の一部となる第１パイプを溶接により取り付ける第１パイプ取付工程と、
   　該第１パイプ取付工程の後、前記第１パイプの端部を除く部分に管軸方向に延びる第１スリットを形成する第１スリット形成工程と、
   　該第１スリット形成工程の後、前記鋼管本体の端部に前記機械式継手管を取り付ける機械式継手管取付工程と、
   　該機械式継手管取付工程の後、一端部を除く部分に管軸方向に延びる第２スリットが予め設けられて前記第１パイプと共に前記継手管を構成する第２パイプを、前記一端部を前記第１パイプの端部に当接させると共に前記第２スリットが前記第１パイプの前記第１スリットと同一軸線状に位置するように配置して前記鋼管本体の外周面に固定し、前記第１パイプの端部と前記第２パイプの一端部を溶接接合する第２パイプ取付工程と、
   　該第２パイプ取付工程の後、前記第１パイプ及び前記第２パイプの端部にスリットを形成して前記第１スリットと前記第２スリットを連通させるスリット連通工程と、を備えた、機械式継手管を有する鋼管矢板の製造方法。
2. 　前記第１パイプ取付工程において、前記第１パイプをその端部が前記鋼管本体の端部から５００ｍｍ以内に位置するように配置し、
   　前記第２パイプ取付工程において、前記第２パイプを鋼管本体に部分溶接によって固定する、請求項１記載の機械式継手管を有する鋼管矢板の製造方法。

Images