JP2010230106A

JP2010230106A - 断層用管路

Info

Publication number: JP2010230106A
Application number: JP2009079365A
Authority: JP
Inventors: Nofuhiro Hasegawa; 延広長谷川; Toshio Imai; 俊雄今井; Yoshikazu Nakajima; 良和中島
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: JP5067585B2

Abstract

【課題】断層を横断する管路に、比較的短工期・低コストでその耐震性能を向上させることができる手段を提供する。
【解決手段】断層変位を吸収する構造として管軸方向の圧縮力が作用した場合の座屈波形形状を形成した管を用いている。この座屈波形形状の管は直管と組合わせて管路に用いることで、地盤変形時に管路は座屈波形部分だけが伸び（圧縮）変形を吸収するため直管部には、ほとんど力は作用しない。座屈波形部と直管部とが連結されている鋼管よりなる断層用管路によって解決される。
【選択図】図３

Description

本発明は、水道、ガス、電力等の各種用途に使用される管路に関し、特に、断層変位を吸収できる管路に関するものである。

日本には数千もの活断層が存在しており、数多くのパイプラインもこの活断層を横断している。これら活断層の断層変位は数ｍを超えるものもあり、主要な管路が地震発生時に数ｍの断層変位を受けた場合、管路は破断しその地域一帯は断水する可能性がある。このため断層を横断する主要な管路には断層変位に対して亀裂を起こさない高い耐震性能が要求される。

一般的な埋設管の耐震設計は、標準管厚よりも増厚もしくは補強することで耐力を向上させ管路本体そのもので耐える構造とするのが一般的であるが、断層変位のような数ｍにおよぶ地盤変形では、これに耐えうるだけの剛性を管路に付加させることは不可能である。

そこで、水道等の管路における断層部の耐震設計では以下の施工例がある。
a 断層面にベローズ型伸縮可撓管を連続して配置し断層変位を吸収する方法
b 断層が変位する区間に断層変位以上のトンネルを掘り、空間で変位を吸収する方法
c 予想される断層変位区間の配管を地上配管とし断層の影響を無効化する方法

ベローズ型伸縮可撓管を連続して配置し断層変位を吸収する方法では、大深度で管路が基板面よりも下に配管が布設され、断層面および断層変位がすでに分かっている場合に適用できる。このため、比較的浅い土被りで埋設されている管路では断層面が正確に想定できないことからこの方法を用いることは難しい。

地上配管やトンネルを使って断層変位を吸収する方法では、断層変位時には管路は空間にあり、地盤の影響を受けないため管路は無被害となるが、断層面が想定される区間をすべてが対象となるため、非常にコストが高くなる。このため、特殊な工法を用いずに管路自体が地盤変形に追従して変形し、地盤変形を吸収する構造を開発するのが望ましい。

本発明は、断層を横断する管路に、比較的短工期・低コストでその耐震性能を向上させることができる手段を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決した管路を提供するものであり、断層部を横断するパイプラインが地震による断層変位を受ける際に、パイプライン自体で変位を吸収できる構造とすることで断層変位時のパイプラインからの亀裂を押さえ、災害時の断水等を防止できるようにしている。

本発明は、断層変位を吸収する構造として管軸方向の圧縮力が作用した場合の座屈波形形状を形成した管を用いている。この座屈波形形状の管は直管と組合わせて管路に用いることで、以下の作用を発揮する。
a 地盤変形時に管路は座屈波形部分だけが伸び（圧縮）変形を吸収するため直管部には、ほとんど力は作用しない。
b 管体の変形では直管と比べて座屈波形部分は同様な管厚以上であるため、座屈波形部分が伸び切っても変形は集中せず次の座屈波形部分に移動する。また、直管と同様な管厚以上であるため、伸び切っても土圧に対して十分な管厚を有している。
c 山数（座屈波形数）を２山、３山と増やすことで断層変位に応じた任意の許容曲げ角度を設置することができる。
d 本管線形の端部に人孔管を設けることで断層変位後に管内へ入り損傷の有無の確認を行うことができる。

本発明の管路は、断層変位に耐える力が大きく、断層変位が生じても、破壊、漏水の危険性を従来の管路より大幅に少なくすることができる。しかも低コストですむ。

本発明の座屈波形部を有する座屈波形鋼管を埋設した管路を示す断面図である。座屈波形を説明する図である。断層変位による直管の座屈状態を示す側面図である。座屈波形部が１山の鋼管の断層変位による変形を示す側面図である。座屈波形部が２山の鋼管の断層変位による変形を示す側面図である。座屈波形部が３山の鋼管の断層変位による変形を示す側面図である。

本発明の管路で使用される座屈波形鋼管は、直管に圧縮局部座屈を起こして生ずる波形に類似した初期変形を予め与えておくことで断層変位による圧縮変形を吸収しやすくしたもので、断層変位に従って座屈波形部が破断しないで変形しうる必要があり、この点で軟鋼（ＳＳ４００）等が好ましい。ここに、軟鋼とは、炭素含有量が０．１３〜０．２０％、引張強度３３０〜４３０N/mm²のものである。

鋼管の管径と板厚は、用途等によって定まるが、管径は口径（呼び径）で600A〜3000A程度である。板厚は、常時荷重（土圧、自動車荷重）に対して耐えうる管厚とし、通常6.0〜20.0ｍｍ程度である。

また、断層変位による引張り変形には、本発明の座屈波形鋼管と連結して使用される直管の剛性で耐える。因みに、ベローズ型伸縮可撓管では引張り、圧縮ともにベローズ部で吸収する。

座屈波形は、圧縮局部座屈波長（Ｌ＝1.72√(r・t)、r：管半径、t：管厚）と山高さ（板厚のn倍）をパラメータとしてＦＥＭを用いてパラメータスタディを行い決定される。

この座屈波形部１山で吸収できる変位量は最大で座屈波長であるので、座屈波形部の山数は、座屈波長と布設部位で想定される断層変位から決定する。例えば板厚９．０ｍｍ、口径６００Ａの鋼管で、座屈波長２７０ｍｍの座屈波長部を設ける場合には、３ｍの断層変位が予測される部位には最低で約１２山必要になる。多くの断層変位箇所の変位は１ｍ〜５ｍ程度と予測されるので、座屈波形部の山数は、１ｍ〜５ｍ／座屈波長程度設けることになる。

座屈波形部の間隔は断層変位および断層角度を考慮し、解析を行って決定する必要があり、通常０．５〜２Ｄ（Ｄ：管外径）程度が適当である。座屈波形部と直管部との接合は、一体構造とするため溶接接合が望ましい。

本発明で使用する座屈波形鋼管は、例えば予め座屈波形の金型を製作しておき、その金型に合わせて鋼管に内側から水圧をかけることで座屈波形部を形成して製造できる。

本発明では、新設を行う場合、通常の埋設管同様に掘削を行い断層用パイプを布設する。既設の布設替えの場合は断層横断部影響区間の既設管を撤去し、断層用パイプを布設する。
また、埋設深度が深く断層の破砕箇所が特定できる場合は、布設範囲を非常にに短い区間とすることができる。

本発明の管路の一実施例である座屈波形鋼管を埋設した状態を図１に示す。
この鋼管の座屈波形部は図２に示す座屈波長ｄと山高さｅを有するものである。この座屈波形は、局部座屈波長および板厚をパラメータとしてＦＥＭを用いてパラメータスタディを行い最適な座屈波長および管厚から求めたもので、材質がＳＳ４００で口径６００Ａ、板厚（ｔ）９．０ｍｍの鋼管に、山高さ（ｅ）が４ｔ（３６ｍｍ）、座屈波長（ｄ）が２７０ｍｍの座屈波形部を形成した。この座屈波形部は管の円周方向に全周に山状に拡管されており、板厚は、直管部と同一であった。

座屈波形部は、図１に示すように、１Ｄ（６００ｍｍ）の直管を挟んで３つ設けた。
管路が直管のみでは、断層変位が生じると図３のように座屈してしまい、亀裂が入り漏水の危険性がある。

ところが、座屈波形管に断層変位を与えると、図４のように変形（曲げ）が管に大きく集中し、座屈波形管が変形を吸収する。
座屈波形管を２山に増やすことで、図５に示すように、１山目の変形が進み管内面で接触すると２山目に変形が移行し、さらに変形する。

さらに座屈波形管を３山に増やし、より大きな変位を与えると図６に示すように、変形はその座屈波形管の許容値を超え、次の山の座屈波形管に移行し変形に対応している。また、山の設置間隔によっても許容曲げ角度を変えることができることから、山数と山の設置間隔により、どのような断層変位にも対応できる断層用管路を布設することができる。

本発明の管路は、断層変位に耐えて破壊しにくいので断層部に広く利用できる。

a 直管
b 断層面
c 座屈波形管
d 座屈波長
e 山高さ

Claims

座屈波形部と直管部とが連結されている鋼管よりなる断層用管路
前記直管部が、口径と管長が略等しい鋼管からなることを特徴とする請求項1に記載の断層用管路