JP3901691B2 - 管固定構造及び管固定方法 - Google Patents

Description

この発明は、シールド、あるいは既設管渠内に二次覆工として配管を行う場合に使用される管固定構造及び管固定方法に関するものである。

従来、シールドや既設管路内に二次覆工として新たに配管を行う場合は、まず、その二次覆工を成す管路を既設管路（一次覆工）内の所定位置に固定し、その新設する内挿管路外面と既設管路内面との間隙にモルタル等の中込材を充填、注入して、両管路の一体化を図っている。その中込材注入の際に、内挿管路が浮力によって浮上したり、あるいは注入圧によって移動したりすることを防止するために、その注入前には、前記間隙に支持部材を挿入してその支持部材を介して両管を固定するようにしている。

例えば、図５に示すように、内挿管路２外周に曲率のほぼ等しい鋼製バンドＢをあてがい、その鋼製バンドＢと既設管路１との間に木材製の支持材Ｃを前記管路１，２に対し径方向に配置し、前記支持材Ｃと前記バンドＢ内面との間に楔Ｄを挟むようにしてコの字型を成すカスガイＡを打ち込んで内挿管路２を既設管路１に固定し、内挿管路２が既設管路１に対し移動しないようにしている（例えば、特許文献１参照）。
また、前記支持材Ｃ及び中込材の素材に、樹脂発泡体をセメントで固めたものを使用した技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
実用新案登録第２５２０８０８号公報 特開平１０−１４８０９６号公報

しかし、上記図５（特許文献１）に記載の支持部材を使用した管固定構造によれば、モルタル注入による浮力、あるいはその他の外力が管路１，２に作用した場合に、管路１，２が僅かに動いて前記カスガイＡに挟まれた楔Ｄが緩み、支持材Ｃが外れてしまうことがある。支持材Ｃが外れると、管路２がさらに浮き上がりやすくなり、管路２の継手部分などにおいて、その管路軸心が上下左右方向へ屈曲した状態になることがあるので好ましくない。また、図５に示す構造によれば、図中に示すように、２つの楔Ｄ、Ｄを対向させて打ち込んで使用するため、その２つの楔Ｄ，Ｄ同士の管路２周方向の重なり度合い（楔Ｄを打込む方向に沿って、その両者が重なっている長さ）の大小により、両楔Ｄ，Ｄを重ねた状態におけるその管路２半径方向の厚さが異なる。このため、楔Ｄの打ち込み状態の強弱により、両管路１，２間の間隙４の幅が、その管路２の全周に亘ってばらつきを生じることがある。

また、支持材Ｃは木材製であり、その圧縮弾性係数がモルタルよりも相対的に高いので、地盤や管路全体に外力が作用した場合に、前記モルタル部分は、適度に弾性変形しながら、内挿管路２を既設管路１に広い面積でもって均一な応力で支持しようとするのに対し、支持材Ｃはあまり弾性変形せずに、その管路１，２への接触部分を介して、外力を局部的に両管路１，２に作用させる。このため、木材製の支持材Ｃの使用は、管路を傷める原因となり得るので好ましくない。またカスガイＡの端面が、内挿管路２外周面に直接接触していることも、管路２への応力集中を生む原因となっている。

さらに、支持材Ｃが木材製であるために、モルタル硬化後、その木材が腐食した場合には、その支持材Ｃの存在した部分がモルタル内に介在する空隙となる。モルタル内部の空隙は、管路への不均一な応力発生の原因となるので好ましくない。

また、今日では、上記のように既設管路１内に新たに配管を行う際に、その新たな配管の内径を少しでも大きくして流量等を確保しようとする要請があるので、新設する内挿管路２外面と既設管路１内面との間隙４が少ない場合にも対応できる管固定構造が求められる。特許文献２に記載の構造では、支持部材を挿入するためにある程度の間隙幅を要するので、このような要請に応えることができない。

さらに、特許文献２に記載の構造では、中込材及び支持部材に樹脂発泡体をセメントに混ぜて使用するため、比重が軽く強度が不足する場合がある。強度が不足すると、特に、上部に位置する支持部材は、中込材を注入した際にその管路に作用する浮力によって圧縮されて破壊され、両管路同士を固定できなくなる。このため、内挿管路の位置ずれが起こるので好ましくない。一方、前記浮力に対抗するため支持部材の圧縮強度を高めるあまり、その弾性係数が大きくなりすぎると、外力が作用した場合に、その支持部材の介在する箇所のみ拘束されて、内挿管路に局部的に過大な変位量の差異、あるいは偏った応力が発生するという問題がある。

そこで、この発明は、管路に過大な応力、局部的に偏った応力を発生させにくくするとともに、内挿管路の移動を防止し、既設管路と内挿管路との間隙が小さい場合にも両管を固定できるようにすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、外側の管路と内側の管路との間隙に、中込材と同材料からなる支持部材を挿入して、その支持部材と後に注入する中込材とが一体となって両管を支持するようにするとともに、その支持部材を板状にして前記間隙を埋めるスペーサ機能を持たせたのである。支持部材と中込材とが同材料であるので、両管路をその全周全長に亘って均一な力で支持し、また、支持部材は板状であるので、必要枚数重ねて挿入できる。

具体的には、管路内に二次覆工として内挿管路を構成するに際して、その管路の内周面と、その内挿管路の外周面との間隙に支持部材を介在させ、その支持部材を介して前記管路の内側に内挿管路を固定するとともに、前記間隙に中込材を注入する管固定構造において、前記支持部材は前記中込材と一体に挙動して、前記両管路をその全長、全周に亘って前記中込材とともに均等な力で支持する管固定板からなり、その管固定板は、前記間隙全周に亘って配置するとともに、各配置箇所において、管固定板は前記間隙幅に合わせて管路の径方向に重ねて挿入可能としたのである。

このようにすれば、支持部材により両管路を圧接する固定において、その両管路の間隙幅に合わせて管固定板を必要枚数挿入することにより圧接度合を調整できるので、前記間隙幅が大きい場合であっても管固定板を管路の径方向に重ねて使用することにより、その間隙幅に合わせた対応が適宜可能である。また、管固定板の採用により支持部材をフラットにしたので、楔のように重ね合わせの度合いによって、その厚さに変化が生じない。このため、支持部材の挿し込み度合いの強弱による管路の偏りを防止し得る。さらに、支持部材が板状であるので厚さのバリエーション設定が容易であり、前記間隙が小さい場合であってもその間隙幅に合わせた薄い管固定板を用いれば容易に対応し得る。

上記の管固定構造を成すための方法としては、前記管路の内側に内挿管路を挿入し、その内挿管路は、その一端の挿口を隣接する別の他の管路の受口に嵌めるとともに、挿入した前記他の管路他端の受口外周には、前記管固定板を前記各配置箇所の間隙を埋めるように挿入して前記管路の内側に内挿管路を固定し、その後、前記間隙に中込材を注入するようにする。管固定板の挿入箇所を内側の管の受口外周としたので、適宜連結して配置していく内側の管の常に発進側の端部に位置して、管固定板を挿入しやすい。

なお、前記支持部材を前記中込材と一体に挙動させ、且つ、前記両管路をその全長、全周に亘って前記中込材とともに均等な力で支持するためには、その支持部材たる管固定板と前記中込材とが、同一又はそれに近い同等の弾性係数を有する素材とすればよく、また、でき得る限り、同一又はそれに近い同等の圧縮強度を有する素材であることが望ましい。このようにすれば、所定の外力に対して両管路には偏りなくその全周、全長に等しい力が作用し、また、その等しい力でもって両管路を支持することにより、両管路に生じる挙動もその全周、全長に亘って等しくなって変位量も均等なものとし得る。このとき、前記フラットな管固定板の採用により、両管路相互間の偏りを防止し得るので、前記中込材、管固定板の前記間隙内における肉厚を一定なものに近づけることができる。このため、両管路に作用する力をさらに均等なものにして、一体性をさらに高めることができる。

この発明は、上記のように、支持部材を板状にしたので、その厚さを間隙幅の大小に合わせて調整し得るとともに、その管固定板と中込材とが一体に作用して、内挿管路と既設管路とをその全長、全周でもって支持するので、管路にずれや応力集中を発生させにくい。

一実施形態を図１乃至図４に示し、この実施形態の管固定構造は、図１に示すように、例えば、上下水道管渠や各種トンネルなどの既設管路１内に二次覆工として新たに管路２を設置、固定するために、その新設管路２の外周面１２と既設管路１の内周面１１との間隙に挿入する管固定板３からなる支持部材を用いた管固定構造である。この支持部材を介して両管路１，２を固定した後、前記間隙４には、中込材５としてエアモルタル等を注入して、両管路１，２の一体化を図るものである。

管路１は、図２（ｂ）に示す断面馬蹄形を成す管体からなり、地中に埋設されて所定の地点間を結ぶように連続的に設けられている。この既設管路１内に設置される内挿管路２は、前記管路１よりもやや小径の同じく断面馬蹄形を成す管体からなり、その一端側を挿口２ａ、他端側を受口２ｂとしている。その受口２ｂは、図４に示すようにやや拡径されて、その内側に別の内挿管路２の挿口２ａが嵌め込み可能となっている。この受口２ｂに別の内挿管路２の挿口２ａを差し込むことにより、図４に鎖線で示すように、両管路２，２とが隙間無く密着して接続され、図１に示すように、さらにその長さ方向に別の管路２を次々と接続していく。

受口２ｂの外周面１２ａと既設管路１の内周面１１との間隙４には、支持部材として、この後注入する中込材５と同等の圧縮強度及び、同等の弾性係数を有する発泡ウレタン材料からなる管固定板３が、その間隙４全周に亘って、図１に示すように適宜の間隔で配置され、各配置箇所において、管固定板３は前記間隙４幅（管径方向厚さ）に合わせて、その管路１，２の管径方向に重ねて挿入されている。このため、管固定板３は、前記間隙４において隙間無く前記外周面１２ａと前記内周面１１とに密着して、両管路１，２を動きにくいように固定している。つまり、内挿管路２の一端側は、隣接する別の内挿管路２の受口２ｂに挿し込まれて固定され、その内挿管路２の他端側は、受口２ｂが管固定板３を介して既設管路１に固定されている。

前記間隙４に、この管固定板３が挿入された状態において、中込材５が間隙４をすべて埋めるように注入されて介在しているので、両管路１，２は、その管固定板３（支持部材）及び中込材５を介して、その全周全長に亘って支持し得る。

このとき、管固定板３と中込材５とが同等強度、同等弾性係数を有する材料であるので、管路全体にある外力が作用した際に、その管固定板３と中込材５とが一体となって、両管路１，２をその周面全体でもって均一な力で支持し得る。例えば、図３に示す破線から実線のように、管固定板３の介在する箇所において、内挿管路２が既設管路１に対して動いて変位Ｓが生じれば、その管固定板３の介在しない箇所においても圧縮弾性係数が同等であるので、その作用する外力等の条件が同じである限りにおいて、図３に示す箇所と同じ変位Ｓとなり得る。このため、管路１，２に局部的に過大な応力が発生したり、あるいは不連続な応力が発生しない。

なお、管固定板３は、その注入する中込材５自体を硬化させて製作した管固定板３であれば、圧縮強度、圧縮弾性係数が完全に等しくなるので好ましいが、上記機能を阻害しない限りにおいて、管固定板３は、中込材５の圧縮強度、及び圧縮弾性係数に近似する範囲にある同等程度の素材であればよい。管固定板３と中込材５とが同等程度の圧縮強度、同等程度の弾性係数であるとは、両者の挙動が上記のように等しく作用し得る範囲において、その圧縮強度、圧縮弾性係数がほぼ等しいといえる範囲内の素材をいう。

この管固定構造を成すための両管路１，２の固定方法について説明すると、既設管路１内の所定位置に、二次覆工する内挿管路２を、その受口２ｂを発進側に向けた状態で、図１に示す矢印の方向に公知の方法にて挿入する。その挿入した内挿管路２は、その一端の挿口２ａを、既に同じ既設管路１内に固定されている別の内挿管路２の受口２ｂに嵌めるとともに、その挿入した内挿管路２他端の受口２ｂ外周には、前記管固定板３をそれぞれの配置箇所において、その間隙４を埋める厚さになるまで複数枚挿入して、前記既設管路１の内側に内挿管路２を動かないよう固定する。配置箇所は、受口２ｂの上部、下部及び側方の適宜の箇所に適宜の間隔で挿入すればよいが、均等に支持して管路の偏りを少なくするために、管路１，２の軸心を挟んで左右対称に配置することが望ましい。

この内挿管路２の挿入、接続、及び管固定板３による固定を繰り返して、内挿管路２がその長さ方向に連続的に所定距離接続された後、既設管路１と二次覆工の内挿管路２との間隙４にエアモルタルを注入し、内挿管路２を既設管路１に一体化して固定する。

なお、既設管路１と内挿管路２との間隙４幅が管固定板３の厚みよりも大きい場合には、管固定板３を適宜重ねて使用してもよい。また、逆に間隙４幅が小さい箇所に管固定板３を使用したい場合には、その間隙４に挿入し得る程度の厚さの薄いものを用意すれば対応できる。さらに、必要であれば、厚さの異なる管固定板３を組み合わせて使用してもよい。厚さの異なる管固定板３を組み合わせて使用すれば、例えば、所定幅の間隙４にある厚さの管固定板３を挿入した際に、その管固定板３と両管路１，２との間になお僅かな隙間が生じた場合には、その僅かな隙間に対応する薄い管固定板３を挿入すれば、管固定板３を介して固定する両管路１，２の圧接度合いを高めることができる。

この管固定板３を上記のごとく使用した場合、内挿管路２の上方に位置する管固定板３は、前記エアモルタル注入の際に、内挿管路２が浮力によって浮上することを防止するいわゆる浮力防止材として作用する。その浮力防止材としての性能の実験結果を、以下の表１に示す。

表１に示すように、中込材５としてエアミルクを使用し、２ｒ＝１６５０の馬蹄形管４ｍを使用した場合についてのものであり、浮上防止材（管固定板３）を発泡ウレタン製として、その圧縮弾性係数を１７５０Ｎ／ｍｍ²としている。この条件において、中込材５を注入した際に、その内挿管路２に発生する浮力による管の変位Ｓは、表中に示すように、０．０２５ｍｍとなっている。この数値は、木材製（圧縮弾性係数８０００Ｎ／ｍｍ²）の同じく浮上防止材を使用した場合の変位Ｓの数値０．００６ｍｍと比較すると変位量が若干大きくなっているが、その変位量は僅かな数値であり、浮力防止材として有効に機能していることがわかる。

このように、管固定板３として、圧縮弾性係数が小さい発泡ウレタン製の物を使用することにより、管固定板３は外力に対しては、木材を使用した場合よりも大きく圧縮され得るようになり、その圧縮度合いは、硬化後の中込材５と同等となる。圧縮度合いが同等になることにより、両者が一体に挙動し、そして、木材製の支持部材を使用した場合に生じていた内挿管路２の局部的な変位量の差異、すなわち、内挿管路２が管固定板３と接している部分の変位量と、中込材５と直接接している部分の変異量との差異が解消する。

一方、その管固定板３は、上記のごとく、中込材５と一体に挙動する弾性を有し、且つ、表１のごとく、中込材５の注入時の浮力にも破壊されず耐え得る強度を有しているので、内挿管路２が移動しない。その浮力に伴う内挿管路２の変位量、すなわち管固定板３の圧縮量は、０．０２５ｍｍと微小な値であり、管固定板３の素材である発泡ウレタンは、上記のごとく著大な管路の変位を発生させない適度な弾性を有しているといえる。

このため、上記素材によれば、内挿管路２が既設管路１内で不用意に大きく移動することによる管路の損傷も防止し得ることがわかる。また、その内挿管路２が既設管路１内において、上記のごとく微小に浮上しようとする動きに対しても、管固定板３と中込材５とが一体に挙動して、内挿管路２は、その管路２の軸方向に亘る全体が追随して浮上するので、管路２の局部的な変形や接続部での屈曲を防ぐことができる。

なお、浮力防止材に作用する応力は、上記実験結果では１．１Ｎ／ｍｍ²となっており、その素材に求められる強度としては、この事例では、例えば、安全率を２とした場合には、２．２Ｎ／ｍｍ²程度あれば充分である。

この実施形態では、馬蹄形の管路１，２を使用したが、この実施形態には限定されず、管路の断面形状は自由である。例えば、円形管路であってもよいし、四辺形等のボックス管であってもその効果が期待できる。また、中込材５の素材は、この実施形態のエアモルタルのように、既設管路１に内挿管路２を弾性力をもって支持し得る限りにおいて、ある程度の弾性係数を有し、その弾性力は過大な変位量を発生させない程度であることが望ましいが、その素材は、特にこのエアモルタルに限定されるものではなく、エアミルクなどのほか、発泡ウレタン等の発泡性材料も使用できる。特に、発泡ウレタンのように、発泡倍率を適宜調整できるものであれば、なお好ましい。

さらに、管固定板３の配置箇所、配置間隔（管体の長さ方向に対する位置、間隔）は自由であり、内挿管路２の受口２ｂ以外の箇所に設けてもよく、また、その管固定板３の管軸方向、又は管外周方向の断面形状を楔型とすることにより、間隙４に挿入しやすくした構成としてもよい。

一実施形態の斜視図 （ａ）は同実施形態の平面図、（ｂ）は断面図 図２（ｂ）の要部拡大図 管固定板の挿入状況を示す要部拡大図 従来例の断面図

符号の説明

１ 既設管路
２ 内挿管路
２ａ 挿口
２ｂ 受口
３ 管固定板
４ 間隙
５ 中込材
１１ 内周面
１２，１２ａ 外周面

Claims (1)

1. 管路１内に二次覆工として内挿管路２を構成するに際して、その管路１の内周面と、前記内挿管路２の外周面との間隙４に支持部材を介在させ、その支持部材を介して前記管路１の内側に内挿管路２を固定するとともに、前記間隙４に中込材５を注入する管固定構造を成すための管固定方法であって、
   前記支持部材は、前記注入する中込材５自体を硬化させて製作した管固定板３からなり、前記管路１の内側に内挿管路２を挿入し、その内挿管路２は、その一端の挿口２ａを隣接する別の内挿管路２の受口２ｂに嵌めるとともに、その他端の受口２ｂ外周には前記管固定板３を前記管路１の内周面との間隙４全周に亘って配置するとともに、前記管固定板３を前記各配置箇所の間隙４幅に合わせて管路１，２の径方向に重ねて挿入して前記管路１の内側に内挿管路２を固定し、その後、前記間隙４に中込材５を注入する管固定方法。

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