JP5067755B2 - 鋼管の補修方法 - Google Patents

Description

この発明は、傷ついて部分的に肉厚が薄くなった鋼管を補修する際に、鋼管の補修と共に鋼管の座屈をコントロールして耐震補強を可能にする技術に関する。

ガス管や水道管などを地下に埋設する際には、鋼管の外周に腐食を防止するための塗覆膜が設けられている塗覆鋼管を用いることがある。例えばポリプロピレンやポリエチレンなどの樹脂系の材料で鋼管の周囲を塗覆することで、外部からの湿気によって鋼管が腐食することを防止している。
このような塗覆鋼管が地下に埋設されている場合、当該埋設された塗覆鋼管（埋設配管）を管理維持している者が工事する場合は、埋設場所が明らかであるため問題となりにくいが、他の者が工事するいわゆる他工事によって埋設配管が損傷される恐れがある。

これは、埋設配管の埋設場所が道路に沿った位置であることが多く、比較的近くに複数の埋設配管が並列に埋設されるケースが多いからである。
このような埋設配管を工事する際には、事前に配管埋設位置の確認を行い、工事によって埋設配管を損傷しないように十分留意するのが通例である。しかしながら、埋設配管を損傷しないように注意をするのは、実際には工事車両を運転するオペレータに委ねられることとなり、操作を誤って目的以外の部分を掘削した結果、既設埋設配管を損傷してしまう心配がある。

このような埋設配管が損傷した場合の補修方法については、例えば非特許文献１に開示されている補修方法がある。
非特許文献１に記載の配管補修方法には、図８（Ａ）に示すような肉盛溶接工法及び同じく（Ｂ）に示すような溶接スリーブ工法と呼ばれる方法がある。
すなわち、肉盛溶接工法は、図８（Ａ）に示すように、鋼管１１が損傷を受けて肉厚が一部薄くなった損傷部分１４に肉盛溶接をして肉盛溶接部７０を設けることで、この肉盛溶接部７０により肉厚を回復するものである。

また、溶接スリーブ工法は、図８（Ｂ）に示すように、鋼管１１の損傷部分１４に、鋼管１１の外半径と同一の半径を有する半円形のスリーブ８０を鋼管１１に被せて、スリーブ８０の軸方向の端部と鋼管１１の外周面、及びスリーブ８０の継ぎ合わせ部を溶接してすみ肉溶接部７１、７２を設けて損傷部分１４を補修するものである。

また、非特許文献１には記載されていないが、図８（Ｃ）に示すように、損傷部分１４（図略）にパッチ８１を当ててその周囲を溶接してすみ肉溶接部７１、７２を設けて補修する方法も行われている。
これらの補修方法は軽微な腐食、損傷等により、埋設配管に深い減肉が生じた場合に、当該部の埋設配管を取り替えることなく恒久修理を行うものである。このような方法によって塗覆鋼管も修理可能である。

また、配管のピンホールや腐食割れした部分の漏水補修に用いるためのクランプ（例えば、ショーボンドカップリング株式会社製のストラブ・クランプ）が市販されている。このクランプは配管の直径に合うようにプレス成型により半円形に複雑に成形したベルトの一端をヒンジ結合し、他端同士をネジ部材で結合して配管に被せるようにしたものである。

社団法人日本ガス協会 ガス工作物等技術基準調査委員会、「高圧導管指針 JGA指-204-06」、375p〜379p

しかし、上記のような従来技術には以下に記載するような問題点があった。
すなわち、従来行われてきた肉盛溶接工法や溶接スリーブ工法は、埋設配管を補修するにあたり溶接を行うため、溶接火花のガスへの引火を防止する必要から、可能な限り埋設配管内のガス圧を減圧する、あるいはガスの供給を遮断して行う必要がある。
特に高圧ガスを流す基幹埋設配管に用いられる塗覆鋼管の補修においては、ガス漏れが発生すると大きな事故を引き起こすおそれがあるため、慎重に補修が行われる必要がある。（上記非特許文献１ではガス供給を継続しながら上記工法を行うとしているが、実際には安全上、ガスを減圧あるいは遮断して行われる。）
また、溶接によって埋設鋼管を補修する場合には、溶接に必要な熱を確保する必要があるが、ガス配管内に高圧ガスが流れている影響で、入力した熱が急速に奪われてしまい、溶接不良がおこりやすいという問題もある。

さらに、肉盛溶接工法や溶接スリーブ工法で配管を補修した場合、溶接部分の強度が低下するおそれがある。出願人が行った配管に荷重を加えての高圧ガス導管耐震設計指針に基づく実験によれば、補修部分の前後で座屈が生じることが判明している。
基幹である高圧ガス配管に用いられる鋼管に、このような座屈が生じてガス漏れが発生した場合には大きな事故を引き起こすおそれがあり、ライフラインを遮断することにもなりかねないので、耐震性を考慮したる鋼管の補修方法が求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、溶接によらず補修後に耐震性を低下させない鋼管の補修方法を提供することを目的としたものである。

上記の問題を解決するために請求項１に記載の鋼管の補修方法は、鋼管が損傷して減肉部が形成された際に、前記減肉部が形成された前記鋼管の損傷部分を補修する鋼管の補修方法において、前記減肉部に弾性充填材を充填し、前記損傷部分に熱収縮チューブを被せて加熱することで、前記損傷部分に前記熱収縮チューブが密着して前記鋼管の外周を被覆し、前記熱収縮チューブの外周を、金属製のケーシングと、該ケーシングの内周に設けられた弾性体スリーブとを備えたクランプで覆い、前記クランプを前記損傷部分に固定することで、前記鋼管の前記損傷部分を補修し、前記弾性充填材、前記熱収縮チューブ、及び前記弾性体スリーブによって前記減肉部に生じる変形を吸収して前記ケーシングの変形を抑え、前記鋼管の耐震性を損なわないこと、を特徴とする。

よって、減肉部の外周部を弾性充填材と熱収縮チューブ及び弾性体スリーブの三重の弾性体で被覆し、その外周をクランプの金属製のケーシングで補強しながら覆うので、溶接を一切使わずに補修するため安全であり、ガスの減圧や遮断をする必要がない。
また、地震等で鋼管に外力が作用して減肉部に変形が生じた場合でも、その変形を前記弾性体で吸収し、ケーシングの変形を極力抑えて、鋼管の座屈をコントロール可能にした補修をすることができ、補修後に耐震性を低下させない。

また、請求項２に記載の鋼管の補修方法は、請求項１に記載された鋼管の補修方法において、前記クランプの前記ケーシングが、平板から円筒状に形成されたものであり、その円周方向の両端部に各々鍔部を有し、両鍔部を軸方向に並べた複数のネジ部材により締め付けることにより、前記損傷部分の外周を補強しつつ覆うことを特徴とする。
よって、ケーシングを複雑にプレス成型する必要がなく、安価に製造できるとともに、大径の埋設配管の補修に容易に適用できる。

また、請求項３に記載の鋼管の補修方法は、請求項１に記載された鋼管の補修方法において、前記ケーシングの厚みが１０ｍｍで、前記弾性体スリーブの厚みが５ｍｍであることを特徴とする。
よって、ケーシングの厚みが１０ｍｍより薄いと前記減肉部の変形により、ケーシングが押圧されてケーシングが外側に膨らむ変形を起こし、その結果、減肉部が外側に座屈する。また、ケーシングの厚みが１０ｍｍより厚いとケーシングの剛性が高すぎて、前記減肉部の変形が内側に座屈して、大きく変形する。ケーシングの厚みが１０ｍｍの場合は、減肉部が適度に波打つように鋼管の座屈をコントロールし、かつケーシングも変形させずに補修し、かつ耐震補強することができる。

上記構成を備える鋼管の補修方法の作用効果について説明する。
（１）本発明の鋼管の補修方法は、溶接を一切使用しないので、ガスを通常の圧力で供給しながら補修が可能であり、地域住民へ不便を掛けることなく補修及び耐震補強が可能となる。
（２）減肉部分の大きさに応じたケーシングを容易に調達できるので、補修期間の短縮を図ることができ、工事期間を短縮して安価に補修することができる。
（３）減肉部の変形を前記三重の弾性体で適度に抑えるので、減肉部の座屈をコントロールしながら補修及び耐震補強が可能となる。

次に、本発明に係る鋼管の補修方法の一の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態の鋼管の補修方法は、ガス管の直径６００ｍｍの基幹導管に適用されたものである。
ここで、図１は、基幹導管の補修部分を示した側面図である。図２は、そのII−II線に沿う断面図であり、図３は、そのIII−III線に沿う断面図である。

鋼管の補修方法の補修部分の構成について説明する。本実施の形態の塗覆鋼管１０は、図１、図２に示すように、鋼管１１とその外表面に塗覆された塗覆膜１２とを備えている。 鋼管１１は、直径６００ｍｍ、管厚１０．３ｍｍの基幹導管に用いられるものであり、塗覆膜１２は、例えばポリプロピレンやポリエチレン等の合成樹脂を鋼管に塗布して膜状にしたもので、前述したように地下に埋設された鋼管１１が腐食しないように加工されたものである。
そして、損傷部分１４の減肉部１３や補修部分１の実施例として、図４に示すように、本発明の鋼管の補修方法を確認するための実験に使用したもので説明する。

損傷部分１４は、他工事による重機がぶつかって塗覆膜１２が部分的に破れ、鋼管１１がえぐられて管厚が薄くなって減肉部１３が発生したことを想定したものである。減肉部１３の大きさは、周方向長×軸方向長が３００ｍｍ×３００ｍｍ、深さ約４ｍｍ（減肉率４０％）に設定されている。この減肉部１３にシリコン系の弾性充填材２０が充填されて、その外周表面が鋼管１１の外周表面と略同一面となっている。

この損傷部分１４を補修する補修部分１は、図２の断面図に示すように、塗覆膜１２が一部剥離されて、損傷部分１４を覆う熱収縮チューブ３０と、この熱収縮チューブ３０の外周を覆うクランプ５０とを備えている。
熱収縮チューブ３０は、損傷部分１４の軸方向両側の塗覆膜１２に重合する軸方向の長さを有するもので、損傷部分１４に被せ、外側から加熱することで、一旦軟化しその後、自然冷却により収縮しながら硬化し、損傷部分１４に密着して鋼管１１の外周を被覆するものである。
したがって、塗覆膜１２が剥離された部分は凹部となり、塗覆膜１２と重合する部分はこの塗覆膜１２の厚さ分だけ外側に突出する。

クランプ５０は、金属製のケーシング５１と、該ケーシング５１の内周に設けられた弾性体スリーブ４０とを備えている。
ケーシング５１は、軸方向の長さが熱収縮チューブ３０より短く、塗覆膜１２に重合する長さを有するステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）製で、図３に示すように、この第１実施例では板厚１０ｍｍの平板を損傷部分１４に巻き付けるもので、その周方向の両端部に設けたフランジ部５２、５２を対向させてボルト、ナット等のネジ部材５３により締め付けることにより、損傷部分１４に固定されるものである。
弾性体スリーブ４０は、ケーシング５１と略同一の軸方向の長さを有し、その外周がケーシング５１により抑えられているため、塗覆膜１２が剥離された凹部に入り込んで厚くなり、塗覆膜１２と重合する部分で薄くなるような柔らかな（硬度９０）ゴム（ＮＢＲ）製で、自由時の厚さが５ｍｍのもので構成されている。

以上のように構成された第１の実施の形態の補修部分１の作用を、上記の試験結果を用いて説明する。高圧ガス導管耐震設計指針に基づき、図４に示すように、損傷部分１４を補修部分１で補修した塗覆鋼管１０を上部より圧縮荷重を付加できる試験装置に立設し、塗覆鋼管１０内部に２ＭＰａの水圧を加えるとともに、上方より±０．５０％歪み×５サイクルの負荷をかける。

その結果、図５（Ａ）に示す負荷前の補修部分１の断面に対して、図５（Ｂ）に示すように、減肉部１３が外側に適度に変形し、その後、減肉部１３の中央部だけ内側に変形し、結果として外側にも内側にも座屈せずに波形に変形して、その変形を前記三層の弾性体が吸収して厚さ１０ｍｍのケーシング５１も変形せずに補修されていることが判る。したがって、塗覆鋼管１０に座屈は発生していない。すなわち、この補修が耐震補強となる。
そして、このときの最大圧縮荷重は、１サイクル目が８７５３ｋＮで、５サイクル目が８０２０ｋＮであり、その低下率が８．４％であった。

比較試験として、第２の実施の形態として、ケーシング５１の板厚を５ｍｍにしたもので他は同一条件として試験した結果、図６（Ａ）に示す負荷前の補修部分１の断面に対して、図６（Ｂ）に示すように、内圧に押されて減肉部１３が外側に膨出し、それを押さえきれずにケーシング５１が外側に膨らみ変形して座屈した。このときの最大圧縮荷重は１サイクル目が７６６６ｋＮで、５サイクル目が６８６８ｋＮであり、低下率が１０．４％となり、実施例１より低下率が増加した。これはケーシング５１の板厚が薄くて内圧に耐えきれずに変形したため、耐震補強としては実施例１より不十分となった。

つぎに、第３の実施の形態として、ケーシング５１の板厚を２０ｍｍにしたものをシミュレーションしてみると、図７（Ａ）に示す負荷前の補修部分１の断面に対して、図７（Ｂ）に示すように、ケーシング５１の板厚が厚いため剛性が高すぎて、鋼管１１が外側に変形できないため減肉部１３が管内部に折れ曲がって座屈することが予想される。従ってこの場合も当然低下率が増加することが想定され、耐震補強にはふさわしくない。

以上説明したように、本発明の鋼管の補修方法によれば、鋼管が損傷して減肉部が形成された際に、減肉部が形成された鋼管の損傷部分を補修する鋼管の補修方法において、減肉部に弾性充填材を充填し、損傷部分に熱収縮チューブを被せて加熱することで、損傷部分に熱収縮チューブが密着して鋼管の外周を被覆し、熱収縮チューブの外周を、金属製のケーシングと、該ケーシングの内周に設けられた弾性体スリーブとを備えたクランプで覆い、クランプを損傷部分に固定することで、鋼管の損傷部分を補修することを特徴とするので、減肉部の外周部を弾性充填材と熱収縮チューブ及び弾性体スリーブの三重の弾性体で被覆し、その外周をクランプの金属製のケーシングで補強しながら覆うので、溶接を一切使わずに補修するため安全であり、ガスの減圧や遮断をする必要がない。また、地震等で鋼管に外力が作用して減肉部に変形が生じた場合でも、その変形を前記弾性体で吸収し、ケーシングの変形を極力抑えて、鋼管の座屈をコントロール可能にした補修をすることができる。

また、クランプのケーシングが、平板から円筒状に形成されたものであり、その円周方向の両端部に各々鍔部を有し、両鍔部を軸方向に並べた複数のネジ部材により締め付けることにより、損傷部分の外周を補強しつつ覆うことを特徴とするので、ケーシングを複雑にプレス成型する必要がなく、安価に製造できるとともに、大径の埋設配管の補修に容易に適用できる。
さらに、ケーシングの厚みが１０ｍｍで、弾性体スリーブの厚みが５ｍｍであることを特徴とするため、減肉部が適度に波打つように鋼管の座屈をコントロールし、かつケーシングも変形させずに補修でき、かつ耐震補強することができる。
すなわち、上記試験でも明らかなように、ケーシングの厚みが５ｍｍの場合の１サイクル目の最大圧縮荷重が７６６６ｋＮであるのに対して、ケーシングの厚みが１０ｍｍの場合の１サイクル目の最大圧縮荷重は８７５３ｋＮであり、強度が約１４％も増加し、５サイクル目でも１６．８％増加し、十分耐震補強となることができる。

なお、本発明は前記実施の形態のものに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では、鋼管１１に塗覆膜１２を施した塗覆鋼管１０で説明したが、これに限られず、単なる鋼管に適用することも可能である。

本発明の第一の実施の形態に係る基幹導管の補修部分を示した側面図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 図１のIII−III線に沿う断面図である。 本発明の第一の実施の形態に係る基幹導管の試験状況を示す側面図である。 本発明の第一の実施の形態に係る基幹導管の試験状況を示す断面図で、（Ａ）は試験前、（Ｂ）は試験後の状況を示す。 本発明の第二の実施の形態に係る基幹導管の試験状況を示す断面図で、（Ａ）は試験前、（Ｂ）は試験後の状況を示す。 本発明の第三の実施の形態に係る基幹導管の試験状況を示す断面図で、（Ａ）は試験前、（Ｂ）は試験後の状況を示す。 従来の補修方法を示す概略図で、（Ａ）は非特許文献１の高圧導管指針に掲載された肉盛溶接工法を示し、（Ｂ）は溶接スリーブ工法を示し、（Ｃ）は非掲載のパッチ当て溶接工法を示す。

符号の説明

１ 補修部分
１０ 塗覆鋼管
１１ 鋼管
１２ 塗覆膜
１３ 減肉部
１４ 損傷部分
２０ 弾性充填材
３０ 熱収縮チューブ
４０ 弾性体スリーブ
５０ クランプ
５１ ケーシング
５２ フランジ部
５３ ネジ部材
７０ 肉盛溶接部
７１、７２ すみ肉溶接部
８０ スリーブ

Claims (3)

1. 鋼管が損傷して減肉部が形成された際に、前記減肉部が形成された前記鋼管の損傷部分を補修する鋼管の補修方法において、
   前記減肉部に弾性充填材を充填し、
   前記損傷部分に熱収縮チューブを被せて加熱することで、前記損傷部分に前記熱収縮チューブが密着して前記鋼管の外周を被覆し、
   前記熱収縮チューブの外周を、金属製のケーシングと、該ケーシングの内周に設けられた弾性体スリーブとを備えたクランプで覆い、
   前記クランプを前記損傷部分に固定することで、
   前記鋼管の前記損傷部分を補修し、前記弾性充填材、前記熱収縮チューブ、及び前記弾性体スリーブによって前記減肉部に生じる変形を吸収して前記ケーシングの変形を抑え、前記鋼管の耐震性を損なわないこと、を特徴とする鋼管の補修方法。
2. 請求項１に記載された鋼管の補修方法において、
   前記クランプの前記ケーシングが、平板から円筒状に形成されたものであり、その円周方向の両端部に各々鍔部を有し、両鍔部を軸方向に並べた複数のネジ部材により締め付けることにより、前記損傷部分の外周を補強しつつ覆うことを特徴とする鋼管の補修方法。
3. 請求項１に記載された鋼管の補修方法において、
   前記ケーシングの厚みが１０ｍｍで、前記弾性体スリーブの厚みが５ｍｍであることを特徴とする鋼管の補修方法。

Images