JP7036614B2

JP7036614B2 - 管路の埋設構造及び埋設方法

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Publication number: JP7036614B2
Application number: JP2018023601A
Authority: JP
Inventors: 俊司東; 臨中村
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2018-02-13
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2038-02-13
Also published as: JP2019138408A

Description

本発明は、管路の埋設構造及び埋設方法に関する。

水道管などの圧力管は、曲管と直管とを組み合わせることで構成されているが、地震などの強い力を受けると、曲管部分にスラスト力が作用し、曲管が、その両側に接続された直管から抜け出るおそれがある。これにより、管内の水が漏れ、甚大な被害が発生することがある。特に、地震に伴う液状化現象が生じると、そのような被害が拡大するおそれがある。

これに対して、曲管にスラスト力が作用した場合でも、曲管が抜け出ないような種々の管路構造が提案されている。例えば、特許文献１には、網目状またはシート状の面状補強材で、曲管の周囲の土質材料を囲み、曲管の周囲を強化した構造が提案されている。

特許第４４８８７２４号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、特別な面状補強材が必要であるため、コストが高くなり、また免状補強材を設置するために施工に時間を要するという問題もある。本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、低コストで施工することができる管路の埋設構造及び埋設方法を提供することを目的する。

本発明は、地中に埋設される管路の埋設構造であって、曲管を含む曲管ユニットと、前記曲管ユニットの両端部に連結される、一対の連結ユニットと、前記連結ユニットの両端部に連結され、少なくとも一つの直管を含む、一対の直管ユニットと、前記地中で前記曲管ユニットの周囲に充填される第１充填材と、前記地中で前記連結ユニットの周囲に充填される第２充填材と、を備え、前記地中で前記直管ユニットの周囲には、第１充填材または第２充填材が充填され、前記第１充填材は、前記各ユニットを前記地中に固定する材料で構成され、前記第２充填材は、前記各ユニットの前記地中での移動を許容する材料で構成されている。

上記管路の埋設構造において、前記連結ユニットは、少なくとも一つの直管を含み、当該直管により、前記曲管ユニットと前記直管ユニットを連結することができる。

上記各管路の埋設構造において、前記連結ユニットは、前記曲管ユニットと前記直管ユニットを連結する継手によって構成することができる。

上記各管路の埋設構造において、前記曲管ユニットは、前記曲管と、前記曲管の両側に連結された一対の直管と、を備えることができる。

上記各管路の埋設構造において、前記第１充填材は、流動化処理土及びソイルセメントの少なくとも一方を含むことができる。

上記管路の埋設構造において、前記第２充填材は、砂、砕石、及び前記管路の埋設時に掘り出した土壌の少なくとも一つを含むことができる。

上記管路の埋設構造において、前記第１充填材の単位体積当たりの重量は、１．２～２．１ｔ／ｍ³とすることができる。

本発明に係る管路の埋設方法は、曲管を含む曲管ユニットを準備するステップと、前記曲管ユニットの両端部に連結される、一対の連結ユニットを準備するステップと、前記連結ユニットの両端部に連結され、少なくとも一つの直管を含む、一対の直管ユニットを準備するステップと、前記曲管ユニットを地中に埋設する際に、当該曲管ユニットの周囲に第１充填材を充填するステップと、前記連結ユニットを地中に埋設する際に、当該連結ユニットの周囲に第２充填材を充填するステップと、前記直管ユニットを地中に埋設する際に、当該直管ユニットの周囲に第１充填材または第２充填材を充填するステップと、を備え、前記第１充填材は、前記各ユニットを前記地中に固定する材料で構成され、前記第２充填材は、前記各ユニットの前記地中での移動を許容する材料で構成されている。

上記管路の埋設方法において、前記第１充填材は、流動化処理土及びソイルセメントの少なくとも一方を含むことができる。

上記管路の埋設方法において、前記第２充填材は、砂、砕石、及び前記管路の埋設時に掘り出した土壌の少なくとも一つを含むことができる。

本発明によれば、低コストで施工することができる。

本発明の一実施形態に係る管路の一部（対象管路）を示す平面図である。図１の対象管路分割平面図である。管路を埋設するために地盤に掘削された通路の平面図である。図３の断面図である。管路の埋設を説明する断面図である。図５の平面図である。管路の埋設を説明する断面図である。対象管路にスラスト力が作用した場合の挙動を説明する平面図である。対象管路の他の例を示す平面図である。本発明の実施例に係るモデル図である。本発明の実施例に係るモデル図である。

以下、本発明に係る管路の埋設構造の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態の埋設構造の対象となる管路を示す平面図、図２は図１の分解図である。

＜１．対象管路の概要＞
この管路の埋設構造で用いられる管路は、例えば、水道管などの圧力の作用する流体が通過する圧力管である。そして、本実施形態に係る管路の埋設構造は、管路のうち、曲管を含む部分の埋設構造である。まずは、本実施形態に係る埋設構造に含まれる部分の管路について説明する。以下では、管路のうち、本実施形態に係る埋設構造に含まれる部分を、対象管路１０と称することとする。

図１及び図２に示すように、対象管路１０は、曲管１１を有する曲管ユニット１と、この曲管ユニット１の両端に接続された一対の連結ユニット２と、各連結ユニット２にそれぞれ接続された一対の直管ユニット３と、を備えている。すなわち、曲管ユニット１の両端と各直管ユニット３との間に連結ユニット２がそれぞれ連結されている。また、直管ユニット３には、図示を省略するが、管路の他の部分、つまり直管または他の曲管が接続されている。

曲管ユニット１は、曲管１１と、その両端にそれぞれ連結された一対の第１直管１２と、を備えている。曲管１１は、円筒状に形成され、軸線が一定の曲率半径を有する円弧状に形成された本体部１１１と、その両端に一体的に形成された一対の円筒状の受け口部１１２とを備えている。受け口部１１２の内径は、本体部１１１の内径よりも大きくなっている。

一方、第１直管１２は、円筒状に形成され、軸線が直線状に延びる本体部１２１を備えている。ここでは、本体部１２１の両端部を第１端部及び第２端部と称することとし、第１端部に受け口部１２２が一体的に形成されている。この受け口部１２２の内径は、本体部１２１の内径よりも大きくなっている。また、本体部１２１の第２端部１２１２は、曲管１１の受け口部１１２に挿入可能な大きさとなっている。

そして、曲管１１の受け口部１２１と、第１直管１２の第２端部１２１２とを連結するため、曲管１１の受け口部１２１の内周面には、公知のシールゴム材（図示省略）が取り付けられており、受け口部１２１に挿入された第１直管１２の外周面と受け口部１２１の内周面との間を液密にシールするようになっている。また、第１直管１２の受け口部１２２の内周面にもシールゴム材が取り付けられている。

次に、一対の連結ユニット２について説明する。両連結ユニット２は、同じ構成であり、それぞれ、上述した第１直管１２と同様の構成を有する第２直管２１を備えている。すなわち、第２直管２１は、円筒状の本体部２１１と、その第１端部に一体的に形成された受け口部２１２とを有している。そして、本体部２１１の第２端部２１１２は、第１直管１２の受け口部１２２に挿入され、液密に連結されるようになっている。また、第２直管２１の受け口部２１２の内周面にも、シールゴム材が取り付けられている。

続いて、一対の直管ユニット３について説明する。両直管ユニット３は、同じ構成であり、それぞれ、上述した第１直管１２と同様の構成を有する第３直管３１を備えている。すなわち、第３直管３１は、円筒状の本体部３１１と、その第１端部に一体的に形成された受け口部３１２とを有している。そして、本体部３１１の第２端部３１１２は、第２直管２１の受け口部２１２に挿入され、液密に連結されるようになっている。また、第３直管３１の受け口部３１２の内周面にも、シールゴム材が取り付けられている。そして、第３直管３１の受け口部３１２には、図示を省略する他の直管や曲管が連結される。

以上のように構成された曲管１１、第１～第３直管１２，２１，３１は種々の材料で形成することができるが、例えば、ＦＲＰ管、ＦＲＰＭ管、その他の樹脂材料により形成された管で形成することができる。なお、ＦＲＰ管は、繊維強化プラスチックによって形成された管である。一方、ＦＲＰＭ管は、少なくとも、樹脂モルタル層の内周面および外周面にＦＲＰの内層およびＦＲＰの外層をそれぞれ積層し、これらを一体的に形成した管であるが、層の数は特には限定されない。

＜２．対象管路の埋設方法＞
以上のように構成された対象管路１０は、次のように地中に埋設される。この点について、図３～図４は、対象管路の埋設方法を説明する図である。

まず、図３及び図４に示すように、地盤に対象管路１０を配置するための通路５を掘削する。この通路５は、断面が台形状に形成されており、底面５１の幅が、通路５の上部開口の幅よりも狭くなっている。但し、底面５１の幅は、対象管路１０の外径よりも広くなっている。続いて、この通路５に対象管路１０を配置する。このとき、対象管路１０を通路５の底面５１に直接配置してもよいし、必要に応じて受け台を介して対象管路１０を配置することもできる。また、必要に応じて、公知の浮上防止部材を設けることもできる。これは、次に説明する充填材を通路５に充填する際に、対象管路１０が浮上するのを防止するためである。浮上防止部材としては、例えば、対象管路１０を底面５１または受け台に固定するバンド、対象管路１０を通路５に固定するためのアンカー、あるいは、対象管路１０に取り付けられる重量物などがある。

次に、図５及び図６に示すように、通路５に充填材６、７を充填する。すなわち、対象管路１０と通路５の壁面との間に充填材６，７を充填する。ここでは、２種類の充填材を用いる。すなわち、図３及び図６に示すように、曲管ユニット１が配置されている領域（以下、第１領域１００）、及び直管ユニット３が配置されている領域（第２領域２００）には、第１充填材６を充填する。一方、連結ユニット２が配置されている領域（第３領域３００）には、第２充填材７を充填する。このように、第１または第２充填材６，７を通路５の各領域１００～３００に充填し、対象管路１０の上方を覆うようにする。

第１充填材６は、曲管ユニット１及び直管ユニット３を地中に拘束するためのものであり、例えば、公知の流動化処理土、ソイルセメント、改良砕石（セメントと砕石を混合したもの）、安定液固化体（例えば、ベンナイトを主成分とする安定液にて土や砂が固められたもの）、エアーモルタル、気泡材入りコンクリートなどを用いることができる。なお、流動化処理土は、土砂と水分と固化材とを混合することによって製造される埋戻し材料である。土砂には、砂礫質土などが使用され、固化材にはセメントやセメント系固化材が使用される。また、第１充填材６は、周辺地盤と同等の比重を有することが好ましく、例えば、単位体積当たりの重量が１．２～２．１ｔ／ｍ³であることが好ましい。また、第１充填材６として、コンクリートを用いることもできるが、概ね上記のような範囲の比重に調整されているものであれば、用いることができる。

第２充填材７は、連結ユニット２の地中での移動を許容できるものである。すなわち、連結ユニット２に対して一定以上の拘束力を有さず、例えば、地震などの極端な力が第２直管２１に作用した場合、管周辺の摩擦抵抗力は発生するものの、摩擦抵抗値以上の力に対しては、管自体の移動、管の曲げ、管の連結先の受け口から抜けなどの移動を許容するものである。このような機能を有する第２充填材７としては、例えば、砂、砕石、管路の埋設時に掘り出した土壌などを用いることができる。

続いて、図７に示すように、各充填材６，７の上方を、通路掘削時に掘り出した土壌８で充填し、作業を完了する。なお、対象管路１０は、各ユニット１～３を別個に通路内に配置した後、通路５内で連結することもできる。あるいは、各領域１００～３００ごとに、ユニット１～３を配置して充填材６，７を充填することもできる。例えば、曲管ユニット１を第１領域１００に配置し、第１充填材６を充填した後、第２領域２００に配置した連結ユニット２を接続して第２充填材７を充填する。そして、連結ユニット２に、第３領域３００に配置した直管ユニット３を連結した後、第１充填材６を充填する、といった施工を行うこともできる。なお、第１充填材６、第２充填材７の土被りは、１～２ｍとすることが好ましい。

＜３．特徴＞
以上のように構成された埋設構造では、次のような効果を奏する。例えば、図８に示すように、地震やそれに伴う液状化現象が生じ、曲管ユニット１にスラスト方向の力（径方向外方に向かう力）Ｆが作用した場合、曲管ユニット１は、第１充填材６に拘束されているため、曲管ユニット１が変形するのを防止することができる。例えば、曲管１１の中心角が変化するように曲がるのを防止でき、これによって曲管１１が損傷するのを防止することができる。但し、スラスト力Ｆによって、曲管ユニット１は、第１充填材６とともに移動する。

一方、曲管ユニット１に接続された連結ユニット２の周囲には、第２充填材７が充填されているが、第２充填材７は、連結ユニット２を拘束するものではないため、連結ユニット２は、スラスト力Ｆによって移動する曲管ユニット１に引っ張られて移動する。但し、直管ユニット３は、第１充填材６に拘束されているため、移動しがたく、これによって、連結ユニット２は、曲管ユニット１と直管ユニット３との間で角度を変えるように、曲管ユニット１に引っ張られる。

このとき、連結ユニット２の第２直管２１は、第１直管１２の受け口部１２２から多少抜け出たり、あるいは、第３直管３１が、第２直管２１の受け口部２１２から多少抜け出ることがある。但し、受け口部１２２，２１２に対する挿入代を、長くしておけば、完全に抜け出ることはなく、連結状態は保持されたままになる。

このように、連結ユニット２が第２充填材７に拘束されていないため、曲管ユニット１にスラスト力Ｆが作用した場合には、連結ユニット２の角度が変化することで、スラスト力Ｆを吸収することができ、各ユニット１～３の連結状態を保持することができる。また、上記のように曲管１１が損傷するのを防止することができる。

以上の埋設構造は、公知の曲管及び直管を用いることができ、これらを埋設するための充填材を変えるだけで実現することができるため、低コストで施工することができる。

＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、以下の変形例は、適宜組み合わせることができる。

＜４－１＞
上記実施形態では、曲管ユニット１を、１つの曲管１１と２つの第１直管１２により構成しているが、これに限定されるものではなく、曲管１１のみ、あるいはその両端にそれぞれ２以上の直管を連結したものを曲管ユニット１とすることもできる。また、連結ユニット２は、１つの第２直管２１で構成しているが、複数の直管を連結したものであってもよい。同様に、直管ユニット３も複数の直管で構成することもできる。

＜４－２＞
上述した曲管１１、第１～第３直管１２，２１，３１においては、受け口部はいずれの位置に設けてもよく、隣接する管同士が連結できるように構成されていればよい。例えば、各管において、上記実施形態とは反対側に受け口部を設けたり、両端部に受け口部を設けることもできる。したがって、接続先に受け口部が設けられているのであれば、両端部に受け口部が設けられてない曲管、あるいは直管であってもよい。あるいは、継手によって管同士を接続することもできる。

＜４－３＞
上記実施形態では、直管ユニット３が配置される第２領域２００に第１充填材６を充填しているが、第２領域２００には第２充填材７を充填することもできる。これにより、直管ユニット３も連結ユニット２のように移動可能となるため、曲管ユニット１の移動による力を吸収することができる。

＜４－４＞
上記実施形態では、連結ユニット２として、直管２１を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、図９に示すように、曲管ユニット１と直管ユニット３とを連結する継手２であってもよい。この場合でも、継手２の周囲を第２充填材７で充填すればよい。そして、曲管ユニット１の周囲は第１充填材６を充填し、直管ユニット３の周囲は第１または第２充填材６，７を充填すればよい。なお、連結ユニットが長い場合、例えば、４０００ｍｍを超えるような場合には、移動に際しての生じる曲げを考慮して、軸曲げ強度を強くした直管を採用することが好ましい。例えば、通常の１．５倍～２倍程度の軸曲げ強度を有する直管を採用することができる。なお、通常の４ｍの強化プラスチック複合管の軸曲げ強度は、例えば、以下の通りである。

なお、各充填材６，７を充填する範囲は厳密でなくてもよく、各ユニット１～３間の接続部分付近に、両充填材６，７の境界があればよい。より詳細には、各充填材６，７が充填されている長さは、各ユニット１～３の長さと一致するのが好ましいが、それぞれ１ｍ程度までの誤差は許容される。例えば、第２領域２００が連結ユニット２より短くなっても、あるいは長くなってもよい。また、連結ユニット２の動きを許容しやすくするため、連結ユニット２より第２領域２００が長いほうが好ましい。この観点からすると、先に第２領域２００を第２充填材６で充填し、しっかりと長さを確保した後に、第１充填材６を充填するほうが施工は容易になる。

以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定されない。

まず、本実施例を示す対象管路のモデルとして、図１０に示すようなモデルを作成した。このモデルは、曲管ユニットと連結ユニットとを有し、直管ユニットは省略している。したがって、連結ユニットにおける直管ユニット側の端部は固定されているものとする。その他、以下の通り、条件を設定した。
・曲管ユニットの口径：５００ｍｍ
・曲管ユニットの外径：５２３ｍｍ
・曲管ユニットにおける長さＬ１：３０００ｍｍ
・曲管ユニットにおける角度θ１：４５度
・連結ユニットの口径：５００ｍｍ
・連結ユニットの外径：５２３ｍｍ
・連結ユニットにおける長さＬ２：５０００ｍｍ
・設定水圧：０．２５ＭＰａ
・土被り：１．５ｍ

続いて、図１１に示すように、スラスト力が作用したとして、曲管ユニットがＸ方向に４００ｍｍ移動したとする。このとき、連結ユニットは、移動可能であるため、計算により、３．２４度（θ２）揺動した。また、曲管ユニットからの抜け出し量Ｌ３は、３０６ｍｍであった。

一般的に、連結部分での許容曲げ角度が、４度であるとすると、上述したように、連結ユニットの揺動角度（曲げ角度）は、この許容曲げ角度以下となる。また、抜け出し量は３０６ｍｍであったが、曲管ユニットと接続ユニットとの間で、これよりも大きい挿入代を有する連結構造を有していれば、曲管ユニットと接続ユニットとの連結状態が保持されることが分かった。

したがって、本実施例により、連結ユニットが移動できるように構成されていれば、例えば、連結構造の挿入代を調整することで、曲管ユニットが、スラスト力を受けても、管路が分離するのを防止できることが分かった。

１曲管ユニット
１１曲管
２連結ユニット
２１直管
３直管ユニット
３１直管
６第１充填材
７第２充填材

Claims

地中に埋設される管路の埋設構造であって、
曲管を含む曲管ユニットと、
前記曲管ユニットの両端部に連結される、一対の連結ユニットと、
前記連結ユニットの両端部に連結され、少なくとも一つの直管を含む、一対の直管ユニットと、
前記地中で前記曲管ユニットの周囲に充填される第１充填材と、
前記地中で前記連結ユニットの周囲に充填される第２充填材と、
を備え、
前記地中で前記直管ユニットの周囲には、前記第１充填材が充填され、
前記第１充填材は、前記各ユニットを前記地中に固定する材料で構成され、
前記第２充填材は、前記各ユニットの前記地中での移動を許容する材料で構成されている、管路の埋設構造。
前記連結ユニットは、少なくとも一つの直管を含み、当該直管により、前記曲管ユニットと前記直管ユニットを連結する、請求項１に記載の管路構造。
前記連結ユニットは、前記曲管ユニットと前記直管ユニットを連結する継手によって構成されている、請求項１に記載の管路の埋設構造。
前記曲管ユニットは、前記曲管と、前記曲管の両側に連結された一対の直管と、を備えている、請求項１から３のいずれかに記載の管路の埋設構造。
前記第１充填材は、流動化処理土及びソイルセメントの少なくとも一方を含んでいる、請求項１から４のいずれかに記載の管路の埋設構造。
前記第２充填材は、砂、砕石、及び前記管路の埋設時に掘り出した土壌の少なくとも一つを含んでいる、請求項１から５のいずれかに記載の管路の埋設構造。
前記第１充填材の単位体積当たりの重量は、１．２～２．１ｔ／ｍ³である、請求項１から６のいずれかに記載の管路の埋設構造。
曲管を含む曲管ユニットを準備するステップと、
前記曲管ユニットの両端部に連結される、一対の連結ユニットを準備するステップと、
前記連結ユニットの両端部に連結され、少なくとも一つの直管を含む、一対の直管ユニットを準備するステップと、
前記曲管ユニットを地中に埋設する際に、当該曲管ユニットの周囲に第１充填材を充填するステップと、
前記連結ユニットを地中に埋設する際に、当該連結ユニットの周囲に第２充填材を充填するステップと、
前記直管ユニットを地中に埋設する際に、当該直管ユニットの周囲に前記第１充填材を充填するステップと、
を備え、
前記第１充填材は、前記各ユニットを前記地中に固定する材料で構成され、
前記第２充填材は、前記各ユニットの前記地中での移動を許容する材料で構成されている、管路の埋設方法。
前記第１充填材は、流動化処理土及びソイルセメントの少なくとも一方を含んでいる、請求項８に記載の管路の埋設方法。
前記第２充填材は、砂、砕石、及び前記管路の埋設時に掘り出した土壌の少なくとも一つを含んでいる、請求項８または９に記載の管路の埋設方法。