(57)【要約】【課題】大口径・薄肉の巻込鋼管であっても、軸方向全長にわたって跳ね出し代を小さくすることにより、ハラミが生じることを防止した、製作的にも施工的にも優れた巻込鋼管を提供する。【解決手段】鋼板を管状に形成した、周方向両端部が未接合の管状体１０に径方向の圧縮力を作用させて該管状体の周方向一端１０Ａを他端１０Ｂの内側に巻き込んで、該他端までが重なった重ね代が形成された縮管状態の管状体からなる巻込鋼管１において、前記縮管状態の管状体の外周に、１本の線状体２２を螺旋状に巻き付け、該線状体の両端部を対応する前記縮管状態の管状体の軸方向両端部にそれぞれ固定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を管状に形成した、周方向両端部が未接合の管状体に径方向の圧縮力を作用させて該管状体の周方向一端を他端の内側に巻き込んで、該他端までが重なった重ね代が形成された縮管状態の管状体からなる巻込鋼管において、
前記縮管状態の管状体の外周に、１本の線状体を螺旋状に巻き付け、該線状体の両端部を対応する前記縮管状態の管状体の軸方向両端部にそれぞれ固定したことを特徴とする巻込鋼管。
【請求項２】
前記管状体の外側に延びる前記周方向他端に沿った外面には、少なくとも軸方向中心部に前記線状体を案内する貫通孔を有するガイドピースが固定され、該ガイドピースを介して前記線状体が互いに逆方向に巻き付けられていることを特徴とする請求項１に記載の巻込鋼管。
【請求項３】
前記ガイドピースが、前記周方向他端に沿った、前記重ね代の軸方向両端部の外面にそれぞれガイドピースが固定され、これら両ガイドピースに前記線状体の対応する両端部がそれぞれ係止固定され、且つ、
前記重ね代の軸方向両端部がそれぞれ挟持部材で挟持されていることを特徴とする請求項２に記載の巻込鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻込鋼管に係り、特に既設管に対するＰＩＰ（パイプインパイプ）工法に用いる新管の大口径化・薄肉化に有効に対応することができる巻込鋼管に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道管の更新工法の一つであるＰＩＰ工法は、近年、市街地における掘削工事が困難であることから、非開削によって既に地中に埋設されている老朽化した既設管内に新管を布設する工法として知られている。この工法に普通鋼管を用いる場合には、既設管に対してその内部に隙間量５０ｍｍ程度で布設することができることから、通水断面を十分に確保することができる。
【０００３】
また、このＰＩＰ工法には、巻込鋼管を用いることも行われている。このようなＰＩＰ工法に用いる巻込鋼管については、例えば特許文献１に、鋼板をベンディングロールにより拡管時の曲率半径より小さい曲率半径で且つ曲率半径を順次変化させて所定の重ね代を有する巻込鋼管を製作する技術が開示されている。
【０００４】
また特許文献２には、拡管作業を容易にするために、鋼板を折り曲げて形成した端縁部未接合の略円筒状の管体材料の外周にワイヤロープを巻き付け、該ワイヤロープの少なくとも一端を牽引してワイヤロープにより前記管体材料外径に緊縮力を作用させ、管体材料の一方の端縁部を管体材料鋼板内面に巻き込むことにより、塑性曲げを起こすことなく弾性曲げによる自然な状態の巻き込みが行われるようにして巻込鋼管を製作する技術が開示されている。
【０００５】
また特許文献３には、巻込鋼管の縮管後の外径に略対応した狭幅の保持部を備えた縮管治具を配置し、該縮管治具の上方に巻込鋼管を配置した後、前記縮管治具の上方から保持部に巻込鋼管を順次落とし込むことにより、自重により縮管して巻込鋼管を容易に製作することができるとした技術が開示されている。
【０００６】
このようなＰＩＰ工法に用いる巻込鋼管は、製管時に周方向両端部に対する軸方向の溶接を行わず、一端部を他端部に対して周方向に巻き込むようにしていることにより管の口径を小さくすることができる。その結果、一般的に、既設管の曲がり部を通過させる通過管長は、通常の鋼管（普通鋼管）に比べて巻込鋼管の方が長くできるため、既設管内で溶接により布設長さを延長する作業を少なくすることができ、布設のための施工日数を短縮することができる。また、口径を小さくして既設管内へ搬入できるため、搬入作業を通常の鋼管よりもスムーズに行うことができるほか、拡管後に周方向両端部を軸方向に溶接して管を完成させると、既設管に対して隙間量２０ｍｍ程度で新管を布設できることから、普通鋼管に比べて既設管の通水断面により近づけることができるという利点もある。
【０００７】
更に特許文献４には、鋼板を管状に形成した、周方向両端部が未接合の管状体の外周囲に、軸方向の複数箇所でそれぞれ巻き付けた線状体を牽引して前記管状体に径方向の圧縮力を作用させて該管状体の周方向一端を他端の内側に巻き込む巻込装置を、それぞれ対応する位置に設置し、各巻込装置を使用して巻込作業を自動的に行って巻込鋼管を製作する技術が開示されている。
【０００８】
図１には、以上のような方法で製作される巻込鋼管の一例を示すように、通常、縮管状態の管状体１０の巻込端部１０Ａを内周面の所定位置に固定治具で固定して製作される巻込鋼管１には、管部の外側に重ね代Ｗが存在するため、外周面から周方向先端部１０Ｂまでの距離である跳ね出し代Ｈが生じる。
【０００９】
この跳ね出し代Ｈは、例えば１５０ｍｍ以下であれば巻込鋼管１の製作上も施工上も特に問題にならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６２−１４４８２０号公報
【特許文献２】特開昭６１−２４９６２３号公報
【特許文献３】特開２００２−１７４３６２号公報
【特許文献４】特開２０１２−２２８７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら近年、巻込鋼管は大口径化、管厚の薄肉化が進み、それに伴って跳ね出し代Ｈが大きくなる傾向にあり、例えば３００ｍｍを超えるものも多くなり、製作的にも施工的にも無視できなくなってきた。
【００１２】
そこで、軸方向両端部の重ね代をコ字形状の挟持部材からなるコ型クリップで挟み付けて跳ね出し代Ｈを小さくする対策も採られているが、コ型クリップでは軸方向の挟む範囲が限られているため、軸中央部までは抑えることができず、該軸方向中央部に近づく程跳ね出し代Ｈが大きく残って膨らんだ形状のハラミが生じることから、依然として製作的にも施工的にも問題がある。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、大口径・薄肉の巻込鋼管であっても、軸方向全長にわたって跳ね出し代を小さくすることにより、ハラミが生じることを防止した、製作的にも施工的にも優れた巻込鋼管を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、鋼板を管状に形成した、周方向両端部が未接合の管状体に径方向の圧縮力を作用させて該管状体の周方向一端を他端の内側に巻き込んで、該他端までが重なった重ね代が形成された縮管状態の管状体からなる巻込鋼管において、前記縮管状態の管状体の外周に、１本の線状体を螺旋状に巻き付け、該線状体の両端部を対応する前記縮管状態の管状体の軸方向両端部にそれぞれ固定することにより、前記課題を解決したものである。
【００１５】
また、本発明は、前記管状体の外側に延びる前記周方向他端に沿った外面には、少なくとも軸方向中心部に前記線状体を案内する貫通孔を有するガイドピースが固定され、該ガイドピースを介して前記線状体が互いに逆方向に巻き付けられていることができる。
【００１６】
その際、前記ガイドピースが、前記周方向他端に沿った、前記重ね代の軸方向両端部の外面にそれぞれガイドピースが固定され、これら両ガイドピースに前記線状体の対応する両端部がそれぞれ係止固定され、且つ、前記重ね代の軸方向両端部がそれぞれ挟持部材で挟持されることもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、管状体の軸方向全長にわたる外周に線状体を螺旋状に巻き付けて巻込鋼管を製作するようにしたので、跳ね出し代を全長にわたって押さえ付けて小さくすることができることにより、ハラミが生じることも有効に防止できるため、製作的にも施工的にも優れた巻込鋼管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の巻込鋼管の特徴を示す側面図
【図２】巻込鋼管の製作に使用する巻込鋼管製作装置の概要を示す側面図
【図３】前記巻込鋼管製作装置の概要を示す正面図
【図４】本発明に係る第１実施形態の巻込鋼管を製作する手順を模式的に示す斜視図
【図５】本発明に係る第２実施形態の巻込鋼管を模式的に示す正面図及び側面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、前記図１に示した巻込鋼管と共通する部分には同一の符号を使用する。
【００２０】
本発明に係る第１実施形態の巻込鋼管は、前記特許文献４により提案されている巻込鋼管製作装置を用いて製作することができる。そこで便宜上、この巻込鋼管製作装置について最初に説明する。
【００２１】
図２は、本実施形態に適用される巻込鋼管製作装置の概要を示す側面図、図３は同じく正面図である。
【００２２】
この巻込鋼管製作装置は、巻込鋼管を製作するためにその前段の管状体１０を載置するためのベース部１２と、該ベース部１２の一端部に立接された垂直フレーム部１４とを骨格とする、第１、第２、第３の各台車１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを備えている。
【００２３】
第１台車１６Ａと第２台車１６Ｂの中間位置と、第２台車１６Ｂと第３台車１６Ｃの中間位置には、管状体１０の軸方向２箇所の外周部を下方から回転可能に支持するローラ（支持ローラと称する）１９Ａ、１９Ｂをそれぞれ主体として構成されている２つの管受台１８Ａ、１８Ｂが周方向に対向配置されているとともに、これら２つの管受台１８Ａ、１８Ｂは対向間隔が、支持する管状体１０の口径に合わせて変更可能になっている。
【００２４】
このように、軸方向２箇所に対向配置された管受台１８Ａ、１８Ｂにより支持された管状体１０は、一端が固定部２０に固定されたワイヤロープ（線状体）２２が、対向配置された２つのガイドローラ２４Ａ、２４Ｂによりガイドされて外周囲に巻き付けられ、他端が変向ローラ２６により上方に変向された補助具２６Ａを介してチェーンブロック２８の下端部に連結されている。
【００２５】
このチェーンブロック２８の上方には、モータ（明示せず）を備えたホイスト３０が前記垂直フレーム部１４に固定され、該ホイスト３０によりチェーン２８Ａを巻き上げることにより、前記ワイヤロープ２２を牽引し、前記管状体１０に径方向の圧縮力を作用させることが可能になっている。
【００２６】
本実施形態では、前記ホイスト３０とチェーンブロック２８とを含んで巻込装置が構成されており、同様の構成からなるチェーンブロック２８とホイスト３０は、各台車１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ毎に１組ずつ設置され、前記管状体１０を軸方向の３箇所でワイヤロープ２２を同時に牽引できるようになっている。
【００２７】
また、前記各台車１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃは、管状体１０の軸方向に移動可能で、管長に応じて管状体１０に対するワイヤロープ２２の巻付位置を適切な間隔に変更可能になっている。
【００２８】
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態の巻込鋼管を製作する手順を模式的に示す斜視図である。
【００２９】
図４（Ａ）には予め所定の曲率半径に縮管された管状体１０が、図２に示した装置本体の左右２箇所の管受台１８により、前記管状体１０の軸方向２箇所の外周面が支持され、所定位置に載置された状態を示してある。
【００３０】
この管状体１０には、周方向先端部１０Ｂの軸方向に沿った外周面の複数（５）箇所にガイドピース２３Ａ〜２３Ｄが、例えば溶接により固定されており、図４（Ｂ）に示すように、該ガイドピース２３に形成されている周方向の貫通孔に１本のワイヤロープ２２を、軸方向一端部から他端部までの該管状体１０の外周囲に螺旋状に巻き付けるようにし、該ワイヤロープ２２の両端部をそれぞれ前記チェーンブロック２８に引っ掛ける。
【００３１】
ここでは、軸方向中心部に固定されているガイドピース２３Ｃを介して、前記ワイヤロープ２２は互いに逆方向に巻かれている。
【００３２】
本実施形態の巻込鋼管の製作に際しては、前記図４（Ｂ）に示した管状体１０に螺旋状に巻き付けられているワイヤロープ２２の両端部を第１台車１６Ａと第３台車１６Ｃの各ホイスト３０Ａ、３０Ｃにより牽引し、同図（Ｃ）に示した矢印方向に張力を付与しながら目標の曲率半径に縮管する。
【００３３】
この目標の曲率半径は、周方向両端部を突き合せた真円の管状体の半径がＲであるとした場合、従来は経験的に、例えば０．９４４Ｒとすることができたが、鋼管が大口径化・薄肉化していることから、従来と同様の曲率半径で縮管したのでは、設計した最大外径Ｍよりも曲率半径が大きいので跳ね出し代が収まりきらず、跳ね出し代が大きくなってしまう問題が生じている。
【００３４】
そこで本実施形態では、目標の曲率半径を塑性変形が生じない範囲で最小値とするために、目標の曲率半径をＦＥＭ（有限要素法）解析により求め、その曲率半径を新目標値に設定する。この新目標値の曲率半径は、０．７７０〜０．９４４Ｒであった。
【００３５】
前記図４（Ｃ）に示したように、第１台車１６Ａと第３台車１６Ｃの各ホイスト３０Ａ、３０Ｃによりワイヤロープ２２を牽引して目標の曲率半径の寸法まで張力を加えて縮管された管状体１０にした後、その軸方向両端部の重ね代Ｗをコ型クリップ３２により挟持する。
【００３６】
以上のように、目標の曲率半径まで管状体１０を縮管した後、ワイヤロープ２２の両端部までの所定長さ位置に、予め二股にして連結されているフック（明示せず）を対応するガイドピース２３Ａ、２３Ｅにそれぞれ係止して取り付けた後、ワイヤロープ２２に対する張力を解除して巻込鋼管１の製作を終了する。なお、軸方向両端部にそれぞれ装着されているコ型クリップ３２はワイヤロープ２２による張力を保持するために残しておく。
【００３７】
以上詳述した本実施形態によれば、前記管状体１０を図４（Ｂ）に示したワイヤロープ２２に巻き付けられた状態にした後、該ワイヤロープ２２の両端部を同図（Ｃ）に示した矢印方向にそれぞれ牽引して張力を付加することにより、縮管とワイヤロープの巻き付けとを同時に実現することができる。
【００３８】
また、本実施形態の巻込鋼管１は、既設管内に布設した後、軸方向両端部に固定されているワイヤロープ２２の両端部を外すことにより拡管することができるため、容易に次の作業に移ることができる。
【００３９】
図５（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施形態の巻込鋼管を模式的に示す正面図及び側面図である。
【００４０】
本実施形態の巻込鋼管は、前記第１実施形態とは異なり、周方向先端部１０Ｂとは反対側の軸方向中心部の外周面に１つのガイドピース２３が固定され、該ガイドピース２３の貫通孔を通るように１本のワイヤロープ２２が等間隔で同方向の螺旋状に巻き付けられ、その両端部は軸方向両端部に取り付けられているコ型クリップ３２に明示しないフックを係止して固定されている。
【００４１】
この場合、コ型クリップの取付強度を確保する必要はあるが、同様に跳ね出し代を小さく抑えることができる。
【００４２】
なお、前記実施形態では、ワイヤロープ２２の両端部の固定の仕方は前記実施例に示したものに限定されず、例えばガイドピース２３は重ね代Ｗの外側面ではなく、必要に応じて周方向先端部１０Ｂ近傍の管部外周面に固定してもよい。
【００４３】
また、ガイドピース２３をワイヤロープ２２の固定部材として利用することは設計上合理的ではあるが、専用の固定部材を設置してもよい。
【００４４】
また、ワイヤロープの安全性が確認できれば、固定金具１１を削除してもよく、これは最終的に除去する必要があるため、現場での施工性を非常に悪くするので削除できると施工性を向上することができる。
【００４５】
また、線状体がワイヤロープである場合を説明したが、同様の用途に用いられるものであれば任意であり、例えばナイロンストリング等であってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０…管状体
１２…ベース部
１４…垂直フレーム部
１６（Ａ、Ｂ、Ｃ）…台車
１８（Ａ、Ｂ）…管受台
１９（Ａ、Ｂ）…支持ローラ
２０…固定部
２２…ワイヤロープ（線状体）
２３…ガイドピース
２４（Ａ、Ｂ）…ガイドローラ
２６…変向ローラ
２８…チェーンブロック
３０（Ａ、Ｂ、Ｃ）…ホイスト
３２…コ型クリップ（挟持部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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