(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状の曲線パイプを順次接続して接続後は地中に支保工構造体として埋設する曲線ボーリング工法における曲線パイプの接続方法において、前記曲線パイプ相互を鉄系形状記憶合金製円筒継手によって接続するに際し、前記パイプ端部から一定位置の外面円周上に設けた溝と、円筒継手の内面円周上に設けた、前記パイプの溝に対応する２条の溝の、いずれか一方に予めＣ形リングを挿入しておき、円筒継手の両側からパイプを差し込んだ後、該継手を所定温度に加熱して収縮させることにより、高い引抜き強度を接続部に付与することを特徴とするパイプの高強度接続方法。
【請求項２】
パイプの溝及び円筒継手の溝の少なくとも一方の溝底面に、軸方向に延びる平行部を形成することよりなる請求項１記載のパイプの高強度接続方法。
【請求項３】
パイプを差し込む前の円筒継手の内面に、予めシール剤を塗布又は貼付しておくことよりなる請求項１又は２記載のパイプの高強度接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプの高強度接続方法、特に、地中における支保工用構造体として用いられる円弧状の曲線パイプの高強度接続方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
新しいトンネルや地下構造物を構築・建設する際に、土中を掘削し、この掘削済み部分の内壁が土圧によって潰れるのを防止するため、内壁に沿って円弧状の曲線パイプを地中に精度よく埋設する、いわゆる「曲線ボーリング工法」が開発されている（（社）日本建設機械化協会：建設機械化技術・技術審査証明報告書，曲線ボーリング装置（ＴＵＬＩＰ工法），１９９４．８）。この曲線ボーリング工法においては、円弧状パイプを順次接続して最終的に所定長さの円弧状パイプを複数条土中に平行に埋設し、支保工用構造体として使用するものである。
【０００３】
本発明者らは、上記した曲線ボーリング工法に最適なパイプの接続方法として、従来の溶接による接続手段に代わり、段付き加工したパイプを形状記憶合金製継手にて接続し、該継手の収縮力によりパイプ相互を強固に締結しようとする接続手段を開発し、作業性の面でほぼ良好な結果を得ている（特願平８−２１０２５６号）。
【０００４】
しかして、例えば大断面のトンネル用のパイプ支保工などの構造体として使用される際には、パイプ自体に引抜力や曲げ応力が作用するため、形状記憶合金製円筒継手の収縮力だけでは不十分となる場合がある。鉄系形状記憶合金は鋼の一種と考えられるが、ステンレス鋼と同じオーステナイト組織のため、一般の鋼に比べると塑性変形が比較的低い応力から起こり得る軟質材料としての特徴を有する反面、塑性変形の進行と共に加工硬化が進むため、破壊強度自体は並の高強度鋼以上の高い値を有している。一般の配管の場合には、パイプ自体は他の構造物に支えられるか、地中などに埋設されることが多いため、パイプ間の接続強度は形状記憶合金継手の加熱による収縮力に頼っても支障のない場合がほとんどである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パイプそのものを構造体とする用途の場合には、上述したような形状記憶効果のみに頼るのでは、強度の不足する事態が生じがちである。形状記憶合金製パイプ用継手は施工が簡単で、特に狭い場所でも安全に作業を行うことができるいう大きな特徴がある。しかしながら、一方において形状記憶合金製継手の締結力は、通常はパイプ外面と継手内面との間の摩擦力に主として依存しているが、この摩擦力は、締結している形状記憶合金製継手が外力によって塑性変形してしまうと、急速に失われてしまう性質のものである。特に、継手の端面部分には、締結しているパイプに曲げ応力が作用した場合に、継手を径方向に広げようとする強い力が発生する。一旦端部が広がってしまうと摩擦力が減少するため、締結力が大幅に低下することから、パイプの接合が外れてしまう危険が大きくなる。構造体としてのパイプ接続体においては、この問題は決定的である。
【０００６】
また、パイプを地中の構造体として用いる場合の他、地中に埋設する電線、各種ケーブル等の埋設物を保護するためのケースとしてパイプを利用する態様も考えられるが、この場合にはパイプ接続部に対しある程度の引き抜き強度と曲げ強度と共にパイプ外部からの液体等の浸入を防止するためのシール性も要求される。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するために、作業性の良い形状記憶合金製継手の特性を生かしながら、接続後はそのまま構造体としても有効に利用し得る高強度のパイプ接続方法を提供することを目的とする。加えて、本発明は必要に応じて高いシール性能を発揮することができるパイプ接続手段を提供することを他の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係る請求項１のパイプ接続方法は、円弧状の曲線パイプを順次接続して接続後は地中に支保工構造体として埋設する曲線ボーリング工法における曲線パイプの接続方法において、前記曲線パイプ相互を鉄系形状記憶合金製円筒継手によって接続するに際し、パイプ端部から一定位置の外面円周上に溝を設けると共に、形状記憶合金製円筒継手の内面円周上に、前記パイプの溝に対応する２条の溝を形成し、パイプ側溝もしくは継手側溝の一方にＣ形リングを挿入しておき、円筒継手の両側からパイプを差し込んでから継手を所定温度に加熱して収縮させることにより、高い引抜き強度を接続部に付与することを特徴とする。形成する溝は、パイプ側もしくは円筒継手側のいずれか一方もしくは両方を、底部に軸方向に延びる平行部を設けた形状とすることもでき、これにより継手に対してパイプを差し込むときの位置合わせを容易とすることができる（請求項２）。また、溝やリングの断面形状は、円形、楕円、矩形等任意でよいが、溝及びリング形状は互いに類似した形状とすることが望ましい。リングに使用する線材は、高強度鋼、ばね材、ステンレス鋼などの合金や、炭素繊維、硬質樹脂等が適当である。
さらに、本発明の請求項３の接続方法は、円筒継手の内面に予めシール剤を塗布又は貼付しておき、パイプを継手に差し込んで継手を加熱収縮させたとき、パイプと継手間がシール剤にて充填され、前記のＣ形リングとこのシール剤によって接続部は高い強度とシール性をもつことを特徴とする。シール剤としては、止水効果とできれば接着効果をも合せ持つ樹脂系シール剤等が有効である。
【０００９】
さらに、本発明の請求項３の接続方法は、円筒継手の内面に予めシール剤を塗布又は貼付しておき、パイプを継手に差し込んで継手を加熱収縮させたとき、パイプと継手間がシール剤にて充填され、前記のＣ形リングとこのシール剤によって接続部は高い強度とシール性をもつことを特徴とする。シール剤としては、止水効果とできれば接着効果をも合せ持つ樹脂系シール剤等が有効である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示す実施形態例に基づいて説明する。
図１は特に引き抜き強度の向上を狙いとした本発明に係るパイプ接続手段を示すもので、接続すべき２本のパイプ１Ａ、１Ｂの各端部から一定位置の外面円周上に断面半円形（Ｕ字形）の溝３を設けると共に、形状記憶合金製円筒継手２の内面円周上に、前記パイプの溝３に対応する２条の断面半円形（Ｕ字形）の溝４を形成する。接続に際しては、パイプ側の溝３もしくは継手側の溝４の一方に、図２（ｂ）に示すような円形断面の線材をＣ形状に曲げて形成したＣ形リング５を挿入しておき（図１ではばね鋼製のＣ形リング５をそのばね性を利用して継手側の溝４に挿入保持した例を示す）、円筒継手２の両側からパイプ１Ａ、１Ｂを差し込み、Ｃ形リング５を対応する溝間で保持してから、継手２を所定温度に加熱して収縮させれば、Ｃ形リング５は緊密にパイプ及び継手の各溝の中に保持される。
【００１２】
図２（ａ）は継手両側から挿入したパイプの接続部の断面を示すもので、図の左側が継手加熱前、右側が継手加熱後の状態を示している。図２（ｂ）はＣ形リング５の斜視図である。また、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ断面、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面を示す。
【００１３】
図２（ａ）の右側及び図３（ｂ）においては、パイプ１Ｂ外面と円筒継手２の内面間に、シール剤６が充填された態様を示している。このシール剤６の充填によってパイプ接続部は、そのシール性が向上すると共に場合によってはシール剤の接着力により接続強度が高まる効果が期待できるが、特に、本発明の如く円筒継手の加熱収縮によってＣ形リングを介在させて接続するような場合、継手の収縮後でもパイプと継手間に間隙が残存することが皆無ではないことから、Ｃ形リングに加えてシール剤充填手段を併用することは有効なものといえる。
【００１４】
このシール剤を充填するには、例えば、締結前の円筒継手２の内面の全面或いは一部に、シール性能や接着性能を合せ持つ樹脂系シール剤（エポキシ樹脂など）を予め塗布（液状の場合）もしくは貼付（粘性があってシート状に形成できる場合）しておいてから、該継手の両側からパイプを装入した後、継手を加熱して収縮させればよい。シール剤の塗布又は貼付に際しては、特に継手の全内面や溝内に塗布又は貼付していなくとも、継手の加熱収縮時にシール剤が拡がって溝内を隙間なく充填することになる。この樹脂系シール剤による接続部に対する付加手段は、パイプ接続部に高いシール性が要求される用途（例えば、ケーブル等の地中埋設物を包囲保護するためのパイプ）に対して有効である。
【００１５】
なお、円筒継手２としては、低コストで加工性のよい鉄系形状記憶合金（例えば、２８％Ｍｎ−６％Ｓｉ−５％Ｃｒ−Ｆｅ合金、３２％Ｍｎ−６％Ｓｉ−Ｆｅ合金）製とすることが好ましい。該円筒継手は、まず、接続するパイプの外径よりも僅かに細い内径をもつ円筒を製作し、これを記憶処理（熱処理）した後、次にパイプ外径よりも大きい内径をもつように円筒を拡径することによって得られる。また、形状記憶性能を顕著に向上させるため、形状記憶処理後に一定の加工と熱処理を少なくとも一回施すこともできる（トレーニング効果）。後述する実施形態例においても最初に用意する円筒継手は同様に構成されたものである。
【００１６】
溝とＣ形リングの断面形状は上記の円形が基本であるが、図４に示すような形状も使用可能である。すなわち、図４（ａ）ではＣ形リング１５として断面楕円形のものを用い、パイプ側の溝１３として、底部に外面との平行部を設けた例であり、（ｂ）ではＣ形リング２５として断面矩形のものを用い、継手及びパイプの両方の溝２３、２４の底部に平行部を設けた例を示している。このようにパイプ側もしくは円筒継手側のいずれか一方もしくは両方の溝を、底部に平行部を設けた形状とすることにより、継手に対してパイプを差し込むときの位置合わせを容易にする。また、これらの例においても図１の例と同様に、パイプと継手間にシール剤を充填することも勿論可能である。
【００１７】
溝やＣ形リングの断面形状は、図示の形状に限らず、他の任意の断面でもよいことは勿論である。また、リングの材質としては、高強度鋼、ばね材、ステンレス鋼等の金属材料や、炭素繊維や硬質樹脂等の非金属であってもよい。
【００１８】
図示した例では締結後の円筒継手がパイプ外面から突出した場合を示しているが、これは説明の都合上複雑さを避けるためであり、例えば、本発明を「曲線ボーリング工法」に適用する場合には、パイプ径に近い掘削孔内に敷設するパイプ相互の接続という観点から、先願の特願平８−２１０２５６号にて示したような、パイプ及び継手の少なくとも一方に段付き加工を施して、できるだけ収縮後の継手外面がパイプ外面から突出しないようにする手段も合わせて適用し得るものである。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
▲１▼パイプ
材    質：ＳＴＫ４００
寸    法：外径２１６mmφ、肉厚１８．５mm、長さ１０００mm、両端部外径１９９．１mmφ（継手に差し込む７７mm長さ部分を切削加工して段部形成）
外面側溝：端部から４５mmの位置の外周に幅１０mm、コーナー部半径２．０mmの溝を加工
▲２▼形状記憶合金製継手
材    質：２８％Ｍｎ−６％Ｓｉ−５％Ｃｒ−Ｆｅ合金
寸    法：内径２０２．５mmφ、肉厚９．７mm、長さ１５０mm（拡径処理後）
内面側溝：端部から３０mmの位置の内周にＵ溝（溝半径２．１mm、深さ２．５            mm）を加工し、Ｃ形リングをはめ込んだ。
▲３▼Ｃ形リング
材  質：４mmφのばね用炭素鋼オイルテンパー線
寸  法：２１０mmφの円形に曲げ、５mm幅の切り欠きを付けた。
▲４▼シール剤
不使用の場合と、継手内面及び溝部分への樹脂系接着剤塗布の場合
▲５▼締結方法
継手の両側にパイプを差し込み、位置合わせをした状態で、誘導加熱により継手部分を３００℃まで加熱した。形状記憶合金製継手の内径が収縮してパイプを締結した。一方、樹脂使用のものは、拡径後の形状記憶合金製継手の内面とＣ形リングを装着するＵ溝内の両方に、パイプを差し込む直前に、セラミックス系接着剤「朝日化学工業製スミセラムＳ（商品名）」を塗り込んでおき、樹脂不使用の場合と同じ方法で締結を行った。
【００２０】
（比較例１）
▲１▼パイプ
材質：ＳＴＫ４００
寸法：外径２１６mmφ、肉厚１８．５mm、長さ１０００mm
▲２▼形状記憶合金製継手
材質：２８％Ｍｎ−６％Ｓｉ−５％Ｃｒ−Ｆｅ合金
寸法：内径２００．１mmφ、肉厚９．７mm、長さ１５０mm（拡径処理後）
▲３▼シール剤
不使用の場合と、継手内面への樹脂系接着剤塗布の場合
▲４▼締結方法
継手の両側にパイプを差し込み、誘導加熱により継手部分を３００℃まで加熱し、形状記憶合金製継手の内径が収縮してパイプを固定して締結作業を完了した。一方、樹脂使用のものは、セラミックス系接着剤「朝日化学工業製スミセラムＳ（商品名）」を拡径後の形状記憶合金製継手の内面に塗布した状態で上記の同じ方法で締結を行った。
【００２１】
以上の実施例及び比較例にて行ったパイプ締結作業の結果得られた接続部の強度とシール性の比較を下記表１にて示す。比較例の単なる形状記憶合金製継手の収縮力のみの場合に比較して、本発明のＣ形リングを用いた実施例では、格段に引き抜き強度が向上しているのがわかる。また、シール性についてもシール剤を適用したものは満足すべき値であった。しかも、シール剤として上記した接着剤を用いる場合には、パイプ締結後にＣ形リングが溝の中で強固に固定されるので、本発明の目的をより一層高めることが認められた。
【００２２】
【表１】
0003992791.tif 000002
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る接続方法によれば、鉄系形状記憶合金製パイプ用継手を用いてパイプを接続するにあたり、継手の収縮力による締結力に加えてＣ形リングのごとき機械的な締結力を付与し得るため、より引き抜き強度の高い接続を達成することができる。従って、パイプを構造体として残すようなパイプの接続手段として、特に曲線ボーリング工法に適用する接続手段として最適なものといえる。また、樹脂系シール剤を併用する場合には、より一層継手強度を高めると共に、優れたシール性も発揮するため、特に、シール性の要求される接続部に適用して効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る接続手段の一実施例を示す部分断面図。
【図２】（ａ）は図１における手段にて締結されたパイプ接続部の断面図、（ｂ）はＣ形リングの斜視図。
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】図１の別の実施形態例を示す断面図。
【符号の説明】
１    パイプ
２    形状記憶合金製パイプ用円筒継手
３，１３．２３    パイプ側の溝
４，２４    継手側の溝
５，１５，２５    Ｃ形リング
６    シール剤
【図１】
0003992791.tif 000003
【図２】
0003992791.tif 000004
【図３】
0003992791.tif 000005
【図４】
0003992791.tif 000006