(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設された管路（１）における内張りすべき管路部分（１ａ）の両端末部の管壁に、当該管路部分（１ａ）内に内張り材（４）を導入するに足りる窓（３）を開削し、当該窓（３）の両側の管路間に補強材（６）を介在せしめ、当該窓（３）から前記管路部分（１ａ）内に内張り材（４）を導入すると共に加熱して内張りを施し、内張りした管路部分（１ａ）が冷却した後、前記窓（３）付近の管路（１）を切除して内張り材（４）の端末処理を行い、切除した部分の管路（１）を復旧することを特徴とする、地中埋設管路の内張り方法
【請求項２】
地中に埋設された管路（１）における内張りすべき管路部分（１ａ）の両端末部を切断し、当該管路部分（１ａ）の端末部を、支持部材（７）を介して当該管路部分（１ａ）に対向する管路部分（１ｃ）に対して支持し、その端末から前記管路部分（１ａ）内に内張り材（４）を導入すると共に加熱して内張りを施し、内張りした管路部分（１ａ）が冷却した後、前記支持部材（７）を除去し、前記管路部分（１ａ）の端末において内張り材（４）の端末処理を行い、管路（１）を復旧することを特徴とする、地中埋設管路の内張り方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に埋設された管路に対して補修又は補強の目的で内張りを施すための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、地中に埋設された管路に対して、損傷部の補修や補強の目的で内張りすることが行われている。管路に内張りを施すには、内張りしようとする管路部分の両端部を掘り起こして管路を切断し、その端末から管路部分内に内張り材を挿通し、内圧をかけて内張り材を管路内面に圧接している。
【０００３】
内張り材の構造やその内張り材を管路部分に挿通する手段としては種々のものが提案されているが、多くの場合内張り作業において、内張り材を加熱する工程が必要とされる。
【０００４】
例えば筒状の織物などの繊維層の内面に気密層を形成して内張り材とし、その内張り材の前記繊維層に反応硬化型樹脂液を含浸させて管路部分内に挿通し、その内張り材内に加熱加圧流体を送入して、内張り材を管路内面に圧接すると共に樹脂液を加熱硬化させ、内張りする方法がある。
【０００５】
また熱可塑性樹脂やそれを筒状繊維層で補強したパイプを内張り材とし、これを管路内に挿通して加熱加圧流体を送入し、その加熱加圧流体の熱によって熱可塑性樹脂を軟化させて内圧により膨らませ、管路内面に圧接して内張りする方法も知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこれらの方法においては、内張りした直後又はある程度時間が経過した後に、突然管路が破断することがある。特に鋼管を非裏波溶接により溶接した管路系においては、３０ｍを超える長尺の管路の場合に、溶接箇所において破断することが少なくなく、一回の作業で内張りすることができる長さに限界があり、作業効率が悪かったのである。
【０００７】
かかる現象について検討した結果が、土木学会第３９回年次学術講演会講演集（１９８４）「熱膨張、収縮履歴により埋設管に生じる応力について：飯村正一、西尾宣明」に詳細に述べられている。
【０００８】
この学術論文の内容を簡単に説明すると、次の通りである。すなわち、図３に示すように地下１ｍに埋設された約８０ｍの鋼管の管路１に、（１）〜（１３）のほゞ等間隔の１３箇所に温度計及び歪み計を取り付け、ａ〜ｇのほゞ等間隔の７箇所に変位計を設置した。そして管路の一端からスチームを送入して管体温度が約６０℃上昇するまで（約６９分間）加熱し、然る後スチームの送入を停止して１２日間に亙って自然に冷却し、各測定点における温度、歪み及び変位を測定している。
【０００９】
その試験の結果における、ａ〜ｇの各点における温度と変位量との関係を示すグラフを図４に、（２）、（４）、（６）及び（７）の点における温度と歪み量との関係を示すグラフを図５に示す。なお前記学術論文においては、さらに多くのデーターが示されているが、ここでは省略する。
【００１０】
而して図４によれば、管路１の中央のｄ点においては、温度の変化に拘らず殆ど変位を生じていない。そして左半部のａ、ｂ、ｃ点においては前記試験の実施により左方への変位が、右半部のｅ、ｆ、ｇ点においては右方への変位が生じており、ｄ点からの距離が大きくなるに従って変位の量もほゞ距離に比例して大きくなっており、管路１はその中央を起点として、前記試験の実施に伴って伸長していることが理解できる。
【００１１】
各測定点における変位の量を見ると、温度が上昇し始めると変位が生じ、温度が上昇するに従ってその変位の量も大きくなっている。そして約８０℃まで昇温した後管路１が冷却すると、変位の量は小さくなり管路１は収縮しているが、その収縮の速度は昇温による伸長の速度より遅れている。
【００１２】
そして管路１が十分に冷却されて常温に戻った状態においても、変位の量はゼロに戻ることはなく、管路１は若干伸長したままである。
【００１３】
また図５によれば、加熱の開始に伴って管路１に圧縮歪みが生じ、温度の上昇に伴って歪みの量は大きくなる。そして各測定点における歪みの大きさは、中央の（７）点において最も大きく、端末に近い（２）点において最も小さいものとなっている。
【００１４】
そして約８０℃にまで昇温した後管路１が冷却すると、圧縮歪みは急速に小さくなり、ゼロを超えて引っ張り歪みが生じる。そして温度の低下と共に引っ張り歪みの大きさは大きくなり、一定の値に落ち着く。温度が常温に戻っても引っ張り歪みは残ったままであり、その大きさは加熱時に生じた圧縮歪みの最大値とほゞ同程度である。
【００１５】
これらの結果から、次のようなことが推測される。すなわち、管路１が加熱されるに伴って当該管路１は鋼材の線膨脹係数に従って伸長しようとするが、地中に埋設された管路１はその周囲の土砂により拘束されており、自由な伸長が制限されているので、管路１には圧縮歪みが生じつつ、その拘束力に抗して周囲の土砂との間で滑りが生じ、伸長を生じる。
【００１６】
管路１の中央部においては、そこから両端までに至る管路部分が拘束されているので変位が生じにくく、かつ拘束力が大きいので滑りによる歪みが開放されることがなく大きい圧縮歪みが生じる。
【００１７】
それに対し管路１の端末に近い箇所では、そこから端末までの管路部分が短いので拘束力が小さく、管路１と土砂との間に滑りが生じて管路１にはその端末の方向に向って大きな変位が生じ、それによって圧縮歪みは開放されるのでその値は小さくなる。
【００１８】
而して最高温度まで昇温した後管路１が冷却すると、当該管路１が収縮することにより蓄積されていた圧縮歪みは急速に減少する。そして圧縮歪みがゼロになってもさらに管路１はそれまでに伸長していた分が収縮しようとし、それを周囲の土砂により拘束されているので自由な収縮が制限され、管路１には引っ張り歪みが生じることとなる。そして拘束力に抗して周囲の土砂との間で滑りが生じ、管路１には収縮を生じる。
【００１９】
このとき管路１の中央部においては、そこから両端までに至る管路部分が拘束されているので変位が生じにくく、かつ拘束力が大きいので滑りによる歪みが開放されることがなく大きい引っ張りが生じる。
【００２０】
一方管路１の端末に近い箇所では、そこから端末までの管路部分が短いので拘束力が小さく、比較的小さい力で管路１と土砂との間に滑りが生じて、管路１にはその中央の方向に向って大きな変位が生じ、それによって圧縮歪みは開放されるのでその値は大きくなることがない。
【００２１】
そして最終的には、管路１の中央部においては大きい、端末付近においては小さい引っ張り歪みが残留し、その残留歪みにより管路１が常温に戻っても伸びが解消されることがなく、変位が残るのである。
【００２２】
而してかかる状態において、管路１の中央付近においては大きな引っ張り歪みが残留しており、時間が経過してもそれが解消されることがないので、鋼管の溶接部などの強度が弱い部分に前記大きな引っ張り歪みが集中し、管路１が破断するに至るものであると考えられる。
【００２３】
鋳鉄管などでは短管をフランジで接続しているため、そのフランジが地盤内において変位することができないので、管路１が加熱しても伸長することがなく、そこに生じた圧縮歪みは管路１が冷えることにより解消され、引っ張り歪みが残留することはない。またヒューム管などでは接続部が比較的自由に動き得るので、歪みが生じることは少ない。
【００２４】
これに対し鋼管を溶接した管路系においては、鋼管の溶接部は伸縮不能であり、かつ熱による伸縮に対しては地盤が圧迫することによる摩擦抵抗により拘束されるだけであるので、内張り作業のために限られた管路部分を管路系から切り離すと、大きな圧縮歪みがかかったときに伸長を止めることができず、さらに冷却により生じた引っ張り歪みに対しては地盤の拘束力により収縮が抑制され、最終的に大きな引っ張り歪みが残留する。
【００２５】
そして残留する引っ張り歪みの大きさは、切り離された管路部分の端末からの距離が長くなるに従って大きくなるので、長い管路部分について内張りを施すと、その内張り作業における熱により大きな引っ張り歪みが残留し、その歪みにより管路が破断する。従って上述のような鋼管を溶接した管路系においては、一回の作業で内張りできる長さに限界が生じるのである。
【００２６】
本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、前述の鋼管を溶接した管路系においても、十分に長い管路部分について一回の作業で内張りすることのできる方法を提供することを目的とするものである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
而して第一の発明は、地中に埋設された管路における内張りすべき管路部分の両端末部の管壁に、当該管路部分内に内張り材を導入するに足りる窓を開削し、当該窓の両側の管路間に補強材を介在せしめ、当該窓から前記管路部分内に内張り材を導入すると共に加熱して内張りを施し、内張りした管路部分が冷却した後、前記窓付近の管路を切除して内張り材の端末処理を行い、切除した部分の管路を復旧することを特徴とするものである。
【００２９】
また第二の発明は、地中に埋設された管路における内張りすべき管路部分の両端末部を切断し、当該管路部分の端末部を、支持部材を介して当該管路部分に対向する管路部分に対して支持し、その端末から前記管路部分内に内張り材を導入すると共に加熱して内張りを施し、内張りした管路部分が冷却した後、前記支持部材を除去し、前記管路部分の端末において内張り材の端末処理を行い、管路を復旧することを特徴とするものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は第一の発明の実施の一形態を示すものであって、１は管路であり、管路系における今回内張りしようとする管路部分１ａの両端に作業孔２を開削して、作業部分１ｂを露出せしめている。
【００３１】
そして作業孔２内の作業部分１ｂに、窓３が開削されている。この窓３は管路部分１ａ内に内張り材４を導入するに足りる程度の大きさとし、できるだけ小さいものであることが好ましい。
【００３２】
この作業部分１ｂは、窓３が開削されるために強度が低下し、後の加熱工程において圧縮歪みがかかったときに座屈する恐れがあるので、図面に示すように窓３の両側に固定具５を取り付け、その固定具５間に補強材６を介装し、加熱時の圧縮応力により管路が座屈するのを防止するのが好ましい。
【００３３】
図２は第二の発明の実施の形態を示すものであって、作業孔２内に露出している管路１の作業部分１ｂを切断し、内張りすべき管路部分１ａの端末部を、支持部材７を介して対向する管路部分１ｃに対して支持している。なお管路部分１ａの端末部は、適宜の支持手段でそれに対向する作業孔２の壁面の地盤に支持することもできる。
【００３４】
而して図１又は図２の状態において、窓３又は切断された管路部分１ａの端末から、内張りすべき管路部分１ａ内に内張り材４を導入する。導入の方法としては、従来知られた方法を採ることができ、例えば管路部分１ａに挿通した紐などで引き込んでも良く、また柔軟な内張り材４を流体圧力で裏返しながら管路部分１ａに挿通することもできる。
【００３５】
そして管路部分１ａに挿通された内張り材４内に、加圧水蒸気、加熱加圧空気、温水などの加熱加圧流体を送入し、内張り材４を加熱すると共に加圧し、内張り材４の形態に応じて熱と圧力の作用により、当該内張り材４を管路部分１ａの内面に圧接して内張りを施す。
【００３６】
内張りした管路部分１ａを冷却した後、第一の発明においては作業孔２内の作業部分１ｂを切断し、第二の発明においては支持部材７を除去して、管路部分１ａの端末において内張り材４の端末処理を行い、作業孔２内の管路の切除部分を接続して、管路系を復旧して内張りを終了する。
【００３７】
【作用】
本発明においては、第一の発明においては内張りすべき管路部分１ａとそれに対向する管路部分１ｃとが連続しており、また第二の発明では管路部分１ａがそれに対向する管路部分１ｃ又は地盤に対して支持されているので、内張り作業において管路部分１ａが加熱されて圧縮歪みがかかっても、その管路部分１ａの端末部が伸長方向に変位することができない。
【００３８】
従って管路部分１ａの全ての箇所において同程度の圧縮歪みがかかるが、管路１が伸長することがなく、全ての箇所において地盤による拘束力の大小に拘らず変位が生じることがない。
【００３９】
而して加熱工程が終了して管路部分１ａが冷却されるときには、圧縮歪みが解消されて減少するが、先の加熱時において伸長していないため、常温に戻ったときに圧縮歪みがゼロとなるだけであって、それを超えて引っ張り歪みが作用することがない。
【００４０】
図５における破線による曲線Ａは、本発明における温度と歪みとの関係を示すものである。すなわち加熱時には温度の上昇に伴って圧縮歪みが増大し、従来例における圧縮歪みよりも大きい値にまで増大する。そして温度の低下に伴って圧縮歪みは減少し、最終的には歪みはほゞゼロとなり、大きな引っ張り歪みが残留することがない。
【００４１】
また管路部分１ａの伸縮が生じないので、図４においては、全ての位置において曲線は変位ゼロの基準線に一致して描かれることとなる。従って管路部分１ａの端末部においても中央部においても歪みの大きさが変ることがなく、図５における曲線Ａは全ての位置でほゞ同様の曲線を描く。また管路部分１ａの長さによって歪みの大きさが左右されることもない。
【００４２】
【発明の効果】
従って本発明によれば、内張り工程において加熱したときに、管路部分１ａの変位を阻止されているので熱により管路部分１ａが伸長することがない。そして加熱に続いて冷却されたときには、加熱により生じていた圧縮応力が解消されるだけであって、管路部分１ａが収縮することがなく、管路部分１ａに引っ張り応力が残留することがない。
【００４３】
また加熱冷却による圧縮応力の増減は、温度のみによって影響を受け、管路部分１ａにおける位置や地盤による拘束力の大小によって左右されることがないので、管路部分１ａの長さによって歪みの大きさや伸縮の有無が影響されることがない。
【００４４】
従って長尺の管路部分について内張りを行っても、その管路部分に大きな引っ張り歪みが残留することがなく、内張り作業の後になって管路の溶接部や弱い部分が破断することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第一の発明の実施の状態を示す側面図
【図２】  第二の発明の実施の状態を示す側面図
【図３】  従来の方法における管路への影響を試験する状態を示す側面図
【図４】  管路の温度変化に伴う伸縮の状態を示すグラフ
【図５】  管路の温度変化に伴う歪みの状態を示すグラフ
１  管路
１ａ  内張りすべき管路部分
１ｃ  対向する管路部分
３  窓
４  内張り材
６  補強材
【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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