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建設の施工企画

CMI 報告’12. 4

験の結果，サイフォンの起動・停止に係るノウ・ハウや適用限界は圧力水頭で−8.7 m（実験配管の揚程では 7 m）であることなどが確認された。
本稿では，モデル実験の概要を紹介し，災害現場でのサイフォン排水実施に係る課題と提案を述べる。

大規模災害対応サイフォン排水の現場適用に向けて

2．モデル実験
モデル実験では以下の事項を確認するものとした。
①管内の充水方法とサイフォン起動方法

佐々木②配管内圧力と流量隆男③負圧下における気泡の発生と配管挙動
また，モデル実験とは別に管材質と継ぎ手部の信頼性を確認する要素試験を行った。
（1）モデル実験の実験設備
モデル実験は，多摩川河口から約 22.4 km 地点に位1．はじめに置する二ヶ領宿河原堰右岸に於いて実施した（写真─
近年，地震や豪雨等の自然災害により大規模な河道1 参照）。管路は堰上流水面から取水し，最大 7m の閉塞が形成されており，この崩壊による二次災害を防高さを乗り越えて河床に排水するものとした。延長

ぐため仮排水路設置等の対策工事がなされている。こ75 m の配管には，人力で設置できる重量を考慮しつの工事中は湛水面の上昇を抑制するための緊急排水がつできるだけ大容量の排水が可能な口径φ400 mm を行われ，従来では排水ポンプによる緊急排水が行われ選択した（図─ 1 参照）。てきた。この排水ポンプを運転するためには発電機用

吸込み部はベルマウスではなく単純な曲管構造にし燃料が必要となるが，道路が寸断された状況ではヘリて，ゴミ防護スクリーンを設けた。サイフォン頂部に空輸による燃料補給も必要となり，平成 16 年新潟県

は管内を水で満たすための注水ポンプ及び真空ポンプ

中越地震では日当たり約 54 万円の費用が必要であっ接続口を設けた充水管を設置し，流水の状況を観察でた。このため国土交通省砂防部などから「大規模な河きるように長さ 1 m のアクリル透明管を接続した。

道閉塞（天然ダム）の危機管理のあり方（提言）」に

吐出部にはサイフォン起動に際して管内を充水するおいて，排水方法の一つとしてほとんど動力を必要とためと，排水の停止あるいは流量調節のため止水バルせず排水が可能となるサイフォン排水が提言された。

ブ（バタフライバルブ）を設けた。

しかしサイフォン排水は導入実績がなく，具体的な配管には，配管内圧力計 5 箇所，超音波流量計 1 箇

設置方法や揚程の限界等が確証されていない。このよ所と振動加速度計を設置し，止水バルブ開度との関連うな背景から，国土交通省において実大規模の大口径を調べた。また，実験時の気象観測として大気圧，気管を使用したモデル実験業務の技術提案が公募され温，湿度を測定した。

た。当協会はこの業務を受注して実験に参画した。実

配管最高地点高密度ポリエチレン管

写真─ 1

硬質塩化ビニール管モデル実験の全景

建設の施工企画 ’12. 4

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モデル実験の配管縦断図と圧力測定点（2）実験結果

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①配管内充水とサイフォン起動方法

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配管内の充水は，水中ポンプ（0.2 m /min）と真空
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充水所要時間（ポンプ運転時間）

水中ポンプ（WP） 真空ポンプ（VP）

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とおりで，配管の気密性が確認されれば真空ポンプ単た。

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二通りとした。ほぼ満水となった所要時間は表─ 1 の独運転で短時間に充水は完了できることが確認され

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ポンプ（−93 kPa）を併用と，真空ポンプ単独運転の表─ 1ฯ಴ญqq

合計WP，VP 併用

約 29 分

約6分

約 35 分

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約 13 分

約 13 分

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フォンは起動する。バルブの開度と排水量（流量）のో㐽ᱛ᳓ࡃ࡞ࡉ㐿ᐲ

関係を確認した（図─ 2 参照）。

図─ 2

配管内圧力と流量測定結果

なお，この実験では，配管最高地点の管内に管の断面半分程度といった大量の空気が残っている場合で3②配管内圧力と流量も，サイフォン起動には支障がないこと，流量 0.17 m /吸い上げ揚程 7 m の配管内圧力と流量の測定結果

s（流速 1.4 m/s）以上となれば空気は水流に載って排を示すと図─ 2 のとおりで，配管内圧力は計画取水出されることを確認した。

面（図─ 1 参照）より高い位置では負圧，低い位置では正圧である。負圧の最も大きい配管最高地点は，水を流さない静圧状態では揚程に等しい圧力を示し，流量が増えると負圧はより大きくなることが確認された。
また，実験結果の配管内圧力や流量は，水理学の計算値に近いものとなった。
③負圧下における気泡の発生と配管挙動
揚程 7 m では静圧状態でもキャビテーションと呼ばれる気泡の発生が確認されたが，この実験では，最大流量時でも気泡の影響による管の異常振動等は確認されなかった。
（3）実験結果の整理（吸い上げ揚程の限度）

写真─ 2

管内空気の排出状況

配管最高地点の圧力（圧力水頭に換算）と流量の関94

建設の施工企画’12. 4ో㐽ࡃ࡞ࡉ㐿ᐲో㐿OUO

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写真─ 4

硬質塩化ビニル管の曲げ試験状況

ᵹ㊂ OU図─ 3

配管最高地点圧力と流量出し，管の気密性が低下した。この時点の管の曲率半径は R ＝ 13.9 m であった。

係を再整理すると図─ 3 のとおりである。
図には揚程 8 m の予測値を示したが，バルブを半この結果から，硬質塩化ビニル管を用いる場合は可とう性継ぎ手の併用も必要と思われる。

分程度開いたところで，実験で確認された負圧よりも大きな状態となり，これ以上バルブを開けばキャビ4．災害現場への適用に当たっての課題テーションも激しくなることが予測され，配管への悪影響が予想される。このような場合，流量を少なく制御して対策を行うことが必要となる。

これまでは河道閉塞でサイフォン排水の導入実績はな か っ た が， モ デ ル 実 験 か ら 揚 程 7 m， 配 管 径モデル実験の範囲では，配管径に見合う流量を得る

φ400 mm，配管長 75 m のサイフォン排水手法が確ための吸い上げ揚程は 7m 程度が適用限度と考えられ立され，この条件が適用される災害現場であれば実用る。

性は高い。しかし，実現場へ投入するには次の 3 つの課題がある。

3．配管継ぎ手の要素試験①モデル実験で使用した高密度ポリエチレン管は継ぎ手部をフランジとしたことで重く，管を持ち上げる

災害現場に配置される配管は，地表の凹凸や余震にだけでも作業員 6 名は必要であるため，配管作業による変形に追従する特性が求められる。これを確認すはクレーン等の重機の使用が前提となる。ただし，るためモデル実験で用いた 2 種類の樹脂製管について実際の災害現場は巨石も点在するような不整地であ曲げ試験を実施した。

るため，重機の使用は難しく，何らかの対策が必要

試験は，管長 20 m で管断面 90％を水で満たした後と考えられる。

真空状態としたもので，管や継ぎ手部に変形が見られ②大口径の配管は特注品であるため，入手するまで約るまで，管の両端を移動式クレーンで吊り上げるもの2 〜 3 ヶ月必要である。緊急排水の観点から入手はとした。

課題となる。

試験の結果，高密度ポリエチレン管は両端を 4 m③サイフォン排水は配管の気密性が重要で，配管設置吊り上げた時点で，管本体に座屈を生じたが気密性は後に外力を受けて変形する恐れがある時には，硬質確保されていた。この時の管の曲率半径は R ＝ 8.9 m

塩化ビニル管の接着継ぎ手は，要素試験で見られたであった。

ように管の抜けだしを生じて気密が保てなくなる。

硬質塩化ビニル管は，両端を 2.5 m 吊り上げた時点
で管自体の変形は僅かであるが，接着継ぎ手部が抜けこのため要所に可とう性継ぎ手が必要となるが，可とう性継ぎ手は納期 20 日程度を必要とする。

建設の施工企画 ’12. 4

5．解決策の提案

95が 5 日〜 7 日で可能である。解決策①との重複になるが，可とう性を特徴とする高密度ポリエチレン管先の課題に対して次の解決策の提案を行う。
①湛水面の水位変動を考慮すれば，吸い込み側には可とう性に優れる高密度ポリエチレン管が適していによる，短時間でのサイフォン排水立ち上げの実証機会として，定期的な実施訓練を行うことが望ましい。

る。配管作業が人力となる場合は，管質量を考慮して小口径の配管とし，必要流量を確保するために多6．おわりに条配管とする方法を提案する。通常流通している管口径の上限はφ200 mm 程度であるが，この口径でこれまではポンプで排水するしかなかった緊急排水の多条配管サイフォンの実証を行い，発災時の速やであるが，燃料補給を必要としないサイフォン排水のかな対応方法を確立する必要がある。

可能性が明らかとなり，排水手法の選択肢が一つ増え

なお，中部地方のある施工会社においては，砂防たと言える。この技術を少しでも早く現場へ導入してダム堰堤の高低差を使い，φ200 mm サクションいただけるように，モデル実験での課題とその対応策ホースにより，災害対策を前提とした「サイフォンを述べさせていただいた。大口径機材の備蓄および，排水の無電力始動実験」を計画している。その結果短時日で納入可能な配管材でのサイフォン構築の両面が何らかの形で報告されることを期待している。

から災害への備えをお考えいただければ幸いである。

②重機の使用が可能な現場では，1 条で必要流量が確保できる大口径が適している。大口径管の入手には長時間を要することから，緊急に対応するためには管の備蓄が必要である。
備蓄基地の整備が望まれる。
③継ぎ手は配管ルート変更の容易さや，使用後の保管を考慮すればフランジが優れる。高密度ポリエチレ
ン管は口径 200 mm 程度であればフランジ管の入手［筆者紹介］
佐々木 隆男（ささき たかお）
（一社）日本建設機械施工協会
施工技術総合研究所 研究第四部専門課長