水道管
ここで、Ⅱ参考資料編「管路」の「4)管種・継手ごとの耐震適合性」において、「管路の耐震化に関する検討報告書(平成26年6月)」における管種・継手ごとの耐震適合性を参考にできる(表-参2-1.9)、と紹介されているが、この表は、前記「管路の耐震化に関する検討報告書(平成26年6月)」 P11~12を確認するとすぐにわかるが、平成18年度検討会報告書より整理されたものを「引用」した部分となる。すなわち平成25年の検討会においてはこの表で検証が必要であると指摘されたデータを集めて報告書にしたものであり、P63には「本検討では、東日本大震災における管路の被害状況分析を行った。水道事業者等においては、平成18年度検討会報告書における管路の耐震性評価に加え、本検討結果を参考にして、今後、管路の耐震化を推進する必要がある。」と記載されており、表-参2-1.9 の検証不足分を補ったデータを考慮することが肝要である。このデータは前述の通り、水道配水用ポリエチレン管の東日本震災による被災経験に基づく被災経験(被害なし)などが示されている。平成18年度検討会報告書で「被災経験が十分でないことから、十分に耐震性が検証され目には、なお時間を要する」と注記されている表のみが掲載されているが、この部分については検証され「耐震性を有する」と判断できる材料が示されている。
におけるに「水道配水用ポリエチレン管につきましては、耐震工法指針において、実績面から耐震性が完全に検証されていないことや…」という記載などが公表されているが、ここに書かれている実績不足は平成18年度の検討会段階のものであるといえる。
「新水道ビジョン」では、50年後、100年後の将来を見据え、水道の理想像を明示している。水道におけるアセットマネジメントについて、厚生労働省では、平成21年7月に「水道事業におけるアセットマネジメント(資産管理)に関する手引き」を公表し、全国の水道事業者等にアセットマネジメントの実践を促している。令和元年の全国水道関係担当者会議資料(資料編)2020.3には「全国の水道施設の更新費・修繕費の試算結果」の中で近々からの更新費増加、平準化をシミュレーションしており、アセットマネジメント後の予算化実施を事業体に示唆している。この時点では40年スパンの最初20年に約2000億円の「予算の前倒し計上」を乗せ、20年後からは毎年更なる増額をするｼﾐｭﾚｰｼｮﾝとなっていたが、2021年3月の同資料以降は約5000億円の「予算の前倒し計上」としほぼ40年間「平準化」予算となるシミュレーションに変更されている。2022年3月の同資料では前倒しを一括するのではなく更新率を段階的に上げるパターンをいくつか紹介しながら検討例を示すようになっている。
また、「新水道ビジョン」においては、当面の目標点の1つとして、全ての水道事業者が資産管理(アセットマネジメント)を実施し、将来の更新計画や財政収支を明らかにすることとしている。 中長期的財政収支に基づき施設の更新等を計画的に実行し、持続可能な水道を実現していくためには、各水道事業者等において、長期的な視点に立ち水道施設のライフサイクル全体にわたって効率的かつ効果的に水道施設を管理運営することが必要不可欠であり、これらを組織的に実践する活動がアセットマネジメント(資産管理)である。
厚生労働省は、「水道施設の計画的な更新等について(法第22条の4、施行規則第17条の4)」水道施設 の計画的な更新に努め、厚生労働省令で定めるところにより、水道施設の更新に要する費用を含 むその事業に係る収支の見通しを作成し、これを公表するよう指導をしており、その推進として、アセットマネジメントの実施率の引き上げとともに、精度の低い簡略型から精度の高い型への移行 が必要としている。全国水道関係担当者会議資料(令和2年3月)内容によれば、アセットマネジメント結果の公表率は約19%であり、水道法改正を踏まえ、公表率の引き上げが必要としている。
厚生労働省では「アセットマネジメント「簡易支援ツール」」を提供し、こうした取組を支援している。※2020年度に
水道事業のアセットマネジメント記事(北海道石狩市)では、アセットマネジメントの視点に立った事業体(北海道石狩市)における、管路のベストミックス取組の手法が、一例として紹介されている。
※アセットマネジメント「簡易支援ツール」'では「管路の更新基準の設定の一案の考え方」が示されており、管種ごとに「実使用年数の数値例」が記載されている。
[以下、2020年3月までのものについての記載]
ただしここでは、"客観的な正しい数値が示されているわけでは無い"ので特に注意が必要である。文中にも「一案である」とされている通り「標準的な更新基準を示しているものではない」事を念頭に、各事業者にて更新基準を設定した上で実施する必要がある。各管種の協会資料やメーカー技術資料などを参考に各々設定をし、「実使用年数の設定例」に記載の数値のままで検討を行わないよう、注意をして運用したい。特に「ダクタイル鋳鉄管 耐震継手を有する」については旧来のNS形(1種、3種)、薄肉のNS形E種、外面耐食仕様のGX形(1種、S種)など肉厚や塗装種類、ポリエチレンスリーブの有無などにより様々な品種があり、区分けをする必要があるにもかかわらず「耐震継手を有する」の欄で一括りにされている。アセットマネジメントを実施するコンサルタント、事業者においては管種の特性により実耐用年数の設定を設定する必要がある。(政令指定都市では東京都、大阪市、横浜市、(鋳鉄管の設定値)、新潟市(ダクタイル鋳鉄管、配水用ポリエチレン管の設定値)、のように独自の検証に基づいて実耐用年数の設定を行っている事業体がある一方、大規模事業体においてもこの「簡易支援ツールの数値」をそのまま使用しアセットマネジメントを行われている場合も散見される。注意をしたいところである。)
[2020年4月 バージョンup]
2020年度にはツールが見直しされ、上記の注意事項についても改善されている。主に操作性が改善されており、マクロや関数で必要となるパラメータ(設定値)を「初期設定」シートで一元管理出来るようになり、使い勝手が大幅に向上している。内容についても、企業債(新債)発行額と水道料金に改定率の自動算出処理ができるようになっているほか、「水道管」については更新基準についての設定例について参考資料が大幅に改新されている。 参考資料 更新基準の設定事について、老朽化する既設管路については全国の事業体の設定例を2例示し、今後の更新に使用する管種については「耐震管」に区分されている3管種について、第三者の評価が得られている管材の耐用年数等関連情報として例示されている。前回までの設定例では耐震管に区分されるダクタイル鋳鉄管の参考値として80年が示されていたが、管厚、塗装などの違いが混在しており、今回の資料は耐久性について業界団体からきちんとしたデータが示されているGX形のみが、耐用年数の参考値として掲載されている。この表によれば、小口径から大口径までの耐震管に区分される新設管(ダクタイル鋳鉄管GX形管、長寿命形水道鋼管、水道配水用ポリエチレン管)については、アセットマネジメントにおける更新基準の設定値は、一律で100年を設定値として参考使用することができる。以前の設定例に比べると根拠が明確になっており、事業体として参考としやすいものになった。もちろん、「あくまでも設定例ですので目安と考え、水道事業者等の実情(施設の重要度、 劣化状況、維持管理状況、管路の布設環境等)を踏まえた設定を心がけてください。」とあるように、事業体ごとの判断により運用をすることが必要である。
※ 簡易支援ツールマニュアルはHPの直リンクでは「簡易支援ツールを使用したアセットマネジメントの実施マニュアル Ver.2.1」となっているが、資料の一括ダウンロードファイル内では「簡易支援ツールを使用したアセットマネジメントの実施マニュアル Ver.3.0」になっている。(どちらもほぼ同じ内容でVer.2.0からは大きく変更されている)
基幹管路に於いては、ダクタイル鋳鉄管(NS形、GX形)、配水用ポリエチレン管(融着継手)、溶接鋼管など「耐震管」に定義される管種により更新、耐震化が進みつつあるが、現状、給水管路では大地震の毎に大きな被害が発生している。しかし、その耐震化と具体策に関しては、東日本大震災後までは、あまり言及されて来なかった。
給水管で現状使用されている、塩ビ管(TS継手)、鉛管、ポリエチレン二層管(冷間継手)は、ともに配水管分野では、H18年度検討会の報告書および、「管路の耐震化に関する検討報告書(案)2014.3」で「耐震適合性はなし」と評価されている。給水分野で一部採用されている管種としては、水道用高密度ポリエチレン管-融着継手-(青ポリ)のみが「耐震管」の扱いである。東京都など大都市部で採用されている給水用のステンレス管についても東京都の資料では漏水の改善が確認されており(従来管種との比較)、耐震適合性にも優れていると言われているが、耐震管である「溶接鋼管」ではない。※ステンレス鋼管の継手はプレス継手などの耐震性のないものもあり、伸縮継手も抜け止め構造ではない。また、本報告書において、あまり詳しい記載はない(データは一部は鋼管に含まれている)。
H18年度検討会の報告書では、比較的新しい管種についての扱いに苦慮しており、「被災経験が十分ではないことから、十分に耐震性能が検証されるには未だ時間を要すると考えられる」等の付記を付けられるケースがあった(前回の検証でのポリエチレン管(融着継手)の場合)が、
東日本大震災の被災地においては「各水道事業者の判断により」採用されていたポリエチレン管(融着継手)の採用地区における被災事例が多数出来、今回の震災において事故が発生していない。
新水道ビジョンやH25年度の報告書「管路の技術開発とその利用」においては、前記の通り「高い耐震性能などを有する新たな管製品」の採用検討を促している。
また厚生労働省では、「平成26年度 水道の耐震化計画等策定指針検討会」で、新水道ビジョン・平成25年度管路の耐震化に関する検討報告書を踏まえ、水道の耐震化計画等策定指針の改定作業を進め、「水道の耐震化計画等策定指針」(H27.6)を策定した。
この中で給水装置の耐震化に関しては、旧指針(平成20年発行)と比べ大幅な記載事項の修正が行われている。新指針では配水本管と同様の表記で「管種、継手の耐震化」について記載しており、
「耐震性の低い管種・継手」を耐震性の高いものに更新する
公道下等の給水装置は配水管更新工事に合わせて、耐震性の高いものに更新する(解説文中)
ことについて検討する、としている。
過去の大地震において給水装置は毎回多くの被災が確認されており、公益財団法人給水工事技術振興財団より「東日本大震災水道施設被害状況調最終報告書 平成25年3月」および、「熊本地震 給水装置被害状況調査報告書 平成30年8月」では、塩ビ管(TS継手)、鉛管、古いタイプの低密度ポリエチレン一層管(黒ポリ)、低密度ポリエチレン二層管の冷間継手部位などに多くの被害が報告されている。また、黒ポリには年代毎に色々な改良を経ているが同じ「黒色」のために被災時に新旧見分けがつきにくい事を問題視している。
サドル分水栓の被害も極めて高く、構造上の問題と材料の劣化(腐食)が事故の主な要因として指摘されており、地震時には腐食した部位に応力が集中することで破損が発生しやすいとしている。また、サドル分水栓部は「配水管」の耐震性能に因らず単体として事故が発生している。本管がたとえ耐震管であっても「分岐部」を含めた給水管路まで安心とは言えない。
熊本地震のエリアでは、東日本大震災の調査結果と比較すると、給水管部の鋼管と水道メーター部の被害の増加、塩ビ管の被害件数の減少(塩ビ管の使用割合が低いため)が挙げられている。これについては2021年3月、「埋設給水用ポリエチレン管の経時変化と健全性評価に関する検討報告書について」が同財団から刊行されている。ここでは熊本市の給水管堀上試験結果から、漏水した管が破損した原因は、下記の2点の複合要因によるものとの推定されている。
①製造時点の樹脂長期性能及び管設計により、使用限界に近い管が存在すること。
②埋設環境により使用限界を早める影響があること。
さらにこのことを踏まえ、「今回提供された供試体を試験した結果によれば、経年給水PE管の更新対象としては、PE管の長期性能規定をJISで定めた1998年より以前の規格で生産された製品とすることが望ましいと考えられました。」とし、1998年以前のPE材料を使用した管路については更新を促すとともに、今回の結果の精度を上げるための追加研究を行うとし、継続した調査研究を続ける意向とみられる。
また、塩化ビニル管に比べて、新しいタイプの低密度ポリエチレン二層管の比率が高く、この二層管にも被害(17件)が確認されており、管体破損被害(14件)も確認された事から、被害原因の究明を求めている。
塩ビ管の被害では、材料劣化による被害は発生しておらず、TS継手の接続における「施工の確実性が確認できない」ものと、「地震動に追従できなかった」もの、特にエルボなどの異形管部に集中する応力とひずみに対し、塩ビ管の可撓性不足が被害原因とされている。
厚生労働省による「重要給水施設管路の耐震化計画策定の手引」(H29.5)では、重要給水装置における給水装置などについて、この水道の耐震化計画等策定指針に従って耐震化計画を策定するものとしている。
また、給水工事技術振興財団からH28年度に発行された「東日本大震災給水装置被害状況調査報告書」によれば、東日本震災での事故の多くは硬質塩化ビニル管のTS接合方式のものであるとされている。こちらは前述した水道の耐震化計画等策定指針の改定においても既に更新対象とされている。
次にサドル分岐部の事故について、それぞれの報告書では次のように報告されている。
ボルトをはじめとする本体部の破損と給水管接続部の被害を報告。(東日本大震災)
金属部の腐食が事故原因の多くを占め、サドル分水栓本体の損壊は、この部分に応力と歪みが集中し被害につながった。
これに対し、「求められる性能」として次のような提言がなされている。
材料劣化対策としては、ボルトをはじめ本体腐食対策が重要 (東日本大震災)
サドル分水栓を新たに使用する際には耐久性の高い構造・材質を選択する事が重要
また、地震対策としては、
配水管とサドル分水栓の接合部のずれ防止対策 (熊本地震)
としている。
こうした報告内容をふまえ、給水装置の耐震性向上と望ましい維持管理として、次のようにまとめられている。
水道事業者におかれては、先回の東日本大震災の被害調査結果および今回の熊本地震の被害調査結果を踏まえ、長期寿命、高耐震性、施工の確実性、経済性発揮の観点から適切な構造・材質を選択し、また、新たな技術開発を積極的に評価し、耐震性の向上と漏水事故の縮減、有収率の向上を目指していただきたいと考える。
ではレベル2地震動に対する配水用ポリエチレン管の高い耐震性を報告しているほか、異形管や給水分岐も含めた管路全体の耐震性を検証している。特に、十分に耐震性が現地検証されつつも、強靭性のある管種(ダクタイル鋳鉄管)と可とう性のある管種(配水用ポリエチレン管)という「全く異なる」特性により地震に耐える事が示されているパイプラインの挙動をそれぞれに解析している。配水用ポリエチレン管の場合、地盤変状時において、地盤と境界での「すべり」が発生しない(地震時の地盤のひずみを直管部で受け持つ)事により、異形管や付帯設備への応力集中が軽減し、管路全体として耐震性を有するに至る事が報告されている。
また、下記【参考】のガス分野においては宅地内までの一体管路構造が地震、「液状化に対する設備対策として有効である」ことが確認、報告されている。
このように、今後は本管の耐震性だけではなく、給水管やサドル分水栓も含めた給水装置システム全体の「耐震性向上」と「さらなる長寿命化」が望まれる時代になってくる。水道での参考事例は、埼玉県、坂戸、鶴ヶ島水道企業団の広報に紹介されているような事例がある。
[水道耐震工法指針・解説 2022年版]
改定されたにおいて、参考資料編に「給水装置の耐震化・長寿命化」に関する最新情報が掲載されている。給水工事技術振興財団の各種資料からまとめられている。
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【参考】ガス管の場合(給水装置耐震化の参考となる前例)
「東日本大震災を踏まえた都市ガス供給の災害対策検討報告書 H24.3」によれば、都市ガスの管路においても、阪神・淡路大震災以降、耐震化が進んでおり、東日本大震災においてはその「管路の耐震化促進等」の設備投資効果により過去の地震被害と比較して「相当程度」被害率が低くなっていることが報告されている。一方で、東日本大震災の「液状化地区」では、中低圧ガス導管耐震設計指針に規定する標準設計地盤変位の5cmを超える大きな地盤変位が生じたものと推測され、耐震性の高い機械的接合・抜け出し防止有りの継手に相当数の被害が生じた。「従って、今後、液状化による著しい地盤変位が生じる可能性の高い地区に導管を新設する際には、継手部において耐震性の高いPE管および溶接鋼管を使用することが液状化に対する設備対策として有効である。」との記載がある。ガス用管材において、水道における給水管に相当する「供給管」は、サドル分岐を含めポリエチレン管による一体化構造による耐震化を行っており、一体構造のPE管および溶接鋼管は、阪神・淡路大震災以降の震災において、製品起因による被災は発生していない。
因みに、本報告書における東日本大震災において、供給区域内に震度5弱以上の震度を記録した事業者の低圧ガス導管(本支管)の総延長は約83,000kmであるが、地震による被害は773箇所であった。また、供内管本支管の被害において、液状化を除く地震による被害は670箇所であり、このうち、地盤変状によるものが45箇所、斜面崩壊によるものが7箇所であった。液状化の被害は103箇所であった。PE管および溶接鋼管は、製品起因による被災は発生していない。また、熊本地震でも「平成 28 年熊本地震を踏まえた都市ガス供給の地震対策検討報告 H29.3」にて同様の報告がなされている。
水道ビジョン推進のためのロードマップ(案)によれば、今後は「耐震設計の手引き」策定の後、水道施設の耐震化に関する検討、耐震化計画策定指針の改定を2014年度中に行い、「水道事業ガイドライン(JWWAQ100)-日水協-」の改正を2015年度末までに行う事で「新水道ビジョン」との整合性を図るとのことであった。耐震化計画策定指針については2015年6月に改訂されており、水道事業ガイドラインは2016年度に改訂された。
また、「管路の耐震化に関する検討報告書(案)2014.3」において、管路の耐震化に向けて(提言)として、以下のように記載されている。
管路の耐震化(更新・新規整備)の計画策定にあたっては、管路の耐震性能結果に基づき、基幹管路の耐震化を基本的に優先して、管路更新の優先順位の設定などを行う。また実施にあたっては、基幹管路は耐震管を用いて更新・新規整備する事が適当である。配水支管も耐震管を用いることを基本とするが、耐震適合管の使用を含め、水道事業者等の総合的な判断により使用する管種・継手を選定する。
本文は「管路の耐震化に関する検討報告書2014.6」では、管路の再評価まで行わなかったため本記述がみられないが、こうした考え方は各事業体における判断の参考にできる。
水道施設に関しては、昨今の大地震における「地震動」での振動、地盤変状、液状化などによる被害に対して「耐震化」を進めている。水道管に関しては厚生労働省により「耐震管」や「耐震適合管」が規定され、耐震化に向けた取り組みの可視化にも努めている。こうした「地震」による被災のほかの天災として、地震の二次的な被害である「津波被害」と、大雨による河川の氾濫などに伴う管路の被災もみられる。ただし、これらの被害は「地震動」による被害ではないため、これとは区別する必要がある。
津波の場合、津波で流された瓦礫により、橋梁などに添架された管路が被災する場合があ。東日本震災の例では、家屋や船舶なども濁流と一緒に流れている。また、大雨による河川の氾濫時も、大きな岩や瓦礫などが濁流により高速で管路にぶつかる場合もある。橋梁添架だけでなく埋設している管路が、地盤の洗掘により露出し、被災する場合もある。(厚生労働省・日本水道協会)では管路被害も報告されている。
このような場合には、「耐震管」であっても被害を被る場合がある。
例えばダクタイル鋳鉄管の場合、継手部に3DkNを超える応力がかかった場合には抜けの発生もありえるし、想定外の非常に大きな応力(瓦礫の衝突など)がかかった場合には、管が曲がる場合も想定される。また、強靭な材料であるため局部的な破断には至らないと思われるが、内外面に腐食があった場合には、肉薄となった部分への過度の応力集中で破断に至る場合(中越沖地震で発生したなど)もある。
一方、配水用ポリエチレン管の場合にも、降伏応力(30MPa程度)を大きく超える力が加わった場合には樹脂の特性上、当然ながら破断する。「局所部位」に「急激な外力」がかかった場合には、降伏応力を超え高速引張り試験を極端なレベルで行ったのと同様、一瞬で伸び、切れる形となる。には至らないが、地震動による影響とは全く異なる外力のかかり方である事に注意が必要である。「」、「」(POLITEC)などが公開されている。
こうした瓦礫などによる被災は管材料の種類にかかわらず、耐震管路にとっても「想定以上」の自然災害といえる。非常に限定された地域や場所ではあるが、被害が想定される地域や地形においては、こうした地震動以外での自然災害にもさらされる可能性がある。どの程度までこうした箇所における防災措置を施すかについては、各事業体において、必要に応じて検討しておくとよい。
実際の被災状況については、「2017 九州北部豪雨による水道施設・道路の被害写真集」(水道産業新聞社)にも被害状況が示されている。
水道管内部や継手の腐食により錆が水内に溶け出す現象。亜鉛めっき鋼管を使用した建物に多い。亜鉛めっき鋼管は内部が亜鉛めっきされており、これにより腐食を防ぐが、水内の酸素・塩素の作用によりめっきがなくなり、腐食する。
水道水として硬水が供給されている地域では水道管内でカルシウムが析出して膜を作るため、鉄管を使用していても赤水が出ることはほとんどない(ただし大量のカルシウムの付着により詰まる場合がある)。
送水管・配水管・配水本管の場合、ダクタイル鋳鉄管は内面塗装(モルタルライニング、エポキシ粉体塗装)により防錆をしている。ものが多い。他管工事などでバックホーなどによる大きな衝撃を加えると、管の破損に至らないまでも内面塗装が損傷し、ここから鉄こぶや赤さびが発生する場合がある。
水道管の補修時に老朽化したバルブを開閉する場合、そこで発生していた錆が飲み水に混入し蛇口から流出する場合もある。
防食処理のなされた塩ビライニング鋼管を使用している場合でも、管の切断端部や接続ねじ部におけるコーティングの切れや不備によって金属が露出したり、接続されるバルブが異種金属であったりすることなどにより錆が出る場合がある。
近年、こうした腐食を防止するため、継手やバルブの内部にプラスチック製のコアを取付け、接続部周辺を内側から完全に覆うような防食対策を施した継手やバルブが製造・販売されるようになっている(コア継手、コア付バルブなどと呼ぶ)。
寒冷地などでは水道管等の装置が凍結しないよう対策を施す必要がある。気温がおよそ4度以下にまで下がると水道管の凍結や破裂が発生するおそれがある。
管路に設置した水抜管や弁(不凍栓など)を使って水自体を抜いておく方法(水抜き、水落とし)。
管路に電熱ヒーター(凍結防止ヒーターや自己温度制御形凍結防止ヒーター)を巻いておく方法。電気代や点検・部品交換等のコストがかかる。
管路に保温材を巻いておく方法。短時間の外出等には有効だが、保温には限界があり気候条件にも左右されるため特に厳寒時の対策としては効果を期待できない場合がある。
管路に水がとどまらないよう水を出したまま流れる状態にしておく方法。水道代がかかる方法で特に水圧の高い地域では水道使用量が多くなるという欠点がある。気候条件にも左右されるため効果を期待できない場合があるほか、厳寒時には水を流した排水溝が凍結して溢れ出すおそれもある。
水道管にも耐用年数がある。従来は補修を始めとした予防的なメンテナンスは、事業規模の問題から後回しになることが多かったといえる。しかしながら、平成16年6月に策定された「水道ビジョン」では持続可能な水道を目指した運営・管理強化の中で老朽化施設の更新、再編・再構築の方向が示された。こうした中、管路としては石綿管と老朽管路の更新を計画的に推進するようになるとともに、基幹管路の耐震化がすすめられた。一方、平成25年3月に策定された「新水道ビジョン」では、強靱の観点からみた水道の理想像として、老朽化した施設の計画的な更新を進めており、管路の耐震化にあわせた老朽管路の更新を進めていく方向性が示されている。
老朽化の問題として、時折、大規模な破裂事故が話題となる。アメリカ合衆国の例では、2008年12月23日にワシントンD.C.にて直径約170センチの水道管が破裂。発生した激流により自動車が押し流されたため、ヘリコプターにより女性と子供らを救出するという事故が生じている。日本でも、全国の水道管の総延長約61万kmのうち、約3万800kmが法定耐用年数(40年)を過ぎており、事故等が懸念されている。既に腐食性が高い土壌では漏水事故や破裂事故が起きはじめており、赤水・濁水や断水の他、車が傷ついたり窓ガラスが破損するなどの被害も出ている。
所有者が不明な水道管が、日本全国に点在していることが確認されているが、各自治体とも、その全容がどれくらいになるかは不明としている。
2017年から兵庫県西宮市に居住するようになった男性が、不明管の存在が原因で高額な水道料金を支払わされている可能性があるとして、2019年4月に上下水道の管理者である同市を相手取り損害賠償請求訴訟を神戸地方裁判所に提起し係争中である。