優れたコンクリート推進管の条件は何ですか?

パイプジャッキの利点は十分に確立されています。 開削建設ではなくパイプ推進工を選択することにより、所有者は公衆への混乱を減らし、競争力のある価格で、騒音と排出量が少なく、正確に設置されたパイプラインを手に入れることができます。

パイプジャッキングの利点は明らかですが、ある程度のリスクが伴うわけではありません。 「鎖の強さはその最も弱い部分と同じである」という格言は誰もがよく知っています。 この原則はビジネスからスポーツまでさまざまなシナリオに適用できますが、文字通りパイプ推進にも当てはまります。

パイプ推進では、パイプの各セグメントを次々と地面に押し込み、長さと重量が増加する「パイプチェーン」を地下に構築し、パイプ内に徐々に応力を加えます。 線形に沿った任意の点で個々のパイプセグメントやジョイントが破損すると、特に「救出立坑やトンネル」を経由してパイプラインにアクセスすることが困難な都市部や水路では、プロジェクトに壊滅的な影響を与える可能性があります。不可能。

歴史的に、所有者や技術者の間でパイプ推進に関する知識は限られており、特に許容されるコンクリート推進管の作り方に関しては限られていました。 これは、パイプ推進工事全般、特にマイクロトンネリングのニッチな性質を考慮すると理解できます。 パイプストリングに沿った各パイプセグメントの重要な性質により、何十年にもわたって開削建設に適してきたコンクリートパイプは、現代のパイプ推進の要求をまったく満たしていません。

今日、パイプ推進工事やマイクロトンネル工事の請負業者は、最終用途を念頭に置いて構築された推進パイプを必要としています。 ジャッキングパイプには、追加の強度、パイプストリングを曲げることができるジョイント、水、土、ベントナイトの侵入を防ぐガスケットが必要です。

これは、ジャッキ パイプの設計や製造が複雑である必要があるという意味ではありません。 北米には、パイプ推進工事やマイクロトンネル掘削請負業者の期待に応えるパイプ セグメントを製造するパイプ メーカーがいくつかあります。 私たちは、Ward and Burke Microtunnelling 社のエンジニアであり共同創設者/所有者である Robert Ward 氏に話を聞き、米国とカナダのマイクロトンネリング プロジェクトのコンクリート推進管に関する経験を共有しました。 Ward and Burke Microtunnelling は、マイクロトンネリングに関連する問題についての教育と対話を促進する請負業者の組織である、北米マイクロトンネリング協会 (www.NAMicrotunneling.com) のメンバーです。

「所有者が最初に考慮すべきことは、多くの場合、ジャッキパイプが最終的な永続的な製品であるということです。長期的には他に何の興味もありません」とウォード氏は述べた。 「したがって、これはマイクロトンネリングプロセスの中で最も重要な部分です。」

実際、ジャッキ パイプは試運転時に最終的な恒久的な製品となり、上水、下水、その他の公共施設を運ぶ可能性があるため、寿命が長ければ長いほど、初期設置の費用対効果が高くなります。 さらに、これは、将来の修理や交換のための公衆への混乱が少なくなることを意味します。 ジャッキングパイプは、PVC、DIP などの恒久的な製品パイプのケーシングパイプである場合もあることを覚えておくことが重要です。場合によっては、ケーシングと最終パイプの間の環状部が埋め戻されて、ケーシングパイプが本質的に一時的なものになることがありますが、アニュラスは充填されておらず、ジャッキパイプは永久構造です。 あらゆる状況や用途において、プロジェクトを成功させるには高品質のジャッキ パイプを使用することが重要です。

では、優れたコンクリート推進管の特徴は何でしょうか? ウォード氏は、鍵となる分野をいくつか挙げています。 現在、マイクロトンネル パイプの標準仕様は存在しませんが、ウォード氏は、いくつかの既存の ASCE および ASTM 規格の一部を組み合わせて、マイクロ トンネル プロジェクトに適した鉄筋コンクリート推進パイプを作成できると述べています。 理想的には、これらの異なるセクションは、設計エンジニアがマイクロトンネリング プロジェクト、特に困難な地質、長距離ドライブ、またはカーブを伴うプロジェクトの仕様を作成するときに引用できる単一の標準に統合されます。

剛性: 有能な推進パイプに必要な最初の特性は剛性であり、それがコンクリートにつながるとウォード氏は言いました。 「建設中、パイプは点荷重がかかる障害物に遭遇することになるため、パイプは円形を維持する必要がある」と同氏は述べた。 「TBM は剛性が高く、円を描くので、TBM の後ろに押しているものはすべて円を維持するのが当然です。コンクリートは剛性が高く、点荷重がかかると円を維持します。」

ジョイントの設計: 「マイクロトンネルを成功させる鍵の 1 つは、摩擦を低減してジャッキの力を低く維持することです」とウォード氏は言いました。 「その方法は、パイプの外側にベントナイトを注入することです。多くの場合、ベントナイトは 40 ～ 100 psi の間で注入する必要があります。したがって、ガスケットは 13 psi ではなく、100 psi の外圧に耐えることができなければなりません」これはオープンカットパイプによくあることです。」

圧力は環を開いた状態に保つための鍵であり、これにより砂や土がパイプを掴んでパイプストリングに沿った摩擦が増加するのを防ぎます。

一般的なコンクリート配管システムでは、パイプラインに地下水が入らないように設計されたガスケットが使用されていますが、ベントナイト潤滑システムは考慮されていません。 「乾燥した地盤や浅い地盤でトンネルを掘る場合、高圧に耐えられるガスケットがなくても大丈夫だと考える人もいますが、そうではありません。地下水とは何の関係もありません。ベントナイトの圧力に耐えられないと、次のような結果が生じます。」砂や土がパイプに接触し、その結果、パイプが詰まる可能性があります。」

操縦可能なパイプ: 湾曲したドライブは長年にわたって国際的に一般的であり、過去 5 年間で米国とカナダでも一般的になりました。 曲線ドライブを実行できる機能により、中間シャフトを排除したり障害物を回避したりできるため、よりコスト効率の高いプロジェクトが実現します。設計されたアライメントが直線であっても、操縦能力はマイクロトンネル パイプにとって重要な特性です。 「理論上、トンネルが湾曲しているか直線であるかに関係なく、パイプは半径 500 メートルの曲線を通過できる必要がある」とウォード氏は述べた。

そのためには、ガスケットへの圧力を失わずにジョイントの開閉に柔軟性を持たせるために、パイプのテールスキンを 7 インチ延長する必要があります。 ウォード氏によると、テールスキンがコンクリートパイプの壁に埋め込まれている場合、アンカーと止水の両方として機能する角度が必要です。 さらに、テールスキンの外周に 12 インチごとに鋲付きアンカーを溶接するか、テールスキンが緩んで周囲に水が漏れるのを防ぐ目的でテールスキンに鉄筋アンカーを溶接する必要があります。 最後に、追加の止水材として機能するために、テールスキンの内側に接着された親水性のストリップが必要です。 (図 1 を参照: コンクリート推進管の一般的なジョイントの詳細)

図 1: コンクリート推進管の一般的な接合部の詳細

軸方向荷重: パイプジャッキでは、軸方向荷重を受け入れるパイプの能力が成功の鍵となります。 パイプは失敗することなく地面に押し込むことができなければなりません。 プロジェクトの長さに関係なく、頑丈なパイプが必要です。不完全な世界では問題が発生し、マイクロトンネル工事の請負業者がパイプストリングを動かし続けるために余分な力を加える必要がある場合があるためです。

さらに、コンクリート推進管は乾式鋳造ではなく湿式鋳造すべきであるとウォード氏は述べた。 通常、オープン カット プロジェクトに使用される乾式鋳造パイプは、湿式鋳造と同じ極限強度を備えていますが、湿式鋳造パイプの方が歪みに対する耐性が高く、84 インチで約 2,000 トンの軸方向荷重に耐えることができます。 半径 1,500 フィートのパイプ。

「私たちの経験から言えば、ひずみが0.002を超えると、ドライキャストコンクリートパイプは荷重に耐える能力を失い始めます」とウォード氏は述べた。 「湿式鋳造コンクリート パイプは、荷重に耐える能力の低下がほとんどなく、0.002 を超え、最大 0.005 以上のひずみでも荷重を支え続けることができます。ACI/ASCE は極限ひずみ耐量 0.003 を目指して設計されていますが、依然として「終末」シナリオにおいて、この負荷を超える十分な耐荷重があることを知って良かったです。」

「パイプに大きな負担がかかることは日常的に起こることではありませんが、事態が悪化する日に備えておく必要があります」とウォード氏は言う。 「窮地から抜け出すには、パイプをかなり強く押す必要があるかもしれませんが、濡れた鋳造パイプはその負荷に耐えることができます。」

湿式鋳造プロセスのもう 1 つの利点は、ジャッキ パイプの外側が滑らかになることです。 この滑らかなパイプ表面により、パイプ弦の皮膚摩擦が減少し、それによってドライブを完了するためにパイプに加えられる必要なジャッキ力が低下します。

パイプの壁の厚さ: コンクリートパイプは、その剛性に加えて、その壁の厚さにより、パイプジャッキプロジェクトに適しています。 コンクリート パイプの厚い壁により、中間ジャッキ ステーション (IJS またはインタージャッキ) を収容することができます。中間ジャッキ ステーションは、通常、入口ピットのジャッキに加えて推力を加える手段として長いマイクロトンネル ドライブに設置されます。 インタージャックは、パイプ セグメント間のパイプ ストリングに沿って定期的に配置され、この追加の推力機能は、パイプ ストリングをさらに押す必要がある場合の保険として機能します。

インタージャック シリンダーの直径は約 6 インチで、少なくともインタージャック シリンダーの直径の壁厚が必要です。

「壁が厚いコンクリートパイプは、非常に高い負荷でインタージャッキとともに使用できるため、他のすべての製品に比べて本質的に経済的な利点があります」と彼は言いました。 「繰り返しになりますが、インタージャックを頻繁に使用する必要はないかもしれませんが、必要なときに諦めるパイプは望ましくありません。」 他のパイプ材料と比較して、コンクリート管のインタージャッキ ステーションは、製造、推進中に設置し、推進完了時に取り外すのがより経済的である傾向があります。

パイプの調達: ウォード氏によると、多くのコンクリート パイプ メーカーは高品質のジャッキ パイプを提供する能力を十分に備えています。 重要なのは、高品質の金型を作成することです。 ジャッキパイプの公差は、一般的なオープンカットコンクリートよりも高く、1/16 インチ程度である必要があります。 ウォードとバークは、世界クラスのプロジェクト向けに世界クラスのコンクリート パイプを製造している米国とカナダのコンクリート パイプ メーカーと協力してきました。

「一度型を設定してしまえば、パイプを作るのは簡単です」とウォード氏は言う。 「適切なパイプを作るのにそれほど費用はかかりませんし、パイプが詰まるよりも大幅にお金を節約できます。」

業界標準: 業界内では、コンクリート推進管に関連する新しい仕様書を作成する必要性について議論が行われてきましたが、ウォード氏は、既存の文書はマイクロトンネル請負業者のニーズを満たすコンクリート管を製造するためのガイダンスとして使用できると述べています。 ASCE 27-00 およびその後継 ASCE 27-17: 「非開削建設におけるジャッキ用プレキャスト コンクリート パイプの直接設計の標準実務」。

「ASCE 27-17 はマイクロトンネル業者にとってのバイブルです」とウォード氏は語った。 「あなたはそれを知り、それを遵守する必要があります。」

パイプの強度については、ASTM C76-19:「鉄筋コンクリート暗渠、雨水管、および下水管の標準規格」を参考資料として使用できます。 この規格では 5 つの異なるクラスのパイプが識別されており、クラス V が最も堅牢です。 Ward 氏は、すべてのパイプ推進プロジェクトにクラス V パイプを使用することを推奨しています (クラス IV が許容される可能性がある、ビーチの砂や岩でのトンネル掘削の場合を除く)。

最大 50 psi の圧力定格までのパイプ用ガスケットに関する規格は、ASTM C361-16「鉄筋コンクリート低頭圧力パイプの標準仕様」に記載されています。 AWWA の C-300 パイプ仕様は、圧力定格が 50 ～ 150 psi のシリンダーケース入りマイクロトンネル コンクリート パイプに使用する必要があります。

ASCE はまた、マイクロトンネリングの計画、設計、パイプ材料および建設をカバーする書籍「マイクロトンネリングの標準建設ガイドライン」も出版しています (CI/ASCE 36-15)。

用途に合わせて適切に設計されたパイプを選択することで、所有者は今後何世代にもわたって公衆の要求を満たすプロジェクトを成功させることができます。

Ward and Burke の共同創設者である Robert, Ward は、北米マイクロトンネリング協会 (NAMA) を代表してこの記事の情報源です。 NAMA とそのメンバーはこの記事の内容を支持します。