Q&A 設計編
- Q01
圧送方式下水輸送システムの種類は？ -
圧送方式下水輸送システムの種類としては、次のようなものがあります。
（１）単一圧送方式
ポンプ場から処理場まで単一路線（多条管路も含む）で圧送する方式。処理場間の送水（送泥）に多く見られます。
（２）多重圧送方式
圧送本管の途中に流入圧送管を取り込む方式。小規模圧力式下水道との併用あるいは物理的・経済的に単一圧送方式がとりにくい場合などに採用されています。
（３）圧送と自然流下
管路の前半が圧送方式で後半を自然流下で送水する方式。地形的に全線自然流下方式がとりにくい場合に採用されています。
（４）多段圧送方式
圧送管路の途中に複数のポンプ場を設けて送水する方式。揚程が大きく単独でのポンプで揚水が困難な場合などに用いられています。
- Q02
下水道圧送管路に使用する管きょは、最小管径に規定があるのでしょうか？ -
「下水道施設計画・設計指針と解説 前編 －2019年版－」（社）日本下水道協会 §4.2.3 最小管径【解説】の最後行には『圧送管の最小管径については、ポンプ口径、流速、摩擦損失、汚水の種類を総合的に判断して決定する必要があります。』と記述されております。したがって、最適な管路設計となるよう口径を選定すれば良いと考えます。
- Q03
圧送管路の流量・流速の計算は？ -
『下水道施設計画・設計指針と解説』では、自然流下管の場合、一般にマニング式またはクッター式を用いています。また、圧送ではヘーゼン・ウイリアムス式が用いられています。
(１) Manning(マニング)式
(２) Kutter(クッター)式
(３) Hazen・Williams
(ヘーゼン・ウイリアムス)式（圧送式の場合）
- Q04
水撃圧ってなんですか？ -
圧送管路では、バルブの急開閉、あるいはポンプの急激な始動・停止を行うと、水の運動量が短時間に変化し管路内に異常に大きな圧力波が発生することがあります。この圧力波が発生する作用を水撃作用(ウォータハンマ)といい、発生圧力を水撃圧といいます。
水撃圧は管路の安全性を検討するうえで重要な要素で、圧送管路の構造設計においては、この水撃圧を内圧の重要な設計条件として十分に安全を見込む必要があります。
(１)水撃圧の予測方法
水撃圧を予測する方法は、大別すると経験則による方法と計算等による方法があります。さらに、計算等による水撃圧の解析法には、簡単な系については理論解法があり、複雑な系については数値解析が行われます。計算等による水撃圧は、弾性体理論に基づく非定常流況の基礎式を展開して数値計算により推定します。
水撃圧の予測には、経験則による方法が多く採用されており、次の値が用いられています。
ポンプ圧送：静水圧が0.44MPa未満の場合はその100％、静水圧が0.44MPa以上の場合はその60％または0.44MPaのいずれか大きい値。
(２)水撃圧対策
ポンプ系圧送管路では停電や事故等の理由によりポンプが急停止するため、水撃圧そのもののコントロールが難しいので水撃圧の防止対策が主体となります。この対策は、その主たる目的が負荷の防止または上昇圧力防止のいずれかにより異なります。
負荷の防止には、ポンプの回転部分にフライホイールを付ける方法、吸気弁を取り付ける方法、サージタンクの設置等があります。上昇圧力防止には、パイパス弁付き自動緩閉装置、安全弁の設置等があります。
引用文献『土地改良事業計画設計基準 設計「パイプライン」』より
- Q05
下水道圧送管路の最小土被りは？ -
道路法施工令第11条第4号によれば、公道内に埋設する管きょについては、「下水道管の本線を埋設する場合においては、その頂部と路面との距離は3m（工事上やむを得ない場合にあっては1m）以下としないこと」と記述されています。
また、『下水道施設計画・設計指針と解説』には、「ダクタイル鋳鉄管、ヒューム管（外圧１種、２種管）、強化プラスチック複合管、硬質塩化ビニル管、陶管の管種で300mm以下の下水道管の埋設について、電線、水道管、ガス管又は下水道管を道路の地下に設ける場合における埋設の深さ等についてより、最小土被りを表2.3.1として運用してよいが」との記述もあります。
しかし、下水道圧送管路においては管路凸部に空気弁を設置する必要があること、下水道空気弁（仕切弁を含む）の高さが600mm程度であることから、通常1m程度必要であると考えられます。
以上より、下水道圧送管路の最小土被りは、空気弁やバルブ等の付帯設備の高さを十分考慮して決めることを推奨します。
表2.3.1 浅層埋設基準
下水道管種別 頂部と路面との距離 下水道管の本線 当該道路の舗装の厚さに0.3mを加えた値（当該値が1mに満たない場合には、1m）以下にしないこと。 下水道管の本線
以外の線車道 当該道路の舗装の厚さに0.3mを加えた値（当該値が0.6mに満たない場合には、0.6m）以下にしないこと。 歩道 0.5m以下にしないこと。ただし切り下げ部があり、0.5m以下となるときは、あらかじめ十分な強度を有する管路等を使用する場合を除き、防護処置が必要。 注）ヒューム管（外圧1種）を用いる場合には、当該下水道管と路面の距離は1m以下としないこと。
- Q06
下水道圧送管路の耐震計算は、どのように行うのですか？ -
下水道施設の耐震対策は、『下水道施設の耐震対策指針と解説－2014年版』日本下水道協会に準じて行います。指針によると、汚水圧送管および送泥管は『水道施設耐震工法指針・解説』日本水道協会を参考にするとなっています。なお、津波被害が想定される場合は、東日本大震災における津波被害を勘案し、耐津波対策を行うこととしています。
また、計算方法については日本下水道協会より『下水道施設耐震計算例－管路施設編－2015年版』が発行されています。こちらも参考にしてください。
『水道施設の耐震対策指針と解説－2014年版』日本下水道協会より抜粋
表 レベル２地震動に対する機能保持の考え方管路施設 部位 査項目と許容値 マンホール
及び管きょマンホールと管きょの接続部- ・マンホールと管きょの接続部における屈折角及び抜出し量は、土砂流入が起こらない値以内とする。
管きょと管きょの継手部- ・管きょと管きょの継手部における屈折角及び抜出し量は、土砂流入が起こらない値以内とする。
マンホール本体部- ・RC構造及び組立式マンホールの応力度は、終局限界状態以内とする。
- ・周辺地盤又は埋戻し土の液状化による浮上がりを防止し、緊急輸送道路等における車両交通へ支障を与えないようにする。
- ・組立式マンホールの組立ブロック継手部の目開き量は、土砂流入が起こらない値以内とする。
管きょ本体部- ・管材個々の材料に応じて、断面崩壊等に至らない耐力を付与する。
- ・周辺地盤又は埋戻し土の液状化による浮上がりや路面沈下を防止し、緊急輸送道路等における車両交通へ支障を与えないようにする。
矩形きょ
及び開きょマンホールと矩形きょの接続部- ・マンホールと矩形きょとの接続部における屈折角及び抜出し量は、土砂流入が起こらない値以内とする。
矩形きょと矩形きょの継手部- ・矩形きょと矩形きょの継手部における屈折角及び抜出し量は、土砂流入が起こらない値以内とする。
- ・二次製品で縦断方向に本体を連続的に緊結する場合は、各継手の目開き量及び緊結した本体が縦断方向の不同沈下等による継手部のずれ量が、流下機能に支障を生じさせない値以内とする。
矩形きょ本体部- ・現場打ち式及び二次製品の矩形きょに発生する応力度は、終局限界状態以内とする。
- ・周辺地盤又は埋戻し土の液状化による浮上がりや路面沈下を防止し、緊急輸送道路等における車両交通へ支障を与えないようにする。
シールド管きょマンホールと管きょの接合部- ・マンホールと管きょの接続部における屈折角及び抜出し量は、土砂流入が起こらない値以内とする。
一次覆工部- ・リング継手部等の部材の破損がなく、リンク間の目開き量が止水に対して修復が可能な範囲以内とする。
二次覆工部- ・二次覆工の鉄筋の有無にかかわらず、ひび割れが生じても流下機能に支障を与えないようにする。
雨水吐き室
及び吐き口本体部- ・RC構造に発生する応力度は、終局限界状態以内とする。
- ・周辺地盤又は埋戻し土の液状化よる浮上がりや路面沈下を防止し、緊急輸送道路等における車両交通へ支障を与えないようにする。
汚水圧送管
及び送泥管本体部- ・「水道施設耐震工法指針・解説」を参考にする。
- ・周辺地盤又は埋戻し土の液状化よる浮上がりや路面沈下を防止し、緊急輸送道路等における車両交通へ支障を与えないようにする。
- Q07
下水道圧送管路に用いる管種は何を用いればいいのですか？ -
圧送方式の場合は、ポンプによる高水圧が管に作用するため耐圧性に優れた管種を選定する必要があります。ダクタイル鉄管には上水道、工業用水道、農業用水など高水圧管路で多くの実績があり、圧送方式に適した管種と言えます。
- Q08
下水道用ダクタイル鉄管の場合の粗度係数や流速係数は？ -
マニング式およびクッター式で用いられる粗度径数(n値)は、下水道用ダクタイル鉄管では次の値をとっています。
モルタルライニング管・・・・・・・・n＝0.013
エポキシ樹脂粉体塗装管・・・・・・・・n＝0.010また、『下水道施設計画・設計指針と解説－2019年版』によるとヘーゼン・ウイリアムス式で用いられる流速係数(C値)は、130又は150としています。
ヘーゼン・ウイリアムス式のC値
管種 管種管路におけるCH値 タグタイル鋳鉄管
(内面モルタルライニング)13017) 塗覆装鋼管 13017) ステンレス鋼管 13017) 強化プラスチック複合管 15018) ポリエチレン管
(直径200以上の場合)15018) タグタイル鋳鉄管
(内面エポキシ樹脂粉体塗装)15018)
- Q09
下水道用ダクタイル鉄管の継手に使用するゴム輪の材質は？ -
ゴム輪は用途に応じた継手用ゴム輪が準備されており、流体に応じた適切な材質のゴム輪を選ぶことができます。
ゴム輪の使用区分（JSWAS G-1‐2016より引用）
種類 条件 ゴム輪の材料 汚水・汚泥－SBR、EPDM溶剤、鉱物油などが混入する場合NBR雨水・処理水－SBR、EPDM空気温度60℃以上の場合NBR、EPDM温度60℃以下の場合SBR、EPDM変流水（注）－NBR、EPDM注 変流水は、汚泥の各処理過程で生じる濃縮分離液、消化脱離液、脱水ろ液などを合せて水処理施設に戻す排水を言う。
工業用ゴム材料の特性
- Q10
下水道用ダクタイル鉄管を配管する時に圧送する方向や施工方法に対して受口の向きを考慮する必要がありますか？ -
配管のしやすさには多少影響しますが、圧送管路の機能上は特に考慮する必要はありません。
- Q11
下水道用ダクタイル鉄管の切管最小長さについて -
切管の最小長さは接合形式や呼び径、また、使用する切管の種類（甲切管、乙切管）や施工条件等によっても異なりますが、原則として、呼び径と同じ長さ、又は１ｍのどちらかの長い方を採用します。ただし、接合形式によってはそれ以上の有効長でないと切管、接合、解体ができない場合がありますので、日本ダクタイル鉄管協会発行便覧の「資料編11.切管長さ」をご参照ください。
- Q12
下水道用ダクタイル鉄管の異形管挿し口に直接継ぎ輪を接合しても良いのでしょうか？ -
異形管は直管と製造方法が異なるため、規格上挿し口先端から受口に挿し込まれる必要な範囲しか外径許容差が確保されていないので、挿し口と継ぎ輪を接合すると継ぎ輪は軸方向に自由にスライドできるため、施工時に少しずれると許容差範囲をはずれたところで接合されることが有り得ます。この場合は管の寸法が確保されていないところで継手を接合することになるため、水密性は保証できなくなります。このような危険を避けるためにも、異形管に継ぎ輪を直接接合することは避けてください。
- Q13
下水道用ダクタイル鉄管を曲線布設する時の継手曲げ角度は？ -
下水道用ダクタイル鉄管のように継手に可とう性を有する管は、連続した曲げ配管により曲線布設することが可能です。しかし、設計時から許容曲げ角度を全部使って設計すると施工時の余裕がなくなるので、ある程度の余裕を持って設計することが必要となります。
- Q14
下水道用ダクタイル鉄管を用いて露出配管を行う場合に注意する点はありますか？ -
下水道用ダクタイル鉄管を露出して配管する場合は、次の点に注意する必要があります。
１．継手部のゴム輪の老化
露出されている継手部には日光、紫外線、酸素などが作用しますが、ゴムが直接さらされる部分はごく僅かであり、特に問題ありません。
２．温度差による管の伸縮
一般継手（Ｋ形、Ｔ形、Ｕ形）では、管有効長分の伸縮量（6ｍ直管の場合、温度差30℃で約2ｍｍ）を十分に吸収します。伸縮量のない離脱防止継手（ＵＦ形）を用いている管路や鋼管との接続部分では、継ぎ輪や伸縮継手を用いる必要があります。
３．管支持、曲管防護
管の支持は直管1本あたり1～2ヶ所の支持台を標準としています。傾斜地の配管では雨水または地下水の水流による埋戻し土の流出、コンクリート基礎の浮上り、倒れなどが生ずる恐れがあるため十分な支持台の検討、施工が望まれます。
また曲管、Ｔ字管などの異形管部にはコンクリート防護工や離脱防止継手などで管が移動しないように固定します。
４．管体防護
道路沿いでは通行車輌による衝突、山地では落石などの恐れがありますので、周辺状況に応じた管体の保護を行う必要があります。
５．外面塗装
環境条件に合った塗料を用います。日本ダクタイル鉄管協会では、露出配管等における外面特殊塗装に用いる塗料および塗装方法について『JDPA Z 2009-2011 ダクタイル鋳鉄管外面特殊塗装』で定めていますのでご参照ください。
-
Q15
下水道マンホールポンプ施設の設計に役立つ参考図書はありませんか？ -
『下水道施設計画・設計指針と解説 前編 －2019年版－』日本下水道協会 §4.10.2輸送システム（圧送式）の【解説】にマンホール形式ポンプ場の計画・設計での留意点について記述されています。また、『下水道マンホールポンプ施設技術マニュアル 1998年』『下水道マンホールポンプ施設の改築計画に関する技術資料 2016年』などが日本下水道新技術機構より発行されていますのでご参照ください。