小口径管路の不等沈下蛇行による腐食劣化と診断事例
オリジナル設計株式会社 北日本支店 須田充生 1. はじめに Ａ県流域下水道（Ｔ処理区）は、1976 年 （昭和 51 年）より事業に着手し下流域から 順次整備が進められ、現在処理場（昭和57 年4 月供用）および中継ポンプ場１５箇所 が稼働している。対象となる市町村３市４ 町１村は、すべてが接続し供用を開始して いる。計画処理人口に対する整備率は93％、 管渠の整備率は89％である。2010 年（平 成 22 年度末）調査委託対象とされた流域 幹線は、1993 年（平成 5 年）～1994 年（平 成6 年）に整備（経過 18 年～19 年）され た管路である。調査地点の起点（図-1）は Ｖ市（旧Ｌ町）からの自然流下流入と、Ｒ 村からの圧送流入を受け、調査終点の中継 ポンプ場までの1,380ｍを、ヒューム管φ450 ㎜により自然流下方式で結んでいる。 今回の調査では、幹線管路が抱える管路腐食劣化の発生原因や管路劣化が進行した要因 など、調査によって明らかとなった管路の状態についての調査診断プロセスを詳述し、そ の調査時の課題と解決策について述べる。 2. 調査地の概要 対象となる幹線が布設されている地域の地歴は、日本海中部地震（1983）において液状 化や地盤沈下が発生した地域であり（図-１、図-２）、基本的に緩い砂質地盤が主体である。 調査管路が布設されている砂丘周縁部『沖積砂層』は、砂丘砂の二次堆積物（砂丘砂が 日本海からの風に飛ばされて背後地に堆積し た砂）が主体であり、以下に特徴を述べる。 (1) 土質特性（粒度）としては、細粒分 10％ 以下、均等係数Ｕｃ2.0～3.0 と範囲の狭 い粒径のそろった砂である。日本海中部 地震当時には、水田のあちらこちらに噴 砂の痕跡があった事から、液状化し易い 条件を兼ね備えた緩い砂層地盤であるこ とが確認されている。 図-１ 対象路線の位置図 日本海 砂 丘 山 地 図-2 調査箇所の地層断面図（Ａ-Ａ） Ｒ村（干拓地） 調査管路(2) 当該幹線管渠は、この地域（砂丘周縁部）特有の土質特性（軟弱な腐植土層）などの、 不安定な堆積層による不等沈下の発生現象が予想された。一般的な下水道管路の流下 方式は、自然流下方式であるが、当該地域は全般に平坦な地形である事や流入点の無 い路線の区間距離が非常に長い事などから、圧送方式が多く採用されている。 (3) Ｒ村から流入する温泉源は、500 万年前の新生代に地面を覆っていた被子植物と海水 が共に地底に沈み、その植物が後に腐植質（モール Moor）となって溶け込んだモー ル温泉である。そのため、動植物（有機物）が地底の嫌気的な環境により分解される 硫化水素も含まれると考えられる。 3. 劣化診断調査 今回の劣化診断調査（図-3）では、事前調査の情報を基に調査管路を把握し調査をおこ なった。 事前調査は、管路劣化の調査を進めるにあたり、基本となる管路竣工図書や下水道台帳 などの情報を収集・整理し当初の管路状態を把握した後に、現地調査による現在の管路の 状態と、布設当初の管情報（勾配等）の比較を行い、経年変化により管路内の状態がどの ように変化したかを把握した。劣化診断調査フロー事前調査①~④について以下に述べる。 ① 施設情報 管路施設の設置年度、施設規模、施工方法、仕様（管種） など、下水道台帳や竣工図書に表記されている内容から基 礎的な情報（道路上の管路占用位置、布設工法）などを調 査収集し整理を行った。 ② 維持管理情報 維持管理情報は、管路施設の点検・清掃・苦情および補 修履歴など、経年変化を把握するための資料として調査し た。また、日常の維持管理履歴（中継ポンプ場の運転状況 や流量の変化・運転日報）を収集した。 ③ 管路診断情報 一般に管路診断情報は、テレビカメラ調査、目視調査、 流量調査などがあり、管路の経年的な劣化状況を知ること ができるため、本調査も情報の収集整理を行った。 ④ 管路環境情報 管路環境情報とは、管路の埋設や周辺の状況などであり、 硫化水素の発生予測に必要な情報が得られたり、管内調査 時の安全情報として有用な資料となるため、本調査におい ても行い劣化診断や優先度判定の基礎資料とした。 事前調査 ① 施設情報 ② 維持管理情報 ③ 管路診断情報 ④ 管路環境情報 ⑤ 現地踏査 管内調査 （テレビカメラ） 劣化調査 診 断 図-3 劣化診断調査フロー
4. 現地踏査時の状況（図-3 劣化診断調査フロー事前調査⑤について） 調査対象範囲の管路は、圧送開放後の自然流下管路（φ450 ㎜）ヒューム管である。汚 水が滞水している（写-１）の状態は、自然流下管路に圧送開放された汚水が流入し管路内 の水位が上昇した状態の写真である。水位が低下した状態（写-２）は、ポンプが停止した 事によりマンホール内の水位が低下した状態の写真である。 ① 管路の滞水状態 本調査ルートにおけるφ450 ㎜ヒューム管の本来の自然流下状態は、中継ポンプ場の運 転実績水量 Q=0.032m3/sec とＬ町流入 Q=0.016m3/sec を合計した水量 Q=0.048m3/sec の条件より以下となる。 ※実績水量Ｑ＝0.048m3/sec、ｉ＝1.80‰、ｖ＝0.717m/s、ｈ＝0.197ｍ（水深） 管路は上流のポンプ場から送られて来る汚水と旧Ｌ町からの自然流下流入を合流し自然 流下状態で流下している区間であるため、本来ならば水位はインバートを超える事なく、 ポンプ起動間隔に合わせて10 ㎝～20 ㎝程度の水位変動を繰り返す状況にある。しかし、 調査管路の（写-1）マンホール内では、ポンプの起動間隔に呼応して、20 ㎝の滞水状態か ら20 ㎝の水位変動（40 ㎝の水位）が発生しており、マンホール内の滞水状態は管頂部付 近まで上昇した水位を目視確認できる状況であった。 ② 調査時の問題点 実績流量Ｑ＝0.048m3/sec に対しては、本来インバート部分まで汚水が達する状況には ならず、現状のほぼ満管に近い水位上昇は竣工時の状態とは異なる管路状態が損失を発生 させ滞留状況を生み出していると考えられる。その原因は、不良な地盤条件（布設地の緩 い砂質地盤）によって沈下蛇行した管路の窪みや弛みに汚泥が沈殿し、その堆積汚泥が流 下断面を阻害した事により流下損失を増幅させ、更なる水位上昇を発生させた結果と考え られる。そのため、管内調査に際してはカメラが水没し撮影不可能となるため、第一に管 内洗浄を行い堆積物を除去し、それでも水位低下しない場合には、上流のポンプ施設を一 時停止してテレビカメラ調査を行う手順で調査に取りかかる事とした。 写－2 水位が低下した状態 写－1 水位が上昇した状態
5. 管内調査（テレビカメラ） ＴＶカメラ調査を実施するにあたり管内の事前洗浄をしたところ、全線に渡って管底部 に堆積物が見られた。中でも区間中央部の沈下蛇行は大きく、それに伴う汚泥堆積物量も 多いことから高圧洗浄だけではＴＶカメラ車の進入は不可能であったため、高圧洗浄と吸 引清掃を行った後にＴＶカメラ調査を実施した。管路の蛇行状態の把握については、ＴＶ カメラ調査によって、管路に残された水位の跡から水深を求め縦断的な蛇行を把握した。 6. 調査結果による考察 ① 管路の不等沈下と蛇行 正常な管路の場合、断面、流量、勾配に変化がなければ、管路内の汚水は一定の深さで 流れる。しかし、実績水量からの水深に対し調査水位の水深がその深さを上回る場合、管 路には沈下若しくは、隆起が発生していると考えられる（図−４）。 今回調査区間のNO.187~ NO.189 区間（図−５）は、沈下蛇行による管路の不陸変動が 最も大きい区間であり、水位の跡から算出した沈下量は最大で 20 ㎝を超える箇所もあった。 また、その前後にも不陸の箇所は多数確認されており、汚泥量が多かった原因と判断した。 図-４ 蛇行管路の水位状態 堆積汚泥 図-５ 不陸路線縦断面 T .P ( m)
② 管路の腐食（劣化調査） 調査は上流の圧送ポンプを停止させ て行った。滞水状態の箇所は多数あり、 最大20cm 程度の水深となっている滞水 区間（写－３）も確認された。この箇所 の管頂部には流水時の痕跡があり通常の 流水時には水深40 ㎝程度になる事が確 認できた。 管路の沈下蛇行と汚泥堆積は、管路底 に閉塞された嫌気性環境を作り出し、堆 積した汚泥から硫酸塩還元細菌によって 硫化水素が生成される環境にある。この 生成された硫化水素は、ポンプ圧送によ る間欠送水によって、下流管渠へ硫化水 素が送られ腐食劣化を管渠内に拡散させ ている状況であった。汚水滞水箇所の下 流に位置する管路内状況（写－４）は、 調査区間全体にわたり、流水部上面（水 面）から管頂まで紫色で結晶化した生物 膜のようなものが垂れ下がった状態で一 面に付着し激しい腐食劣化が発生してい た。この付着物に高圧洗浄水が直撃した 箇所の付着物は剥離したが、ほとんどは 管体表面に付着したままの状態で、クラ ック等についての確認はできなかった。 写-５（解析ソフトを用いた管頂部を切 って開いた状態の写真）は、コンクリー トと硫酸イオンとの腐食進行が、反応の 程度に応じて褐色から黄色、白色へと変 色している状態が管頂部から側部の洗浄 剥離された痕に沿って確認された。この 様なヒューム管の腐食劣化は調査路線全 線に及んでおり、管路蛇行によって腐食 の状態がより進行したものと考えられる。 また、3 箇所の補修痕も確認されており、 管頂部に残る流水の跡 流水時の水深は 40 ㎝ 写-３ 滞水状況 滞水深さ 20 ㎝ 写-４ 管内直視写真 紫 色 で 結 晶 化 し た 生 物 膜 の よ う な も の 洗浄ｼﾞｪｯﾄ水が直撃した部分 だけ付着物がはがれている。 流水管底部 継手部 管頂部 管頂部 写-５ 腐食変色状況 洗浄痕と変色状況 褐色→黄色→白色
③ 主成分調査 水面境界部から管頂まで紫色の生物膜のようなもの（スケール）が垂れ下がり、一面に 付着していた物については、コンクリートの腐食劣化によるものかを調べるため、強熱減 量試験、土壌標準分析、土壌養分分析を追加で実施した。その結果、有機物 3.6％、シリ カ（SiO2）21.2％、カルシウム（Ca）18.1％等の分析結果が得られ、コンクリート主成分 鉱物が硫酸と反応して生成された成分である結果を得た。スケールの有機物量は 3.6％と 少量であることから、付着物のほとんどは汚水が付着して生成した生物膜ではない事が判 明し、そのほとんどは腐食による硫酸とセメントの反応によって生成されたものであった。 7. 管路診断 調査路線は、小口径管路φ450 ㎜である事からテレビカメラ調査によって表面的な腐食 劣化状態を確認し診断するものであった。この時点での診断としては、管路洗浄を行って も管渠壁面の付着物の剥離洗浄は困難な状況であったため、洗浄痕の部分からの目視判定 による診断となった。路線最上流部の圧送吐出し箇所のマンホールと管路腐食では、骨材 露出が認められたため腐食Ｂとし、管路では壁面腐食による鉄筋露出やクラックなどは確 認されなかったため、壁面状態は腐食Ｃと判定し緊急度判定はⅡとした。しかし、NO.186 ～NO.187 路線のカメラの腐食状態（写－４）は非常に激しく、過去の部分補修の痕跡も 見られたため、腐食がヒューム管の強度低下にどの程度影響を及ぼしているかを定量的に 判断する必要を感じ、衝撃弾性波による検査ロボットを用いて診断を行った。その結果37 本中2 本（5％）の管渠に、安全値である残存強度基準値 23.2％に対し、残存強度が 22％ と22.8％の軸クラックＡ判定の管が見つかった。 緊急度判定としては、管の腐食Ｃ、上下方向たるみＢ、不良率Ｃ、の総合判定より緊急 度判定はⅡとなり当初判定とは変わらぬ結果となった。但し、当該調査管路の腐食進行状 態は目視判断が不可能なため、再度衝撃弾性波法を用いた検査により総合診断を行う事と した。なお、本業務は診断業務であり今後同様の管路状態の診断には、衝撃弾性波法を用 いた検査によって、より管渠の劣化状態に合った改築・更生設計が可能になると考える。 8. おわりに 本調査地の管路劣化の要因には、地域特性から温泉排水が流入汚水に混入するケースや 小規模の地区をマンホールポンプ施設へ集め、さらに中継ポンプ場に集めて排水するケー スなど、腐食劣化の進行を早める原因があった。また、これらの要因に布設地盤が軟弱で あったことに起因する不等沈下蛇行による汚泥堆積などが加わり、管路の歳月とともに蓄 積され発生した硫化水素が硫酸塩還元細菌によって硫酸腐食を引き起こしたと考える。 小口径管路では、高圧洗浄を用いてもなかなか剥離しない付着物が管内に付着し目視判 定も思うようにいかず、腐食劣化が進行しているケースも多い。また、人が入って検査確 認ができない事からも、定量的な劣化度判定を更に困難なものにしている。 今後、小口径管の劣化診断では、ロボット検査等を用いた合理的な診断と、安全を確保 した維持管理による改築修繕費用の平準化を、同時に推進する事が求められると考える。 （基準値A:23.2%未満≦B＜C:55.7％以上）
