JP2015132111A - 鋼管構造物の腐食補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管の内面に生じた腐食を、より低コストで効率的に補修することが可能な鋼管構造物の腐食補修方法を提供することを目的する。
【解決手段】本発明にかかる鋼管構造物の腐食補修方法の構成は、鋼管１１０ａ〜１１０ｊからなる鉄塔１００の腐食補修方法であって、非膨張状態のバルーン１７０を鋼管構造物を構成する鋼管１１０ｄの上部の開口から挿入し、バルーン１７０を膨張させることにより鋼管１１０ｄ内の補修箇所より下方を閉塞し、バルーン１７０の上方に充填材（発泡成形体１５２）を充填することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼管構造物の腐食補修方法に関する。

送電鉄塔を構成する部材は、断面がＬ字型のアングル鋼材、または鋼管に大別される。アングル鋼材よりも鋼管のほうが剛性が高いため、大型の鉄塔には鋼管が多く用いられる。鋼材の表面や、鋼管の表面には、鉄塔建設時に防食処理としてめっきが施される。このため、鋼材や鋼管の表面においては高い防食性能が得られる。これに対し、現存する多くの既設鉄塔の建設時には鋼管の内面へのめっき技術が確立されていなかったため、鋼管を主材とする既設鉄塔は、かかる鋼管の内面のめっきにムラが生じていることが多い。故に、鋼管部材で構成された既設鉄塔では、経年での自然環境の影響によって鋼管の内面の腐食（内面への錆付き）が生じやすい傾向がある。

腐食（錆付き）は、一度生じるとその後急速に進行する。このため、鋼管の内面へ腐食が発見された場合には早急に対処する必要がある。腐食を完全に除去する方法としては、腐食が生じた鋼管の部分的な交換や、鉄塔自体の全面的な建替が考えられる。しかしながら、鋼管の部分的な交換は、一時的に荷重を支持する治具を作成したり足場を組んだりする必要があるため、大がかりで長期的な工事となり多額のコストがかかる上に、送電の長期停止を伴ってしまう。

また鉄塔自体の全面的な建替は、既設鉄塔の撤去および新設鉄塔の建設に加え、既設鉄塔を撤去した後に新設鉄塔を建設し終わるまでに送電線を支持する仮設鉄塔の建設も必要となる。このため、鋼管の部分的な交換工事よりもさらに莫大なコストがかかり、工期もより長期化してしまう。このように鋼管の部分的な交換や鉄塔自体の全面的な建替は、多くの課題を有する。

鋼管の部分的な交換や鉄塔自体の全面的な建替を必要とすることなく鉄塔の腐食を補修する方法としては、鉄塔（鋼管）内部を合成樹脂によって充填する方法が開示されている（例えば特許文献１）。特許文献１では、既設の中空鋼管鉄塔を構成する鉄塔鋼管の内部空間に押出機を挿入し、押出機から合成樹脂（発泡スチロール）を押し出しながら押出機を徐々に引き上げることにより、鉄塔鋼管の内部空間の底部から頂部までを合成樹脂によって充填している。

特許第４８３２０７２号

特許文献１によれば、鋼管鉄塔の腐食を低コストで補修可能であるとしている。しかしながら、特許文献１のように鉄塔鋼管の内部空間の底部から頂部までを合成樹脂によって充填する方法であると、腐食箇所が鋼管鉄塔の中途部分であった場合にも底部から合成樹脂を注入しなくてはならない。このため、特許文献１の方法であると、腐食箇所以外にも合成樹脂を注入しなければならず、材料コストおよび作業時間が多大となり、無駄なコストが生じてしまう。

鋼管鉄塔では、例えば鉄塔の下部の太い鋼管にはＴＰ鋼管が用いられ、上部の少し細い鋼管には普通の鋼管が用いられることがある。ＴＰ鋼管は、内面がモルタルによって被覆されていて、アルカリ性が保たれているため腐食が発生しづらい。しかしＴＰ鋼管の上部に連結された普通の鋼管の内面には、腐食が生じることがある。このような場合、特許文献１の方法であると、補修が必要ないＴＰ鋼管にも合成樹脂を充填しなければ、その上部に連結された鋼管に合成樹脂を充填することができず、合成樹脂を余分に消費してしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、鋼管の内面に生じた腐食を、より低コストで効率的に補修することが可能な鋼管構造物の腐食補修方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる鋼管構造物の腐食補修方法の代表的な構成は、非膨張状態のバルーンを鋼管構造物を構成する鋼管の上部の開口から挿入し、バルーンを膨張させることにより鋼管内の補修箇所より下方を閉塞し、バルーンの上方に充填材を充填することを特徴とする。

上記構成によれば、鋼管内に挿入したバルーンを補修箇所の下部で膨張させることにより、鋼管内のバルーンより下方の空間、すなわち補修箇所より下方の空間が閉塞される。これにより、バルーンより上方の補修箇所のみに充填材を充填することができるため、充填材の無駄な消費を防ぎ、補修コストをより削減することが可能となる。また補修箇所のみに充填材を充填可能であることにより作業時間を短縮することができるため、作業効率の向上が図られる。

上記バルーンは、円筒形状の弾性を有する素材からなり、バルーンの上部には、バルーンに気体を供給するチューブが接続されているとよい。バルーンを円筒形状とすることにより、断面が円筒形状の鋼管により沿うようにバルーンを膨張させることができ、バルーンが弾性を有する素材からなることにより、鋼管内面への追従性を高めることができる。これにより、バルーンを鋼管内面に好適に密着させることができるため、補修箇所より下方の空間をより確実に閉塞し、かかる空間への充填材の漏れを防ぐことが可能となる。またバルーン上部にチューブが接続されていることにより、かかるチューブを索体としながら鋼管内にバルーンを挿入することが可能となる。

上記バルーンの上部には、バルーンを吊り下げるロープが接続されているとよい。これにより、鋼管内への挿入時におけるバルーンの落下を好適に防ぐことができる。また上記バルーンの下部には、下方に向かって細くなる紡錘形状のウエイトが取り付けられているとよい。これにより、バルーンを、その自重のみによって鋼管内に挿入する場合よりも安定した状態で下方まで導くことが可能となる。

上記充填材は、モルタル、合成樹脂、発泡樹脂、反応性発泡樹脂から選択されるとよい。これらの材料を充填材とすることにより、腐食箇所への酸素および水分の接触を防ぐことができるため腐食の進行が防止され、かかる腐食箇所を好適に補修することが可能となる。特にモルタルを注入するとバルーンの内圧が高まるため、バルーンと鋼管内面との密着性を高めることができる。

本発明によれば、鋼管の内面に生じた腐食を、より低コストで効率的に補修することが可能な鋼管構造物の腐食補修方法を提供することができる。

本実施形態にかかる鋼管構造物の補修方法によって補修する鉄塔を例示する図である。 本実施形態にかかる腐食補修方法を説明する図である。 図２に示すノズルの詳細を説明する図である。 充填材である発泡成形体の注入方法の他の例を示す図である。 充填材である発泡成形体の注入方法の他の例を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかる鋼管構造物の補修方法によって補修する鉄塔１００を例示する図である。図１に示すように、鉄塔１００は、複数の鋼管１１０ａ〜１１０ｊを連結して構成される。鋼管１１０ａ〜１１０ｊは、円筒状であり、鋼管１１０ｃに例示するように、その端部にはフランジ１１２ａ・１１２ｂが形成されている。そして、下方に配置される鋼管１１０ｄの上端のフランジ１１２ｃと、その上部に連結される鋼管１１０ｃの下端のフランジ１１２ｂとを固定することにより、それらの鋼管１１０ｃ・１１０ｄが連結される。

また鋼管にはガセットプレート（図１ではガセットプレート１１４ａ・１１４ｂを例示）が設けられていて、かかるガセットプレート１１４ａ・１１４ｂに斜材１２０が連結されることにより、鋼管１１０ｃ・１１０ｈが連結される。更に、鉄塔１００には足場１３０が設けられていて、この足場１３０において作業員Ｐが補修作業を行う。

図２は、本実施形態にかかる腐食補修方法を説明する図であり、図１に示す鉄塔１００の下部を断面にて図示している。図２（ａ）に示すように、鉄塔１００の最下部の鋼管１１０ｅには、内面がモルタル１０２によって被覆されているＴＰ鋼管が用いられていて、その上部に連結される鋼管１１０ｄは、モルタル１０２による被覆処理がなされていない普通の鋼管である。

本実施形態の腐食補修方法では、まず図２（ａ）に示すように非膨張状態のバルーン１７０を鋼管１１０ｄの上部の開口からかかる鋼管１１０ｄ内に挿入し、バルーン１７０を補修対象の領域より下方に配置する。上述したように、鋼管１１０ｅ（ＴＰ鋼管）はモルタル１０２によって被覆されているため腐食が生じにくく、その上部に連結される鋼管１１０ｄは、モルタル１０２による被覆がなされていないため、ＴＰ鋼管よりも腐食が生じやすい傾向がある。このため、本実施形態では、鋼管１１０ｅ（ＴＰ鋼管）の上部に連結される鋼管１１０ｄを補修対象とし、その鋼管１１０ｄの下方、すなわち鋼管１１０ｅ（ＴＰ鋼管）の内部にバルーン１７０を配置している。

本実施形態のバルーン１７０は、円筒形状であり、例えばクロロプレンゴム等の弾性を有する素材から構成される。バルーン１７０の上部には、かかるバルーン１７０に気体を供給するチューブ１７２が接続されていて、チューブ１７２を通じてバルーン１７０に気体を供給することにより、図２（ｂ）に示すようにバルーン１７０が膨張する。これにより、鉄塔１００内（図１参照）において、鋼管１１０ｄ内の補修箇所より下方の空間、すなわち鋼管１１０ｅ（ＴＰ鋼管）の内部の空間が閉塞される。

上記のようにバルーン１７０を膨張させる際、バルーン１７０が円筒形状であることにより、鋼管１１０ｅの円筒形状の内面に沿うようにバルーン１７０を膨張させることができる。またバルーン１７０が弾性を有する素材からなることにより、鋼管１１０ｅの内面への追従性を高めることができる。これらにより、バルーン１７０が鋼管１１０ｅの内面に好適に密着するため、補修箇所より下方の空間を確実に閉塞することができ、後述する充填材の漏れを防ぐことが可能となる。

またバルーン１７０の上部にチューブ１７２が接続されていることにより、そのチューブ１７２を索体としながら鋼管１１０ｅ内にバルーン１７０を挿入することができる。なお、本実施形態では、膨張状態において円筒形状となるバルーン１７０を例示したが、これに限定するものではない。バルーン１７０が鋼管１１０ｅの内面に良好に密着する素材からなる場合には、円筒形以外の形状とすることも可能である。

更に、図２に示すように、本実施形態では、バルーン１７０の下部にウエイト１７４を取り付けている。これにより、バルーン１７０を、自重のみで挿入する場合に比して安定した状態で鋼管１１０ｅ内に挿入することができる。特に本実施形態のようにウエイト１７４を下方に向かって細くなる紡錘形状とすることにより、鋼管１１０ｄ内でのウエイト１７４の引っ掛かりを防ぐことができ、ウエイト１７４ひいてはバルーン１７０を、鉄塔１００内（鋼管１１０ｄ内）をスムーズに通過させることが可能となる。

また本実施形態では、バルーン１７０の上部に、かかるバルーン１７０を吊り下げるロープ１７６を接続している。これにより、上述したようにバルーン１７０にウエイト１７４を取り付けた場合であっても、ウエイト１７４の重量をロープ１７６によっても支持することができる。したがって、ウエイト１７４の重量によるチューブ１７２からのバルーン１７０の脱落を防ぎ、挿入時におけるバルーン１７０の落下を好適に防止することが可能となる。

図２（ｂ）に示すように、補修箇所の下方に配置したバルーン１７０を膨張させたら、図２（ｃ）に示すように、バルーン１７０の上方に充填材を充填する。かかる充填材としては、モルタル、合成樹脂、発泡樹脂、反応性発泡樹脂等を好適に用いることができる。これらの充填材により、腐食箇所への酸素および水分の接触を防ぐことができるため腐食の進行が防止され、かかる腐食箇所を好適に補修することが可能となる。特にモルタルを注入するとバルーンの内圧が高まるため、バルーンと鋼管内面との密着性を高めることができる。ただし、これらの材料に限定するものではなく、他の材料を充填材として用いることも可能である。

以下、本実施形態では充填材として、反応性発泡樹脂である反応硬化型樹脂発泡成形体（以下、発泡成形体１５２と称する）を用いる場合を例示して説明する。反応性発泡樹脂とは、２種類以上の液体（薬剤）を混合しながら注入することにより、注入後に反応して発泡膨張および硬化する樹脂である。図２（ｃ）に示すように、本実施形態では、鋼管１１０ｄの開口から２種類以上の液体を、ノズル１４０内で混合しながらかかるノズル１４０の先端（後述する吐出口１４０ａ）から鋼管１１０ｄ内に注入する。なお、本実施形態では、２種類の液体１５０を混合して注入する場合を例示して説明するがこれに限定するものではなく、３種類以上の液体を混合して注入することも可能である。

図３は、図２に示すノズル１４０の詳細を説明する図であり、ノズルを断面にて図示している。本実施形態では、図３に示すノズル１４０によって、２種類の液体１５０を高圧混合しながら高圧注入する。図３に示すように、ノズル１４０には、かかるノズル１４０に、２種類の液体のうち一方（以下、液体Ａと称する）を供給する第１供給管１４２ａ、および他方（以下、液体Ｂと称する）を供給する第２供給管１４２ｂが接続されている。またノズル１４０には、かかるノズル１４０に供給された液体Ａおよび液体Ｂそれぞれを供給タンク（不図示）に送出する第１送出管１４４ａおよび第２送出管１４４ｂが接続されている。更に、ノズル１４０には、吐出口１４０ａを封止するコック１４６が設けられていて、コンプレッサ（不図示）に接続され、かかるコック１４６の開閉に用いられる油圧ケーブル（不図示）が接続されている。

上記構成によれば、２種類の液体（液体Ａおよび液体Ｂ）は、供給タンクとノズル１４０とを循環するように流れる。そして、コック１４６を開くことにより、吐出口１４０ａにおいて液体Ａと液体Ｂとが混合され、かかる吐出口１４０ａから噴出する。このとき、本実施形態のように液体Ａと液体Ｂとが供給タンクとノズル１４０とを循環する構成としていることにより、コック１４６を開状態としたときのノズル１４０内の圧力低下を防ぐことができる。したがって、ノズル１４０内の高圧状態が好適に維持されるため、液体Ａと液体Ｂを高圧混合しながら高圧注入することが可能となる。

本実施形態のように液体Ａと液体Ｂを高圧混合可能であることにより、それらを均一に混合することができ、それらが反応することによって生成される発泡成形体において高い品質安定性を得ることが可能となる。そして、混合した液体１５０を高圧注入可能であることにより、かかる液体１５０を、鋼管１１０ｄの上部から下方まで迅速に搬送することができる。したがって、反応時の発泡膨張が開始する前に液体１５０の注入を完了することが可能となる。

上述したようにノズル１４０において高圧混合した液体を、図２（ｃ）に示すように鋼管１１０ｄ内に注入すると、図２（ｄ）に示すように反応した液体が上方に向かって発泡膨張する。そして、発泡膨張した液体１５０が硬化して反応硬化型樹脂発泡成形体（以下、発泡成形体１５２と称する）となることにより、図２（ｅ）に示すように、かかる発泡成形体１５２が鋼管１１０ｄ内に充填される。そして、バルーン１７０に接続されているチューブ１７２およびロープ１７６を切断することにより、補修作業が完了する。

このとき、本実施形態では、膨張させたバルーン１７０が補修箇所の下方に配置されているため、鉄塔１００内において、バルーン１７０より下方の空間、すなわち補修の必要がない鋼管１１０ｅ（ＴＰ鋼管）の内部の空間はバルーン１７０によって閉塞されている。これにより、図２（ｅ）に示すように、鉄塔１００内では、補修の必要がない空間に発泡成形体１５２（充填材）を充填することなく、バルーン１７０より上方の補修が必要な空間のみに発泡成形体１５２を充填することができる。したがって、充填材の無駄な消費を防ぎ、補修コストをより削減することが可能となる。また充填量が減らせることにより、充填に要する作業時間を短縮することができ、作業効率の向上を図ることも可能となる。

そして、図２（ｅ）に示すように、鋼管１１０ｄ内において腐食箇所が発泡成形体１５２によって覆われた状態となることにより、腐食箇所への酸素および水分の接触が防がれる。これにより、腐食を防止することができ、腐食箇所を好適に補修することが可能となる。このとき、混合された液体１５０が反応して発泡しながら膨張し発泡成形体１５２が充填されることにより、従来行われていた鋼管１１０ｄ内に押出機を挿入して樹脂を押し出して充填しながら押出機を徐々に引き上げるといった操作が不要となる。このため、補修作業の簡略化、ひいては作業効率の向上を図ることが可能となる。

また従来のように押出機のノズルを鋼管の下端近傍まで挿入する必要がないことで、鋼管１１０ｄの長さに対応した長いケーブル（チューブ）が不要となるため、装置を小型化することができ、高所作業においても良好な作業性が得られる。加えて、鋼管１１０ｄ内に押出機のような装置を挿入することなく、鋼管１１０ｄの開口からその内部に２種類以上の液体１５０を混合しながら注入することにより、いかなる大きさの装置を用いる場合であっても本実施形態の補修方法を適用することができるため、高い汎用性が得られる。

更に、上述したように混合した液体１５０が反応して発泡膨張することにより、従来のように単に液状の樹脂を注入する場合に比して、鋼管１１０ｄ内に注入する液体１５０の量を鋼管１１０ｄ内部の体積よりも極めて少ない量とすることができる。このため、液体１５０の注入作業、すなわち鋼管１１０ｄ内の充填作業に要する時間を大幅に短縮することができ、作業効率を更に向上させることが可能となる。

なお、反応硬化型樹脂発泡成形体（発泡成形体１５２）としては、例えば２種類の液体としてポリオールとイソシアネートを用い、それらが反応して生成される発泡ポリウレタン樹脂を好適に用いることができる。ただし、これに限定するものではなく、フェノール樹脂等、２種類以上の液体が反応した際に発泡膨張して硬化する発泡成形体であれば他の材料を用いることも可能である。また本実施形態では、発泡成形体１５２が鋼管１１０ｄに充填された後にチューブ１７２およびロープ１７６を切断する構成を例示したが、これに限定するものではなく、図２（ｂ）のようにバルーン１７０を膨張させた後であれば、液体１５０を注入する前に切断してもよい。

図４および図５は、充填材である発泡成形体１５２の注入方法の他の例を示す図である。図４では、図４（ａ）に示すように、鋼管１１０ｄの側面１１６ａに注入孔１１６ｂを形成し、その注入孔１１６ｂから２種類の液体１５０を混合しながら鋼管１１０ｄ内に注入する。そして、注入が完了したら、図４（ｂ）に示すように注入孔１１６ｂを栓１１８によって封止する。これにより、図４（ｂ）に示すように、反応した液体１５０が上方に向かって発泡膨張し、発泡膨張した液体１５０が硬化して発泡成形体１５２となることにより、図４（ｃ）に示すように発泡成形体１５２が鋼管１１０ｄ内に充填される。

上記説明したように、図４に示す注入方法によっても、混合された液体１５０が反応して発泡しながら膨張して発泡成形体１５２が充填される。したがって、上述したように上方から充填材を注入した場合と同様の効果を得ることが可能である。また鋼管１１０ｄの側面１１６ａの注入孔１１６ｂから液体１５０を注入する構成であれば、腐食箇所近傍に注入孔１１６ｂを形成することにより、腐食箇所近傍のみを補修することができるため、発泡成形体１５２の使用量ひいてはコストを削減することも可能である。

なお、鋼管１１０ｄの側面１１６ａに形成する注入孔１１６ｂは、本実施形態のように鋼管１１０ｄの下端近傍に設けることが好ましい。これにより、混合された液体１５０の鋼管１１０ｄの内面への付着が抑制されるため、液体１５０をより好適に発泡膨張させることができ、鋼管１１０ｄに充填される発泡成形体１５２の密度を均一化することが可能となるからである。ただし、本実施形態の注入孔１１６ｂの位置は例示にすぎず、鋼管１１０ｄの上部や中途部に形成する構成を除外するものではない。

図５では、図５（ａ）に示すように、２種類の液体（液体Ａおよび液体Ｂ）を混合するノズル１４０の先端に使い捨ての挿入管１６０を装着し、ノズル１４０において混合した液体１５０を挿入管１６０から鋼管１１０ｄ内に注入する。これにより、図５（ｂ）に示すように、反応した液体１５０が上方に向かって発泡膨張し、発泡膨張した液体１５０が硬化して発泡成形体１５２となり、図５（ｃ）に示すように、発泡成形体１５２が鋼管１１０ｄ内に充填される。

上記説明したように、ノズル１４０の先端に接続された挿入管１６０によって液体１５０を注入することにより、混合された液体１５０の鋼管１１０ｄ内面への付着を抑制することができる。したがって、液体１５０をより好適に発泡膨張させ、鋼管１１０ｄに充填される発泡成形体１５２の密度を均一化することが可能となる。また使い捨ての挿入管１６０を採用することにより、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、混合した液体１５０を注入後、ノズル１４０から挿入管１６０を外し、挿入管１６０をそのまま廃棄する（埋設する）ことができる。更に、ノズル１４０は液体１５０を高圧注入することが可能であるため、仮に挿入管１６０内において液体の反応（発泡膨張）が開始してしまっても、それを圧力によって挿入管１６０外に吐出させることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、鋼管構造物の腐食補修方法として利用することができる。

１００…鉄塔、１０２…モルタル、１１０ａ〜１１０ｊ…鋼管、１１２ａ・１１２ｂ・１１２ｃ…フランジ、１１４ａ・１１４ｂ…ガセットプレート、１１６ａ…側面、１１６ｂ…注入孔、１１８…栓、１２０…斜材、１２２…フランジ、１３０…足場、１４０…ノズル、１４０ａ…吐出口、１４２ａ…第１供給管、１４２ｂ…第２供給管、１４４ａ…第１送出管、１４４ｂ…第２送出管、１４６…コック、１５０…液体、１５２…発泡成形体、１６０…挿入管、１７０…バルーン、１７２…チューブ、１７４…ウエイト、１７６…ロープ

Claims (5)

1. 鋼管構造物の腐食補修方法であって、
   非膨張状態のバルーンを前記鋼管構造物を構成する鋼管の上部の開口から挿入し、
   前記バルーンを膨張させることにより前記鋼管内の補修箇所より下方を閉塞し、
   前記バルーンの上方に充填材を充填することを特徴とする鋼管構造物の腐食補修方法。
2. 前記バルーンは、筒形状の弾性を有する素材からなり、
   前記バルーンの上部には、該バルーンに気体を供給するチューブが接続されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管構造物の腐食補修方法。
3. 前記バルーンの上部には、該バルーンを吊り下げるロープが接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管構造物の腐食補修方法。
4. 前記バルーンの下部には、下方に向かって細くなる紡錘形状のウエイトが取り付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の鋼管構造物の腐食補修方法。
5. 前記充填材は、モルタル、合成樹脂、発泡樹脂、反応性発泡樹脂から選択されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の鋼管構造物の腐食補修方法。

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