衛生マンホール

衛生マンホール（下水道マンホール、^[1] 衛生下水道マンホール^[2]または下水道保守孔^[3]）は、地下の衛生下水道システムの保守および検査のためのアクセスポイントとして使用されるマンホールです。衛生マンホールは、加圧された下水ガスの蓄積を防ぐための通気口として使用されることがあります。^[4]さらに、ゴミの除去や、脱脂剤や殺虫剤などの化学物質の塗布にも使用されます。^[5]

地下下水道管が地表近くに敷設されている場合（地方自治体の規制により、深さ0.75メートル（2.5フィート）未満または2メートル（6.6フィート）未満の場合があります）、代わりに検査室がアクセスポイントとして使用されます。^{[6] [7]}検査室を使用すると、人が中に入ることなく下水道管にアクセスできます。^[6]

衛生マンホールは、単純な直線下水道管から変更がある場所に建設する必要があります。これには、複数の管を1つに結合したり、1つから分岐したりするすべての接合部、曲がり、標高の変化、パイプサイズの変化、パイプタイプの変化が含まれます。^[5]

直線下水管については、衛生マンホールの間隔要件に関する普遍的な合意はない。歴史的に、米国の都市部のビジネス中心地では、マンホールはすべての街区に設置され、間隔は 300 ～ 400 フィート (91 ～ 122 メートル) である。^[8]米国のより現代的なガイドラインでは、小口径の下水管では 400 フィート (120 メートル) ごとに、大口径の下水本管では 500 フィート (150 メートル) ごとに設置することが提案されている。^[5]カナダでは、下水管の直径に応じて 120 メートルと 150 メートルという同様の間隔ガイドラインが見られる。^[9]イングランドでは、最大間隔を 90 メートル (300 フィート) に設定している。唯一の例外は、直径が人の身長よりも大きい下水管である。その場合、最大 200 メートル (660 フィート) の間隔が認められる。^[10]スコットランドでは、最大間隔 100 メートル (330 フィート) が使用されている。^[11]ブラジルでは120メートル（390フィート）の要件が適用され、^[12]南アフリカでは150メートル（490フィート）の要件が適用されます。^[13]

歴史的に、衛生マンホールはレンガで一体的に造られていました。下水が通過できる滑らかな水路を形成するために、底に大きな円形のコンクリートが造られました。レンガの壁は地面に近づくように持ち上げられました。この部分では、壁の直径を徐々に小さくすることができます。上部近くでは、レンガの壁の直径は急速に小さくなり、より小さな直径の蓋に合うように円錐形を形成しました。壁には鉄の横木の梯子が造られました。^[8]

現代の衛生マンホールは、下から上まで5つの主要なセクションに分かれています。ベースセクションにはチャネルがあります。バレルセクションはチャンバーとも呼ばれ、ベースの上にあります。古いマンホールのように徐々に狭くなるのではなく、まっすぐなセクションです。このセクションの高さは、マンホールの深さによって異なります。上部近くには、チャンバーのサイズからカバーのサイズに縮小するコーンセクションがあります。煙突セクションはシャフトとも呼ばれ、コーンセクションの上、カバーの下にあるまっすぐで狭いセクションです。最後はカバーセクションです。^{[14] [15] [16]}

ベースセクションの主な構成要素は、汚水が入口パイプから出口パイプにスムーズに流れるための導管を提供するチャネルです。チャネルは、パイプを半分に切断して下半分を残したような「ハーフパイプ」で形成された U 字型です。チャネルの幅は、入口パイプと出口パイプの内径に一致する必要があります。チャネルの最も低いポイントはインバートと呼ばれます。インバートには、汚水が容易に通過できるように傾斜が必要です。チャネルは、入口と出口の間で直線である必要があります。方向を変更する必要がある場合は、チャネルを鋭角にするのではなく、連続的に湾曲させる必要があります。複数の入口から接続する場合、ジョイントは曲線でスムーズに移行する必要があります。マンホールの壁からチャネルの上部までの表面領域はベンチです。ベンチには、水をチャネルに戻すための傾斜が必要です。ベンチは、チャネルと接続するベンチの最も低いポイントに基づいて、2 つの構成のいずれかになります。その地点から底質までの水路の深さが水路幅の半分であれば、ハーフベンチです。深さが水路幅と同じであれば、フルベンチです。フルベンチ構成では、ベンチの最も低い部分（水路の上部）から、水路の形状がU字型に変化する点までのポイントは、直線のドロップです。水路とベンチの設計と構築は、廃水中の研磨性固形物が高速で通過して底質を磨耗させ、洗掘を減らすために高品質で行う必要があります。 ^[17]

チャンバーセクションは、様々な材料で構築できます。 19 世紀、米国のマンホールはレンガとモルタルまたは石で構築されました。 20 世紀半ばに、プレキャストコンクリートが導入されました。 20 世紀後半には、現場打ちコンクリートが使用されました。 HDPE 、腐食を軽減する添加剤を使用したコンクリート、プラスチックなどの新しい材料が使用されています。^[16]現在、プレキャストコンクリートは新しいマンホールの最も一般的な材料ですが、作業現場がプレキャストコンクリートの持ち上げ作業に適さない狭い領域にある場合や、化学廃棄物ラインなどの特別な状況では、レンガやコンクリートブロックが依然として使用されています。 ^{[14]衛生マンホールをプレキャストコンクリートで構築する場合、プレキャストコンクリートピース間の接続ジョイントには}ガスケットが必要です。 構築方法、材料は、 ASTM C478などのプレキャストコンクリートマンホール規格に準拠する必要があります。^[18]

コーンセクションの目的は、開口部を大きなチャンバーサイズから小さなカバーサイズに縮小することです。石積みマンホールでは、レンガが内側にコーベルを形成し、開口部を目的のサイズに縮小します。^{[14]プレキャストコンクリートでは、コーンセクションには}同心と偏心の2つの形式があります。同心コーンセクションでは、上部の開口部はマンホールの中央にあります。偏心コーンでは、上部の開口部が中心から外れ、マンホール壁の片側まで移動しています。これは、マンホール壁に恒久的なはしごの横木を設置できるようにするためです。偏心コーンを設計する際は、片方の壁がチャンバー壁と一直線になっている垂直壁である一方、反対側の壁は傾斜しているため、荷重を慎重に計算する必要があります。^[19]一部の地方規制では、代わりに開口部が小さい鉄筋コンクリートスラブを使用することが許可されています。^[15]

煙突セクションは、カバーのフレームを支えるための小さな開口部を備えたコーンセクションの上にあります。このセクションは、チャンバーセクションと同じ方法と材料で構築できます。煙突の高さは、マンホールカバーを地面と面一にするために使用されるため、さまざまです。^[15]勾配調整リングは、煙突セクションの代わりにコーンセクションの上に使用して、フレームを必要なレベルに調整することもできます。^[20]

カバーセクションは衛生マンホールの最上部のセクションです。フレームとマンホールカバーで構成されています。^[16]カバーはマンホール上の交通負荷に耐えられるように設計されています。車両通行に適したものもあれば、歩行者専用のものもあります。^[7]

既存の下水道管にサービスを中断せずに新しい横配管を追加する一般的な方法は、ドッグハウス マンホールを使用することです。特殊なプレキャスト コンクリート構造には、底部に互いに正反対の 2 つの逆 U 字型の開口部があります。また、新しいパイプを挿入するための高い位置に穴があります。これを設置するには、ドッグハウス マンホールを下げて、2 つの開口部が既存のパイプの上をスライドするようにします。コンクリートを流し込み、プレキャスト コンクリートの壁から既存のパイプの半分の点まで傾斜したベースを形成します。これにより、マンホール ベース用のハーフ ベンチが形成されます。その既存のパイプの上部半分を切り開いてチャネルを形成します。新しいパイプを壁の穴から挿入します。これにより、新しいパイプからの汚水がベンチに落ち、チャネルに滑り落ちます。マンホールの上部はそのセクションの上に構築されます。^[21]

湿地、塩性湿地、または氾濫原にある衛生マンホールは、流入の影響を受けやすい。これは、外部の水がマンホールの蓋を通って下水道に直接流入する場合である。^[22]氾濫原のマンホールは、流入を防ぐために、上部フレームの縁が最大洪水レベルより高くなるように高くする必要があります。^[23]それが不可能な場合は、水が溜まる可能性のあるマンホールの蓋は完全に密閉する必要があります。蓋のピックホールは小さなボールで塞ぐ必要があります。プラスチック製またはステンレス製のボウルを蓋とフレームの間に挿入して、チャンバーへの流入を防ぐことができます。^[5]氾濫原のマンホールの外側にライナーを配置して、流入を減らすことができます。^[24]

洪水が発生しやすい川の下に下水道管を敷設する場合、高架マンホールの高さは最大洪水位より高くなければなりません。高架マンホールは川岸よりも高くなることもあり、時には人間の身長よりも高くなることもあります。^[25]

複数の下水道が合流する箇所には、合流マンホールが必要です。オーバーフローを避けるために従うべき一般的なルールがあります。小さな下水道の流入口は、主下水道の溝に曲がっている必要があります。小さな流入口の内径は、主下水道の流入口より上にする必要があります。ただし、主下水道の溝からあまり高くしてはいけません。^[1]

廃水には液体と固形物が混ざっています。高所の入口パイプから固形物を落とすと、マンホールの溝と出口パイプに残渣が残ってしまうことがあります。また、マンホールを損傷する恐れもあります。そのため、入口パイプと出口パイプの標高差は、60センチメートル（24インチ）未満など、あまり高くしてはいけません。^[1]

この問題を回避するには 2 つの方法があります。1 つ目は、入口下水管を前のマンホールから傾斜させることです。これにより、入口下水管の標高を低くし、マンホール チャネルに近づけることができます。この方法の欠点は、傾斜管を敷設するために深い溝を掘る必要があることですが、これは現実的ではない可能性があります。この方法をより大きな下水管 (直径 45 センチメートル (18 インチ) を超える) に使用する場合は、流れを遅くして、より大きな入口下水管の急流の乱流を最小限に抑えるための追加の手順が必要です。これには、流れを分割するための隆起構造の作成が含まれます。^[1]

2つ目の方法は、ドロップマンホールを使用する方法です。ドロップマンホールとは、排水中の液体や固形物がマンホール内の溝にスムーズに落下する構造を備えた接合マンホールです。ドロップマンホールには、渦流式とプランジングドロップマンホールの2種類があります。^[26]

渦流マンホールでは、高所からの流れが螺旋構造の垂直シャフトに入ります。流れはシャフトを螺旋状に下ってマンホールの底部の低所まで流れます。流れが構造物に沿って下る間、流れは螺旋構造の外壁に張り付きます。このような相互作用の摩擦により流れのエネルギーが消散し、流れの速度が制御されます。^{[26] [27]}

プランジングドロップマンホールでは、垂直パイプを使用して、高所からの流れをその垂直パイプ内のマンホールベースに直接落とします。^[26]プランジングドロップマンホールの垂直パイプ（ドロップパイプと呼ばれる）は、2つの方法で構成できます。1つの方法は、ドロップパイプをマンホール内に配置することです。もう1つの方法は、ドロップパイプをマンホールの外側に配置することです。外側のドロップパイプの場合は、マンホール内から上流の下水道を検査できるように、マンホール壁に接続するクリーンアウトパイプが必要です。^[1]

衛生マンホールが必要な場所で下水道管上に他の公共設備が敷設されている場合、代替案としてサイドエントランスマンホールを設置することがあります。サイドエントランスマンホールの垂直シャフトは障害物のない場所に設置されます。マンホールの底には、衛生作業員が下水道にアクセスできるように、下水道管に横方向に接続するトンネルがあります。^[1]

スクレーパーによる定期的な清掃が必要な大規模な下水道では、清掃機器を下ろすことができるように、より大きな開口部を持つマンホールから下水道にアクセスする必要があります。スクレーパーマンホールの開口部のサイズは90〜120センチメートル（3.0〜3.9フィート）です。^[28]下水道の詰まりを取り除くためにスクレーパーマンホールに人が降りる代わりに、ジェットロッダーやバキュームトラックを使用することもできます。これらは、通常サイズのマンホールを通じて地上から操作できます^[1]

下水道の頭では、汚水中の固形物を下水道に流すために使用できる流量がほとんどありません。これらの堆積物を洗い流すには、追加の流量が必要になる場合があります。これは、頭下水道にフラッシングマンホールを設置することで実現できます。フラッシングマンホールは、下水道内の固形物を洗い流すために放出できる水を貯めるために使用されます。シンプルな設計は、衛生作業員が地上からバルブを開閉して水の充填とフラッシング操作を実行できるマンホールです。フラッシングマンホールの水源は、飲料水、潮汐水、または下水処理場の浄化槽からの水から得られます^{[1] [29]}

浸入と流入（I&I）は、汚水以外の水が下水道に入るときに発生します。浸入とは、地下水が欠陥のあるパイプ、ジョイント、マンホールを通じて下水道に入ることです。すべての下水道管と衛生マンホールは、地下水が下水道に漏れるのを防ぐために密閉する必要があります。流入は、通気口やマンホールの蓋など、下水道の開口部から直接入ります。通常の運用では、少量の浸入と流入が予想されます。それらの量が多すぎると、下水道に追加料金が発生したり、設計よりも多くの汚水を輸送および処理するための運用コストが高くなったり、衛生下水道が溢れたりする可能性があります。^[31]

予防策としては、定期的に下水道やマンホールを検査することです。I&I テストを実行するために、いくつかの方法が使用されてきました。歴史的には、水テストが使用されていました。これは、通常 24 時間、テスト期間中、下水道の特定のセクションをブロックする浸透テストまたは浸出テストです。浸透テストでは、堰を流量測定装置として使用します。測定により、システムへの浸透量と流入量が示されます。浸出テストでは、マンホールに水を満たし、漏れを検出するために測定を行います。現代では、マンホールの完全性をチェックし、漏れを特定するために真空テストが行​​われます。^[32]もう 1 つの一般的なテスト方法は、煙テストです。この方法では、土嚢を使用して下水道セクションを密閉し、マンホールに煙を送り込みます。漏れは、漏れのある場所で目に見える煙によって確認できます。^[33]

降雨は過剰な浸透と流入を引き起こす可能性があります。^[31]それが下水道の溢れを引き起こし始めると、すぐに行動する必要があります。1つの方法は、ポンプを使用して影響を受けたマンホールから水を汲み上げることです。雨水は汚水と混ざるため、汲み上げた水を封じ込めて下水処理場に運ぶ必要があります。^[34]

下水道のオーバーフローは、下水処理施設に到達する前に、未処理の下水が下水道から環境に排出される状態です。マンホールは下水道のオーバーフローが発生する一般的な場所です。オーバーフローの原因は、過度の浸透と流入、または閉塞である可能性があります。閉塞が発生した場合は、マンホールを検査する必要があります。通常、閉塞はオーバーフローが発生したマンホールと次の下流マンホールの間で発生します。下流マンホールの流入量が予想よりも少ないか乾燥している場合は、その上流に閉塞があることを示しています。閉塞を解決するには、下流マンホールの出口のチャネルに砂トラップを設置し、水が排水管に流れるようにしながらゴミを捕らえます。次に、ジェットフラッシングまたはパワーロッディングを使用して上流マンホールの排水管から排水し、下流マンホールの砂トラップで捕らえられた閉塞を取り除きます。^[35]

地震後、多くのマンホールが地面から浮き上がったように見えることがあります。これにより下水道設備が損傷し、道路に障害物ができ、災害復旧プロセスが長引くことになります。マンホールが浮き上がる原因は2つあります。^[36]

最初の原因は土壌の液状化です。飽和した緩い土壌は、地震の際の揺れなどの加えられた応力に応じて強度と剛性を失う可能性があります。土壌は、繰り返し圧縮されて間隙水を十分な速さで排水できないため、間隙水圧が高圧に蓄積されます。これにより、土壌は応力を失い、泥状になります。地面の泥水よりも見かけ上の重さが軽い物体は浮き上がります。見かけ上の重さが低い密閉された中空の物体であるマンホールは、土壌の液状化後、押し上げられます。マンホールの浮き上がりを防ぐ解決策は、マンホールの壁全体に排水プラグを作成することです。プラグには、汚れを防ぎながら水が排水できるようにスクリーンが付いています。圧力に敏感なプラグは、通常の地下水圧よりも高い特定の圧力レベルまで水を保持するように調整されています。地震により間隙水圧がそのレベルを超えると、プラグがマンホール内に放出され、周囲の土壌から水がマンホール内に排出され、土壌の液状化を防ぐことができます。^[36]

2 つ目の原因は、地盤のずれによりマンホールの継ぎ目のシールが破れ、マンホール周辺の堆積物が継ぎ目から流入することです。これにより道路が陥没し、マンホールや下水道に堆積物が詰まってしまいます。これはマンホールが隆起しているのではなく、マンホールの隣の領域が沈下しているのです。この問題を解決するには、マンホールの内壁の各継ぎ目に柔軟性と防水性を備えたシートを取り付けます。地盤がずれても、シートはずれの継ぎ目に密閉されたバリアーを提供し、堆積物の流入を防ぎます。^[36]