集合管とは何か：設計・材料・施工・維持管理の完全ガイド（建築・土木向け）

2025年12月25日 最終更新日時 : 2025年12月25日 エバープレイ編集部

集合管とは──定義と役割

集合管（しゅうごうかん）は、複数の排水や散水を一箇所に集めて下流の本管や処理施設へ導くための導管を指します。建築設備分野では各住戸・各器具からの排水をまとめて立て管や公共下水へ接続する屋内外の横主管や枝管を指すことが多く、土木分野では集水路や雨水桝からの流出を集めるための下水道管や暗渠を指します。いずれも排水の輸送・流速管理・維持管理性確保が主目的です。

種類と用途

  • 建築内集合管：各器具（トイレ、洗面、台所など）の排水を集合して立て管や公共下水に送る屋内配管。
  • 敷地内集合管：集合住宅や商業施設で敷地内の複数棟からの排水をまとめて一箇所で公共設備へ接続する管路。
  • 道路・都市の集合管（下水道）：複数の支管や雨水ますからの流入を受けて、処理場へ導く一次・二次幹線管。
  • 雨水集合管／汚水集合管：用途に応じて分流式（別系統）または合流式（同一本管）で設計される。

主要材料と特徴

  • コンクリート管（RCP）: 耐久性が高く大口径に向く。重く施工時に重機を要するが長寿命（設計耐用年数は地域・条件で異なる）。
  • 硬質塩化ビニル管（PVC/VU管等）：軽量で耐腐食性に優れ、接合が容易で施工性が高い。小・中口径の集合管で普及。
  • 高密度ポリエチレン管（HDPE）：柔軟性や耐追従性、継手の融着接合が可能で耐震性・耐摩耗性が良好。
  • 鋳鉄管・ダクタイル鋳鉄管：耐荷重性に優れ、道路下や重荷重区間で採用される。防食処理が必要。

設計上の基本考え方

集合管設計の基本は「必要流量の把握」「適切な勾配」「流速の確保」「維持管理のしやすさ」の四点です。以下、主要項目を整理します。

1) 設計流量の算定

建築系では器具の単位排水量と同時発生係数を用いる方法、土木系（下水道）では流入面積や降雨強度を基に流出量を算定します。最終的なピーク流量を得て管径を決定します。流量計算には段階的に安全率や将来増加分（沿道開発、人口変動）を織り込みます。

2) 勾配と流速

集合管は自己洗浄（堆積物を流すための最低限の流速）を確保する必要があり、一般的にはマンニングの式を用いて流速・管径・勾配の整合性を評価します。

マンニングの式：Q = (1/n) A R^(2/3) S^(1/2)

  • Q：流量（m3/s）
  • n：粗度係数（材質により0.01〜0.015程度が用いられる）
  • A：流通断面積（m2）
  • R：水力半径（A/湿周）
  • S：管勾配（m/m）

目標とする自己洗浄速度は設計指針によって異なるが、一般に0.7〜1.0m/s程度を目安にするケースが多い。小口径管ではより高い勾配が必要になることがあるため、現地条件と規範を照合して決定する。

3) 管径の選定

流量と許容勾配、将来的余裕を考慮して決定します。建築内では50〜200mm程度の小中口径が一般的だが、敷地集合管や下水道の幹線では300mm以上の大口径が用いられる。逆勾配や急な流入による局所流速増加に対応するため、マンホールや緩衝構造を設けることもある。

4) 維持管理性

集合管は点検・清掃が容易であることが重要です。マンホールの設置間隔、清掃口、流量計や取水口の位置検討、CCTV点検や高圧洗浄が可能な施工細部の配慮が不可欠です。

施工上の留意点

  • 掘削と支持：掘削幅、掘削深度、周辺地盤への影響評価。既設構造物や地中埋設物の調査を実施。
  • 布設と継手：材料に応じた継手方式（ゴムリング、ソルベント接合、融着接合）を選択。浸透水や浮力対策を行う。
  • 被覆と支持層：管の支持を確保するための砕石や砂利の敷設、所定の被覆厚を確保し交通荷重に耐える設計を行う。
  • 貫通・道路横断：トレンチレス工法（推進工法、水平穿孔、ライニング）を採用することで周辺環境への影響を軽減可能。
  • 漏水・浸入対策：地盤水や土壌ガスの影響を受ける場合、防水処理や気密確保を行う。

維持管理と点検・補修技術

定期点検は集合管の長寿命化の鍵です。下記のような手法が一般的です。

  • CCTV（テレビカメラ）調査：管内状況、破損、目詰まり、ルート侵入（根、堆積物）を確認。
  • 高圧洗浄：スケールや付着物、油脂を除去して流下性能を回復。
  • 更生工法：CIPP（キャリブレーテッドインラインパイプライニング）やスリップライニング、パイプバースティング等で非開削更新。
  • 交換：深刻な劣化や断面損失、破損した継手は掘削して取り替える必要がある。

耐震・環境配慮

地震対策では、伸縮継手や可とう性の高い材料の採用、マンホール周りの埋め戻しや支持構造の配慮が重要です。MLITなどのガイドラインにより、管路の耐震補強や管路継手の設計指針が示されています（後述参考文献参照）。また、地下水や有害物質の流入対策、浸水・逆流防止のための止水設備や、豪雨時の雨水一時貯留対策（地下貯留槽や透水舗装）も集合管設計では考慮されます。

設計事例（簡単な流量→管径決定の流れ）

想定：集合管に流入するピークQを求め、マンニング式で管径Dと勾配Sを決める。実務では次の手順が一般的です。

  • 排水源の把握（器具数、面積、降雨強度など）でピーク流量Qを算定。
  • 使用材料の粗度係数nを決定（例：PVCならn≈0.013等）。
  • 許容勾配Sの上限・下限を考慮して、マンニング式で必要断面A・径Dを逆算。
  • 得られたDに対して、清掃性、マンホール位置、将来余裕を検討して確定。

具体的数値は地域規範や施設種別で異なるため、設計指針や自治体基準に従って詳細計算を行ってください。

コストとライフサイクル評価

材料・施工性・維持管理費を総合的に評価すると、初期費用が安い管材でも長期では維持コストが高くつく場合があります。例えば、施工が容易な合成樹脂管は初期費用とメンテナンスのバランスが良いことが多い一方、コンクリート管は初期投資が高くても重荷重下での耐久性により更新頻度が低いケースがあるため、ライフサイクルコスト（LCC）評価が重要です。

適用上の注意点とよくある課題

  • 堆積・閉塞：勾配不足や流量変動が大きい区間では堆積しやすい。継続的なモニタリングと清掃計画を立てる。
  • 侵食・摩耗：高濃度の砂やスラッジを含む流体で摩耗が進行するため、耐摩耗性の高い材質や内面被覆が必要。
  • 臭気とガス：集合管内で発生する腐敗ガスや硫化水素対策として換気や封水確保、防臭対応が必要。
  • 接続不良：既設管との接続や地盤変形に対する柔軟性を持たせることで破損リスクを低減。

法規・ガイドライン（日本の場合）

集合管設計・施工では、建築基準法や地方自治体の下水道や建築設備に関する基準、各種JIS（日本工業規格）、および国土交通省（MLIT）や日本下水道協会の設計指針が参照されます。設計時には該当する最新の法令・指針を確認してください。

まとめ

集合管は排水系の中で重要な役割を担うコンポーネントであり、材料選定、勾配設計、継手・施工法、維持管理性の確保が全体性能を左右します。設計段階で将来の流量変化やメンテナンス計画、耐震性と環境対策を十分に織り込むことが長期コスト低減と安全性向上につながります。現場ごとの個別条件（地盤、水位、道路負荷、法規）に応じて、専門家と連携して最適解を選定してください。

参考文献

カテゴリー
建築・土木
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