伊祖トンネル以来の最も安全なトンネル構造である.側壁導坑先進トンネルを二つくっつけて中央の導坑を共用することで上半の脚部沈下を防止するという考え方である. |
福島県の小名浜港トンネルで最初に採用された方式で,ふたとのトンネルの相互干渉を防ぐために中央のみに導坑を掘削しセンターピラーを設置した. |
左の先進坑の側壁部の覆工を厚くしてセンターピラーの役割を持たせる.右の後進坑は先進坑の覆工に支保工を支持させる.二つのトンネルが構造的に結合している. |
1.めがねトンネルの特徴
2.めがねトンネルの日本での歴史
3.めがねトンネル設計の考え方
4.めがねトンネルから“超近接トンネル”へ
(1)施工された個数
2006年4月時点で施工されためがねトンネルは,38カ所の資料が得られている.この中には,2007年竣工予定の沖縄県の比屋根トンネルが含まれている.
また,トンネル全線のうち,一部のみをめがねトンネルで施工したものが,北九州市の下到津(しもいとうず)トンネルや中央環状王子線の飛鳥山トンネルなど4カ所ある.
(2)施工延長
これまで建設されためがねトンネル中では白川トンネル(阪神高速道路神戸山手線)の938mが最も長い.施工延長300m以下のものが全体の70%を占めている.
(3)最大土被り
最大土被りは35m以下である.4−5m程度の土被りしかないトンネルもある.
(4)めがねトンネルを採用した理由
最も多い理由は用地が確保できないためである.沖縄県にめがねトンネルが多いのも用地の確保が困難であることが大きい.特にうるま市から南の中新世−鮮新世の島尻層群や琉球石灰岩の分布地域では,人家が密集しており,用地の確保が難しいと考えられる.
大代古墳(おおしろこふん)トンネルのように,当初切土で計画していたが4世紀の前方後円墳がルート上に見つかり急遽トンネルとしたものもある.
土被りが小さいめがねトンネルが多いのも,切土で通過するには周辺への影響が大きいのでトンネルを採用せざるを得ないためと考えられる.
(5)掘削方式
トンネルの掘削方式には,大きく分けて発破掘削と機械掘削がある.めがねトンネルでは,両方の掘削方式を併用しているのも含めて,発破掘削を使用しているのは5トンネル,それ以外は機械掘削である.
土被りが小さいことや対象地質が土砂に近いトンネルが多いためである.ただし,白川トンネルのように花崗岩中を割岩工法(かつがんこうほう)で掘削している例もある.この工法は,割れ目の少ない硬質な岩盤にくさびを打ち込んで掘削する方法で,発破では堅すぎて効率が悪い場合や周辺に発破による振動を与えたくない場合に採用される.
2002年に竣工した下到津トンネルは全長280mのうち40mが,めがねトンネルでその他の区間はセンターピラーを構築しない“超近接トンネル”で建設された.
“超近接トンネル”というのは,「めがねトンネル程度の離隔距離を前提としても,中間地山を残し,センターピラーを構築しない近接トンネル」のことで,めがねトンネルとの違いは二つのトンネルが構造的に独立していることである(上村ほか,2004).導坑を掘削しないために,狭い空間での作業が無くなり施工中の安全性が高まること,工期が短縮されること,工費が低減することなどの利点がある.
現在までに,下到津トンネル(北九州市),大門寺トンネル(茨木市)の2トンネルが “超近接トンネル工法” で施工されている.
国内のめがねトンネルおよび“超近接トンネル”の一覧表を示す.
この表は,青木ほか(2001)の表に,それ以後に施工されたトンネルを加えたものである.
注意点は次の通りである.
(1) 分かる範囲で地質条件などの修正,施工者・竣工年次を追加している.
(2)「−」は情報が得られなかった項目である.
(3) 延長の括弧内はトンネル全体の延長で,そのうち,めがねトンネル区間を示した.
(4) CP形状は,センターピラーの形状である.中央導坑の真ん中に両本坑に対して対称のセンターピラーを構築する方式(対称)と,先進坑側に中央導坑を寄せて構築する方式(非対称)とがある.
(5) 施工順序は,先進坑の一次支保工のみを施工して後進坑を施工する方式(一次支保状態) と,先進坑の二次覆工を施工してから後進坑を施工する方式(覆工状態)とがある.
(6) 覆工構造は,一次覆工と二次覆工の両方をセンターピラー頭部で支持する方式(上部支持),一次覆工のみをセンターピラー頭部で支持させ二次覆工はセンターピラーの脚部に支持させる方式(脚部支持),両トンネルの一次覆工のみセンターピラー頭部で支持し二次覆工はトンネルのインバートに接続する方式(インバート支持)の三つがある.
(7) 導坑数0の中には,下到津トンネル,大門寺トンネル,北山トンネルの“超近接トンネル”が含まれている.
(8) 施工者,竣工年次は不明なものが多い.現地の銘板を確認する必要がある.わかる範囲で竣工年次の順に番号を振ってある.( )はトンネル貫通年月.
番号 | 路線名 | 地質条件 | 掘削方式 | 施工順序 | 施工者 | ||||||||
1 | 伊祖 (いそ) | 一般国道330号 | 沖縄県 浦添市 | 90 | max 22 | 新第三紀凝灰岩 | 機械掘削 | 3 | 対称 | 一次支保状態 | インバート支持 | 國場組 | 1975 |
2 | 貝塚 | 京葉道路 | 千葉市 | 191 | min 4 max 6 | 粘土および細砂 の互層 | 機械掘削 | 3 | 非対称 | 覆工状態 | 上部支持 | ハザマ | − |
3 | 横浜第2 | 横浜横須賀道路 | 横浜市 | 90 | min 9 max 20 | 鮮新世野島層 凝灰質砂岩, 泥質砂岩−砂質泥岩 | 機械掘削 | 3 | 非対称 | 覆工状態 | 上部支持 | − | − |
4 | 井吹 | 北神戸線 | 神戸市 | 195 | ≒19 | 鮮新世−洪積世 大阪層群(砂礫,粘土層) | 機械掘削 | 3 | 非対称 | 覆工状態 | 上部支持 | − | |
5 | 小木津 | 常磐自動車道 | 日立市 | 37 (≒200) | max 28 | 白亜紀 花こう閃緑岩 | 発破掘削 | 3 | 非対称 | 一次支保状態 | 脚部支持 | − | − |
6 | 小名浜港 | 幹線臨港道路 2号線 | 福島県 いわき市 | 172 | 15 | 中新世白土層群 凝灰質シルト岩−泥岩類 | 機械掘削 | 1 | 対称 | 一次支保状態 | 上部支持 | 1979 | |
7 | 朝田 | 一般国道9号線バイパス | 山口市 | 84.1 | min 5 max 20 | 古生代砂質片岩,泥質片岩 | 機械掘削 | 3 | 対称 | 覆工状態 (先進坑供用後) | 上部支持 | − | − |
8 | 十王 | 常磐自動車道 | 日立市 | 330 | min 3 max 35 | 鮮新世多賀層群 花崗岩質砂岩(マサ土化) | 機械掘削 | 3 | 非対称 | 覆工状態 | 上部支持 | − | − |
9 | 鷲羽山 | 瀬戸中央自動車道 | 倉敷市 | 205 | max 30 | 花こう岩,閃緑岩, 花こう閃緑岩 | 発破掘削 | 3 | 対称 | 覆工状態 | 上部支持 | 奥村組 鉄建建設 | 1985 1988 |
10 | 三川内 | 長崎自動車道 武雄佐世保道路 | 佐世保市 | ≒240 | min 4 max 15 | 古第三紀砂岩, 砂岩−頁岩互層 | 機械掘削 | 3 | 非対称 | 覆工状態 | 上部支持 | 鴻池組 | 1987 |
11 | 西原 | 一般国道330号 西原バイパス | 那覇市 | 128.5 | 18 | 中新世−鮮新世 島尻頁岩 | 機械掘削 | 1 | 非対称 | 覆工状態 | 脚部支持 | − | 1987 |
12 | 喜舎場 (きしゃば) | 沖縄自動車道 | 北中城村 | 215 | ≒35 | 中新世−鮮新世 島尻層群 泥岩 洪積世 琉球石灰岩 | 機械掘削 | 3 | 非対称 | − | インバート支持 | − | 1987 |
13 | 若山 | 山陽自動車道 | 山口県 周南市 | 152 | max 45 | 黒色頁岩 | 発破掘削 | 1 | 非対称 | 一次支保状態 | 脚部支持 | − | − |
14 | 山館 | 国道103号 大館南バイパス | 秋田県 大館市 | 198 | min 15 max 22 | 中新世 泥岩,凝灰岩類 | 機械掘削 | 3 | 非対称 | 覆工状態 | 脚部支持 | − | − |
15 | 比治山 | 比治山東雲線 | 広島市 | 259 | min 5 max 15 | 中粒−粗粒黒雲母花こう岩 | 機械掘削 | 1 | 対称 | 一次支保状態 | 脚部支持 | − | 1993 |
16 | 私市円山 (きさいちまるやま) | 舞鶴若狭自動車道 | 京都府 綾部市 | ≒120 | max 21 | 夜久野迸入岩類 (輝緑岩) | 機械掘削 | 3 | 非対称 | 覆工状態 | 脚部支持 | − | − |
17 | 富岡 | 上信越自動車道 | 群馬県 富岡市 | 99 | max 12 | 中新世−洪積世 泥岩,シルト混り砂礫層 | 機械掘削 | 3 | 非対称 | 覆工状態 | インバート支持 | − | − |
18 | 永犬丸 (えいのまる) | 県道200号 引野−中間線 | 北九州市 | 130 | 不明 | 中新世−鮮新世 芦屋層群(礫岩・砂岩・砂岩・頁岩互層) | 機械掘削 | 3 | 非対称 | 覆工状態 | 脚部支持 | − | − |
19 | 石川 | 一般国道329号 石川バイパス | 沖縄県 うるま市 | 322 | max 20 | 古第三紀名護層(千枚岩) 第四紀琉球層(琉球石灰岩) | 機械掘削 | 3 | 対称 | 一次支保状態 | 脚部支持 | − | 1994 |
20 | 御前崎みなと | 臨港道路 4号線 | 静岡県 御前崎町 | 373 | max 25 | 中新世−鮮新世 相良層群(砂岩・泥岩互層) | 機械掘削 | 3 | 対称 | 覆工状態 | 脚部支持 | − | − |
21 | 小束山 | 第2神明道路 (改築) | 神戸市 | 620 | min 5 max 25 | 鮮新世−洪積世 大阪層群(砂,砂礫,粘土層) | 機械掘削 | 1 | 対称 | 一次支保状態 | 上部支持 | 前田建設工業・住友建設JV | 1998 |
22 | 女夫岩 (めおといわ) | 中国横断自動車道 尾道松江線 | 島根県 宍道町 | ≒139 | max 26 | 中新世 砂岩,凝灰岩,泥岩 | 機械掘削 | 3 | 非対称 | 覆工状態 | インバート支持 | 奥村組 | 2001 |
23 | 塩津山 | 一般国道9号線 (安来道路) | 島根県 安来町 | 72 | max 5 | 安山岩質火砕岩 (強風化岩) | 機械掘削 | 3 | 対称 | 覆工状態 (先進坑供用後) | 脚部支持 | − | 2001 (暫定2車線) |
24 | 大代古墳 (おおしろこふん) | 高松自動車道 | 鳴門市 | 77 | 10+ | − | (機械掘削) | 3 | 対称 | − | インバート支持 | − | 2001 |
25 | 飛鳥山 | 首都高速 中央環状王子線 | 東京都 北区 | 108 (≒650) | min 5 min 17 | (砂礫・砂質土・粘土の互層) | 機械掘削 | 1 | 非対称 | 一次支保状態 | 上部支持 | − | 2002 |
26 | 前田 | 国際センター線 | 沖縄県 浦添市 | 92 | max15 | 中新世−鮮新世 島尻層(砂岩・泥岩互層) | 機械掘削 | 3 | 非対称 | 一次支保状態 | 脚部支持 | − | − |
27 | 休山 | 一般国道 185号 | 呉市 | 55 (1,700) | − | 強風化花こう岩 | 機械掘削 | 1 | 対称 | 覆工状態 (先進坑供用後) | インバート支持 | フジタ | 2002 |
28 | 下到津 (しもいとうづ) | 都下到津線 (下到津ランプ連絡道路) | 北九州市 | 40 (280) | min 5 max 15 | 古第三紀 出山層砂岩,礫岩 | 機械掘削 | 1 0 | 対称 | 一次支保状態 | インバート支持 | 前田建設 | 2002 |
29 | 上郷 | 飯島飯田線 座光寺−上郷バイパス | 長野県 飯田市 | 171 | max 12 | 洪積世段丘堆積物, 扇状地堆積物 砂質土,砂礫 | 機械掘削 | 3 | 非対称 | 一次支保状態 | 脚部支持 | 熊谷組 | − |
30 | 菱野 | 都市計画道路 菱野線 | 瀬戸市 | 325 | min 5 max 19 | 鮮新世矢田川累層 粘性土,砂礫土 | 機械掘削 | 1 | 対称 | 一次支保状態 | インバート支持 | 三井建設 | 2002 |
31 | 阿部倉 | 都市計画道路 久里浜田浦線 | 横須賀市 | 407 | 20 | 中新世葉山層 (泥岩,蛇紋岩,硬質砂岩) | 機械掘削 | 3 | 対称 | 一次支保状態 | インバート支持 | 前田建設 | 2003 |
32 | 白川 | 阪神高速道路 神戸山手線 | 神戸市 | 938 | min 10 max 20 | 中新世神戸層群 六甲花こう岩 | 機械掘削 | 1 | 対称 | 一次支保状態 | 上部支持 | 鴻池組 飛島建設 | 2003 |
33 | 大門寺 | 府道茨木亀岡線 | 大阪府 茨木市 | 242 | max 35 | 花こう閃緑岩 | 発破掘削 機械掘削 | 0 | 先進坑非対称 | 一次支保状態 | 地山支持 | 前田建設 | 2004 |
34 | 五ヶ丘 (いつつがおか) | 東海環状自動車道 | 豊田市 | 321 | max 28 | 花こう岩,マサ土 | 機械掘削 発破掘削 | 0 | 先進坑非対称 | 一次支保状態 | 地山支持 | ハザマ | 2004 |
35 | 戸吹 | 南多摩新滝山街道 | 八王子市 | 600 | min 10 max 50 | 洪積世 加住礫層,凝灰質粘土層,細砂層 | 機械掘削 | 1 | 対称 | 一次支保状態 | 上部支持 | 前田建設 | 2004 |
36 | 涌波 (わくなみ) | 金沢外環状道路 | 金沢市 | 663 | min 11 max 17 | 洪積世 大桑(おんま)層,卯辰山層の砂層 | 機械掘削 | 1 | 対称 | (一次支保状態) | 地山支持 プレサポーティングシステムアーチ | 熊谷組 | (2006.2) |
37 | 今里第一 | 第二東名高速道路 | 静岡県裾野市今里 | 230 | min10 max17 | 愛鷹火山 裾野溶岩層 | 機械掘削 制御発破掘削 | 0 | 対称 システムロックボルト+事前地盤改良 | ー | 地山支持 | 清水・アイサワ・ピーエス三菱 JV | (2006.3) |
38 | 北山 | 国道455号 | 盛岡市北山-三ツ割 | 923.5(上り線) 950.5(下り線) | min2-5 max20 | 緑色岩・泥質メランジェ | 機械掘削 | 0 | 非対称 | 一次支保状態 | 地山支持 上半脚部補強工 | 前田・ハザマ・梨子 JV | (2006.12) |
39 | 比屋根 (ひやごん) | 県道沖縄環状線 | 沖縄市 | 259 | max 25 | 中新世−鮮新世 島尻層群 砂岩・泥岩互層,泥岩,砂岩 | 機械掘削 | 0 | 先進坑非対称 | 一次支保状態 | インバート支持 | − | 2007 |
40 | 小路 (4連めがねトンネル) | 第二京阪道路 | 寝屋川市 | ≒275 | 10+ | 洪積世 段丘堆積物,大阪層群 粘性土層・砂質土層・礫質土層 | 機械掘削 | 3 | 対称 | 一次支保状態 | インバート支持 | ハザマ | (2008.5) |
41 | 識名 | 真地久茂地線 (まあじ・くもじ) | 那覇市識名 | 559 | min14 max40 | 鮮新世-前期更新世 島尻泥岩層 | 機械掘削 | 0 | (対称) | 一次支保状態 | 地山支持 | 大成・仲本・内間 JV | (2008.10) |
この考え方にもとづいて,センターピラーなしのめがねトンネル(“超近接トンネル”)が提案された.
田中ほか(2005)は,戸吹トンネルでセンターピラーに作用する応力を測定した.その結果と多くのFEM解析によってセンターピラーに作用する荷重の検討を行い,図1に示した荷重がセンターピラーにかかると考えてよいと結論した.
ただし,この場合,土被り(h)が全トンネル幅(D)より大きい場合は,作用荷重高さは全トンネル幅,小さい場合は土被り高さが妥当であるとしている.
めがねトンネルの設計・施工上の留意点を列挙する.
(1)めがねトンネルではセンターピラーの構築が必要であるが,センターピラーに作用する荷重の設定やセンターピラーの形状に関して基準が確立されていない.
(2)センターピラーは先進坑掘削時に先進坑側に傾斜し,後進坑掘削で元に戻るという挙動をする.先進坑通過後にセンターピラーのバランスが崩れることがある.
(3)センターピラー自体が地耐力不足となることがあり,センターピラー下部地盤の補強が必要となる場合がある.
(4)センターピラー頭部に空隙ができ,トンネル全体の弱点となりやすい.
(5)導坑掘削,センターピラー構築まで本坑の掘削ができない.このことが工期が長くなる原因となっていて,工費も高くなる.
(6)導坑内でのセンターピラー構築は作業効率が悪く危険が多い.また,導坑支保部材の撤去によって発生する産業廃棄物の増加も工費が高くなる原因となる.
沖縄県で建設中の比屋根トンネルは,先進坑の側壁を厚くしてセンターピラーの役割を果たす方式である.この工法では,1導坑式に比べて工費が約5%減少し,工期が10%程度短縮される見通しである.また,解析結果では,変位も導坑式に比べ少ないという結果になっている.
さらに,注目すべき工法として,金沢市の涌波トンネルで採用された「プレ・サポーティング・システムアーチ工法」によるめがねトンネルの建設がある.この工法は,中央導坑から両方のトンネル予定断面にアーチ型の鋼管を横断方向に挿入し薬液注入を行い,本坑掘削前に支保工を構築するというものである.
このトンネルは,めがねトンネルの上部に連絡道トンネルが重なるという三つ目トンネルとなっている.