国内では既に地上に多くの構造物があります。特に都市圏では、地上に大規模な構造物を作るのは、昔と比べると非常に難しくなっています。
そんな中で、これから都市圏を支えていく土木構造物として、地下空間・トンネルが注目されています。
地下鉄を始めとして道路トンネル、上下水道など、トンネルはあらゆる場面で私たちの生活に関わっていますが、普段トンネルを使っていても、その構造について考える機会はあまりないかもしれません。
「トンネル」と一口に言っても、実はいろんな種類、工法があって、とても複雑な条件を考慮して作られています。当然、そのそれぞれに特徴があり、適する地盤条件やコストも異なります。
そこで今回は、土木構造物の1つであるトンネルに少しでも興味を持ってもらいたいと思い、トンネルの種類について基礎的な違いや特徴をまとめました。
「トンネル」の定義
まず、トンネルの定義について説明します。皆さんはトンネルの定義について考えたことはありますか？
一般社団法人 日本トンネル技術協会によると、トンネルの定義について以下のように述べられています。
１９７０年のＯＥＣＤトンネル会議での「トンネルとは、計画された位置に所定の断面寸法をもって設けられた地下構造物で、その施工法は問わないが仕上がり断面積が２m2以上のものとする。」との定義が一般的に用いられています。さらに一般社団法人日本トンネル技術協会では、上記定義に加え、地中の管路については、仕上がり断面の直径が0.8m以上をトンネルとして扱い調査研究を実施しています。 なお、鉱山における坑道等は含んでいません。
地下構造物であるという条件に加え、ある程度の大きさの有る構造物について、トンネルと定義されているようです。
トンネルの種類
トンネル標準示方書では、トンネルの種類は3種類に分けられています。
- 山岳トンネル
- 開削トンネル
- シールドトンネル
1. 山岳トンネル
山岳トンネルとは、山岳部に建設されるトンネルの総称です。
山岳トンネルにはいろいろな工法がありまが、ここではよく用いられる、NATM工法について書いていきます。
NATM工法は、New Austrian Tunneling Method（新オーストリアトンネル工法）の略で、「ナトム」と読みます。
NATMでは、山岳部を機械で横向きに掘削し、土砂を排出していきます。
NATMは穴を掘っても地山が崩れてこないような条件の時に選定され、掘削後、コンクリートの吹付がされます。
地山の保持力を利用してトンネルを構築するため、地盤が軟弱で掘削時に崩れてくるような条件だと、補助工法を取り入れなければNATMでのトンネル構築は難しくなります。
その後、ロックボルトをコンクリートから地山に突き刺し、地山の奥の方まで一体化させます。
そして、必要に応じてトンネル本体を構築（鉄筋コンクリートの打設）し、完成です。
下の模式図でイメージしてみてください。
NATMについては以下の記事で詳しく触れています。
2. 開削トンネル
開削トンネルとは、地上部からトンネル部に向けて下へ掘削していき（開削）、穴を掘った後にトンネルを構築し、埋め戻す工法（開削工法）で作られるトンネルです。
真っすぐ地山を掘削するため、地山の崩壊を防ぐための土留め壁や、切梁等の支保工が重要になります。
掘削深度がそれほど大きくない場合は、大規模な地下空間を構築可能であるため、多く用いられます。
ただし、掘削時の地上部の利用ができないため、既設の地下構造物の直下に構築するトンネルには基本的に使用できません。
開削トンネルについてはこちらの記事で詳しくまとめているので、興味のある方は是非ご覧ください！
3. シールドトンネル
シールドトンネルとは、シールドマシンと呼ばれる掘削用の機械を使ってトンネルを掘削する工法です。
まず、シールドマシンが掘進を始めるための「立坑」を構築します。
この立坑は垂直シールドで構築されたり、開削工法で構築されたりします。
その後、立坑から横向きにシールドを発進させ、掘削と土砂の排出、トンネル構造の構築をすべてシールドマシンで行います。
（マシンで全てを行わない方法もありますが、現在マシンを用いてすべて自動で行うのが主流です。）
シールドトンネルは、コンクリートや鉄で製造される「セグメント」と呼ばれるものを円形に組み立てて作られます。
NATMと比べて軟弱な地盤にも適用でき、直上に既設構造物があっても適用可能なのが大きなメリットですが、マシン自体が高価なため、コストが増大する可能性があります。
シールド工法について、もっと知りたい方はこちらの記事もご覧ください。
まとめ
一口にトンネルと言っても、実はいろいろな種類がありますし、ネットで調べてもたくさんの情報が出てくると思います。
表に出てこなくても、先人たちは大きな労力をかけて、今の社会基盤を作ってきました。
普段からちょっと気にかけていると、何気なく使っている土木構造物の見え方が変わってくるかも！？