「リニア中央新幹線」…JR東海と静岡県との対立から鉄道のトンネルとは何かを考える

「リニア中央新幹線」…JR東海と静岡県との対立から鉄道のトンネルとは何かを考える

丹那トンネルの熱海駅側の入口。1日に約2万tもの湧き水が流れ出るJR東海・東海道線の丹那トンネル。熱海駅側の入口を見たところ

 リニア中央新幹線の南アルプストンネルの掘削にまつわるJR東海と静岡県との対立はなぜ生じているのか。そしてそこから鉄道のトンネルとは何かについて、鉄道ジャーナリストの梅原淳氏が綴る。


■丹那トンネル(長さ7・80km)は湧き水の多いトンネルとして知られる


 JR東海がただいま建設中のリニア中央新幹線に大井川水資源問題が生じているのをご存じであろうか。

 この問題の舞台は南アルプスの山々を一気に貫くその名も南アルプストンネルである。リニア中央新幹線の始発駅となる品川駅側からこのトンネルに入ると、山梨、静岡、長野の各県内を順に通り、トンネルを抜けると終点の名古屋駅側だ。長さは25・02kmに達する。

 大井川水資源問題とは、南アルプストンネルの建設で生じる大量の湧き水により、このトンネルの上を流れる大井川の水が減ると予想されていることから生じた。

 リニア中央新幹線が通過し、大井川の流域でもある静岡県は、JR東海に対してトンネル内の湧き水すべてを大井川に戻すように求め、JR東海も応じるという。

 だが、その手法であるとか、そもそもの湧き水の量について両者に意見の相違が見られ、静岡県はリニア中央新幹線の建設を認めていない。

 山でも海底でも地下でも、トンネルを掘るとほぼ確実に湧き水が発生する。トンネルが地中を貫くことにより、周囲にしみ込んだ水がトンネルへと流れ込むからだ。

 湧き水と言うと少ない印象をもたれるがそうでもない。

 静岡県の熱海市と函南町との間を通るJR東海東海道線の丹那トンネル(長さ7・80km)は湧き水の多いトンネルとして知られる。

 熱海市側、函南町側それぞれの入口に流れ出る1日の湧き水の量について函南町は約10万t、JR東海は約2万tとそれぞれ言っていて、なぜか数字が合わない。

 ともあれ、このせいで丹那トンネルの上に広がる盆地では水がすっかり枯れてしまい、農業を断念せざるを得なくなった。だから、大井川水源問題は単に地元のエゴと片付けてはならない。


■青函トンネルを上回る長さのトンネルが存在する地下鉄とは


 南アルプストンネルの話を取り上げたので、鉄道ではおなじみのトンネルについて紹介しよう。

 2018(平成30)年3月31日現在で鉄道のトンネルは全国に4924カ所あり、延長は3967.80kmに達する。平均するとトンネル1カ所当たりの長さは806mだ。

 両端の入口どうしの距離が最も長いトンネルは、よく知られているように本州と北海道との間の海底を行く青函トンネルである。長さは53・85kmで、JR北海道の北海道新幹線、そして同じく海峡線の列車が通り抜けていく。

 地下鉄では青函トンネルを上回る長さのトンネルが存在する。大阪市高速電気軌道、通称Osaka Metro谷町線の名称のないトンネルで長さは55.97kmだ。

 大日(だいにち)駅と八尾南駅との間を結ぶ谷町線の長さは28・1kmにすぎないのに、トンネルの長さは2倍近くもある。

 大日駅方面の線路のトンネルと八尾南駅方面の線路のトンネルとは基本的には別々のトンネルとして掘られているなか、駅などでは一緒になって1本のトンネルにまとめられた場所もある。Osaka Metroによると、両端の入口間の距離ではなく、延べ長さとして表した結果、青函トンネルを上回る長さとなったそうだ。

 鉄道のトンネルは山や海底などを通り抜ける山岳・海底トンネルと、地下に掘られた地下トンネルとに分けられる。どちらもトンネルではあるが、トンネルの顔とも言える断面の形は異なっていて、すぐに判別を付けられるほどだ。

 山岳・海底トンネルは上側がアーチを描き、側面は垂直またはやや傾いた直線となっていて下側が水平という具合に、馬のひづめのような馬蹄形(ばていけい)をもつものが大多数である。

 一部に円形の断面のトンネルもあるが、入口付近がこのような形のトンネルは少なく、内部の一部分だけという例が多い。


■地下トンネルの断面は四角形または円形のどちらかがほとんど


 いっぽう、地下トンネルの断面は四角形または円形のどちらかがほとんどだ。四角形のトンネルは駅ではよく見られ、駅と駅との間でも概して開業時期の古い地下鉄に多い。山岳・海底トンネルでは少数派となる円形のトンネルは地下鉄では多数派を占める。

 駅と駅との間では1970年代以降に開業した地下鉄の大多数で採用されているし、一部の駅では線路だけでなく、ホームの周囲の壁まで円形になっていてすぐに気づく。

 断面の形の違いはトンネルの掘り方の違いに由来する。

 馬蹄形のトンネルは、人間が作業現場となる場所に赴いて実際に土や岩を掘削して建設を進めていく。

 言うまでもなく、土木技術が進歩したいまではダイナマイトによる発破や大型の掘削機を用いて建設工事が行われている。掘り出された土や岩の排出はダンプカーやベルトコンベアで行う。

 山岳・海底トンネルや地下トンネルに見られる円形のトンネルはシールドマシンと言って円筒形の大型機械によって掘られたシールドトンネルである。

 シールドマシンの先端には頑丈な刃が何枚も付いていて、刃を回転させて山や海底、地下を掘りながら、少しずつ前に進んでいく。人間はシールドマシンの後方にいて、この装置を前に進めたり、シールドマシンから排出された土を地上へと運び出したりといった作業に従事する。

 地下トンネルに多い断面が四角形のトンネルの掘り方は、いままで挙げたトンネルとは似ても似つかない。

 まずは地上から大きな穴を掘り、続いて穴の中にコンクリートで箱形のトンネルを築き、完成したら上部を埋め戻す。

 穴を掘る量をできる限り少なくしたいので、トンネルの断面には馬蹄形や円形ではなく四角形が採用された。このようなトンネルを開削(かいさく)トンネルという。


■人家が密集した大都市ではシールドトンネルがいまのところベストの選択肢


 トンネルの建設工事では実際に掘る場所の地質が鍵を握る。

 日本は地質が悪いので、どこにトンネルを建設するとしても苦労が多い。掘削そのものも大変だが、同じように掘削した後の土が崩れないようにすることも大切だ。

 馬蹄形のトンネルはトンネルの掘り方としては最も古いが、地質の悪い場所にいまでも対応している。

 掘っていく際にはトンネルの断面のすべての場所から一度に進めるように思われがちだ。しかし、これでは掘った先から土が崩れしまいやすいので、地質の悪い日本ではあまり採用されていない。

 代わりに多くはトンネルの断面をいくつかに分割して掘っていく。大きく分けて3種類ある。

 地質がよく、手間があまりかからない順に紹介すると、上下二段に分け、最初に上半分から掘り、上半分の土を支えた後に下半分も掘る上部半断面先進工法。

 下段の真ん中部分から小さなトンネルを掘り、続いては上半分に進み、最後に残った下半分全体を掘る底設導坑(ていせつどうこう)先進上部半断面工法。

 下半分の左右それぞれから掘り、続いて上半分のアーチ周りへと進み、残った部分は上半分、下半分の順に掘る側壁導坑先進上部半断面工法だ。

 最後に紹介した側壁導坑先進上部半断面工法は地質が劣悪な条件で採用される。

 シールドトンネルは掘削と同時に山を支えているので、地質の悪い場所での建設にも最適だ。

 けれども、シールドマシンの消耗は激しく、せいぜい数km程度の掘削にしか使えないので、長大になりがちな山岳・海底トンネルには採用しづらい。

 地下トンネルの場合、シールドマシンを地上から地下に降ろすために垂直のトンネルをそれこそ1km程度の間隔でいくつも掘っているから導入できる。

 しかも、シールドマシンで作業しているときの騒音は、ダイナマイトはもちろん、ドリルを使用したときよりも低いので、人家が密集した大都市ではシールドトンネルがいまのところベストの選択肢だ。


■どのようなトンネルにも必ず存在するものとは何か?


 開削トンネルは地質にあまり左右されないが、上から掘るので適用できる場所は大多数が地下トンネルに限られてしまう。

 珍しい例として、トンネルの上に土があまりない場所を無理に掘ると山を崩す恐れがあるため、山の上から穴を掘り、内部に馬蹄形のトンネルを築いた後に埋め戻したトンネルがある。

 東北新幹線の八戸(はちのへ)駅と七戸十和田(しちのへとわだ)駅との間にある長さ625mの上北(かみきた)トンネルだ。このトンネルは八戸駅から12番目、七戸十和田駅から2番目のところにある。

 今度はどのようなトンネルにも必ず存在するものを紹介しよう。そのあるものとは何かおわかりであろうか。照明装置、非常口、待避用の空間……。答えは勾配、つまりトンネルの中の線路は坂となっているのだ。

 なぜトンネルに勾配が存在するのか。冒頭に挙げた大井川水資源問題からピンと来た人もいるのではないだろうか。そう、理由は湧き水を流すためである。山岳トンネルでは入口に向けて、海底トンネルや地下トンネルでは地上に汲み上げるためのポンプのある場所に向けてトンネルには下り勾配を設け、湧き水を外に排出しているのだ。

 大井川水源問題について筆者の考えを述べていなかった。率直に言うと、解決にはまだ時間を要するであろう。この問題がこじれてしまった要因の一つは静岡県がJR東海に対して不信感を抱いているからだ。俗に言う「政治的な決着」を望む声ももっともであろう。

 しかし、だからこそ科学的な根拠をもとに南アルプストンネル内の湧き水の量を正確に推測できるようになるのを待ったほうがよいと筆者は考える。いつか科学の力で無事に解決し、両者の間のわだかまりもそれこそ水に流せる日が訪れるよう祈りたい。

梅原淳
1965(昭和40)年生まれ。三井銀行(現在の三井住友銀行)、月刊「鉄道ファン」編集部などを経て、2000(平成12)年に鉄道ジャーナリストとしての活動を開始する。著書に『新幹線を運行する技術』(SBクリエイティブ)ほか多数。新聞、テレビ、ラジオなどで鉄道に関する解説、コメントも行い、NHKラジオ第1の「子ども科学電話相談室」では鉄道部門の回答者を務める。

週刊新潮WEB取材班編集

2020年9月10日 掲載

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