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八千代エンジニヤリングが毎月お届けするちょっとイイ話

身近な疑問 山岳トンネルのアレコレ

  • 道路・鉄道

今月の特集は、先月に続き「トンネル」の特集です。今回は、日頃皆さんが車や電車の中から目にしている山岳トンネルについて、知っておくとプチ自慢できるかもしれない(!?)「山岳トンネルのアレコレ」をご紹介します。

トンネルのトリビア

山岳トンネルとは...

Written by SAKAMOTO Noboru 坂本昇

山岳トンネルは、文字通り山を貫く構造物です。

山岳トンネルを計画する目的は様々ですが、代表的なのものを示します。


なぜ山岳トンネルをつくるの?

山越えをスピードアップ!

急な坂を上り下りする峠越えは、距離が長くスピードも出ないので、とても時間がかかります。

しかし、山のふもとを緩やかなトンネルで結ぶと、快適に短時間で山越えが可能になります。

また、排気ガスを抑えることで、二酸化炭素の削減にも役立ちます。

トンネルができる前・できた後1
【トンネルができる前・できた後】

危険な区間を避ける!

急斜面沿いの道路や、雪が降る山奥の道路などでは、落石、雪崩や路面凍結によるスリップなどの危険な箇所があります。

しかし、トンネルを設置すると、これらの危険を避けることができるようになります。

トンネルができる前・できた後2
【トンネルができる前・できた後】

トンネルのかたちはどうやって決まるの?

トンネルのかたち

トンネルのかたちは、四角、円、アーチ(かまぼこ)型があります。山岳トンネルのかたちは、ほとんど全てが【アーチ(かまぼこ)型】です。

なぜ、アーチ型が多いのでしょうか? そのわけをご説明します。

天井がまるいトンネルは、地山が安定していると、上からの力の作用により押し合いへし合い状態になって、自らを支える力で潰れません。アーチ状なので力が周囲に伝わりやすいのです。

構造で一番強いのは、「円」です。しかし山岳トンネルの場合、円型では道路下方に無駄なスペースができてしまい、工事費が高くなります。そこで、アーチ型が多く採用されているのです。

一方、深い位置にある地下鉄や海底など地盤が弱いところ(例えば東京湾アクアラインなど)では、円型が採用されています。

トンネルのかたち
【トンネルのかたち】

現在の山岳トンネルの主要工法であるNATM(ナトム)工法(New Austrian Tunnelling Method・新オーストリアトンネル工法)は、このようにトンネル周囲の岩盤が、トンネル自らを支えるという機能を補助・補強するために、鉄棒(ロックボルト)や鉄枠(鋼製支保工)、吹付コンクリートで地山を支え、最後にコンクリートで覆って(覆工コンクリート)トンネルをつくる方法です。

NATM工法
【NATM工法】

トンネル断面の大きさの決め方

トンネルの断面は、道路や線路の幅、建築限界(車両が通行する範囲で、建造物や施設を設けない範囲)、片勾配(横断方向の傾き)や照明器具など設備の設置や余裕量を考えて、法律で決められたトンネルのタテヨコ比(一般的な道路トンネルの場合:縦/横=0.6以上)が確保できるように設計します。

建築限界と内空断面
【建築限界】                                            【内空断面】
当社設計:滝沢トンネル(長野県)        当社設計:滝沢トンネル(長野県)

ところで、高速道路などのトンネル内にある左右の通路は何だかご存知ですか?

この通路は、トンネルに設置されている機械などを点検する人が使用するためのもので、『監査廊(かんさろう)もしくは監視員通路』と呼ばれています。

この通路の下には、照明や非常電話等の設備の電線、通信線、消火活動に用いる水管が配置されています。

監査廊下の電線管施工写真
【監査廊下の電線管 施工写真】
山口県 和樹トンネル(当社設計)

トンネル出入口のかたちはみな同じ?

トンネルの出入口は、「坑口(こうぐち)」、坑口の構造物を「坑門工(こうもんこう)」といいます。坑門工は、さまざまな形をしています。

設計では、工事費、坑口背面の切土の大きさや形状を比較して、位置やかたちを選定します

面壁型

全国的に実績が一番多いのは、「面壁(めんぺき)型」と呼ばれるかたちです。坑口に壁を設け、坑口後ろの土砂を抑えます。

コンクリート面が大きい場合、太陽の光が反射して、運転者の視界を遮ったり、トンネルを小さく見せ、進入する運転者に圧迫感を与えるなど、走行速度の低下の原因になる場合もあります。

ですから設計する際には、コンクリート面積を小さくしたり、溝や模様をつけるなどして、運転者の圧迫感を軽減するように配慮しています(写真1、写真2)。地形に合わせて斜めに坑門工を計画する例もあります。

稀に色づけや絵を貼り付けた坑門、彫刻を施し、デザインに凝ったトンネルもあります。

                【面壁型坑門:溝あり】
               写真1  【面壁型坑門:溝あり】
            当社設計:国道455号早坂トンネル(岩手県)
        【面壁型坑門:模様(岩)あり】
      写真2  【面壁型坑門:模様(岩)あり】
        当社設計:国道353号高館トンネル(新潟県)

突出型

コンクリート面を最小限に抑え、景観に配慮した形式が筒状のままの突出式、竹を切り取った形状の様な竹割式などの「突出(とっしゅつ)型」です。周辺地形によりますが、落石、雪崩や地すべりなど問題のある坑口にも採用されます。


地すべり地
【突出型坑門:地すべり地】
当社設計:社設計:国道353号高館トンネル(新潟県)

トンネルの快適・安心の工夫って?

トンネル内には、利用者が安全で快適に通行できるように様々な設備があります

トンネル内を明るくする設備-照明設備 

運転者が安全で快適に走れるように、見やすく明るく、かつ長寿命で低価格の照明を設置しています。


トンネル照明の色

トンネル照明の色は、白色やオレンジ色があります。

白色の照明

長寿命、省エネの製品が開発され、近年設営の主流となってきた白色発光ダイオードを用いた「LED(Light Emitting Diode)照明」です。

自動車の性能が良くなり、排ガス量が減りトンネルに溜まらなくなってきたため、白色の照明でも十分明るくできるようになってきました。


【白色の照明】
当社設計:国道303号海老坂トンネル(滋賀県)

オレンジ色の照明

「ナトリウムランプ」といい、ランプにナトリウムを含んだ蒸気を閉じこめ、光らせています。寿命が長く、トンネルの中に車の排ガスが溜まっても、この光は遠くへ届きやすい性質があります。

オレンジ色は人間の視覚にも敏感に反応できるので、明暗がよく現れ、前方の車やトンネル内の障害物を確認しやすい光です。

オレンジ色の照明
【オレンジ色の照明】

トンネル照明の明るさ

意外に思われるかもしれませんが、トンネル照明は、トンネル中間部より入り口を明るくしています。

人は、明るい場所から暗い場所に出たり、暗い場所から明るい場所に出ると、明るさの変化に目がすぐに慣れずに何も見えなくなります。

ですから、朝・昼・晩や天気の悪い日など、坑口外の明るさによって、入り口は照明の点灯数を変化させたり、強い光を出す特殊な照明で明るさを調整しています。

【トンネル入り口照明のしくみ】
【トンネル入り口照明のしくみ】

火災などから危険を守る設備-非常用設備

トンネル内には、火災などの事故が発生した場合に、被害を最小限にとどめるため、様々な非常用設備が設置されています。

こうした設備は、トンネル管理者や警察・消防だけではなく、私たち利用者も使用するものです。利用者が迅速に通報や消火活動を行うことで、被害を最小限にすることができます。

そのためには、トンネル内の交通量や延長に応じて設置する設備を設定し、安全かつ的確に操作できるように配置を計画する必要があります。

ここでは、道路に設置される非常用設備についてご説明します。

通報・警戒設備

通報・警報設備は、火災や事故等の発生をトンネル管理者、消防、または警察へ伝達するとともに、利用者等に対しても事故等の発生を知らせるための設備です。

押しボタン式通報装置非常電話非常警報装置火災検知器
押しボタン式通報装置 非常電話 非常警報装置 火災検知器
国道455号早坂トンネル 「日本道路公団のトンネル」(財団法人 高速道路調査会)より転載 当社設計:国道455号早坂トンネル(岩手県) 「日本道路公団のトンネル」(財団法人 高速道路調査会)より転載
押ボタンの操作で事故の発生を管理者等へ知らせる設備 事故の発生等を管理者等へ連絡するための専用電話 トンネル外の道路利用者に対して、トンネル内の異常を速やかに知らせる設備 火災を自動的に検知し、火災発生の位置を管理者等に知らせる設備


消火設備

消火作業には、私たち道路利用者等が行う初期消火と消防隊が行う本格的消火があります。

消火設備は、初期消火を目的とし利用者等が、火災の初期段階において消火または抑制するための設備です。

消火器消火栓押しボタン式通報装置
消火器 消火栓 押しボタン式通報装置
小規模火災を目的に設置されるもの 一般の利用者が使用でき、通常の火災に対する放水設備 当社設計:国道455号早坂トンネル(岩手県)


避難誘導設備

トンネル内で、火災、その他の事故に遭遇した利用者等をトンネル外へ安全に誘導、避難させるため設備です。

誘導表示板排煙設備避難通路
誘導表示版 排煙設備 避難通路
当社設計:国道455号早坂トンネル(岩手県) - 「日本道路公団のトンネル」(財団法人 高速道路調査会)より転載
出口までの距離や避難通路までの距離、方向、位置等を示す設備 煙の拡大を最小限に抑える設備。トンネル換気設備 トンネル内の道路利用者を、容易に別の空間へ避難させるための設備


その他設備

その他の設備としては、通報・警報設備および避難誘導設備等の機能をより効果的にする様々な設備があります。入り口から中間部までの距離が長いために、消火活動開始までに時間を要するトンネルや、交通量が非常に多いトンネルに設置されます。

給水栓無線通信補助設備ラジオ再放送設備
- 無線通信補助設備 ラジオ再放送設備
消防隊による本格消火作業時の給水 トンネル内の緊急活動などにおいて、無線でトンネル外の関係者と連絡するための設備 トンネル内でラジオが使えるようにするためのケーブルや電波受信設備
- 当社設計:国道455号早坂トンネル(岩手県) 当社設計:国道455号早坂トンネル(岩手県)
拡声放送設備水噴霧設備監視装置
- 水噴霧設備 監視装置
利用者等に対しスピーカーで情報を伝える設備 火災の広がりを抑えるため、水をスプリンクラーのように吹き出す設備< トンネル内を管理するカメラ
- 「日本道路公団のトンネル」(財団法人 高速道路調査会)より転載 当社設計:国道455号早坂トンネル(岩手県)

トンネル内を換気する設備-換気設備

道路トンネルの場合、トンネル内は走行する車両からのばい煙(ちり)や一酸化炭素(NOx)を含んだ排気ガスが蔓延しています。

道路トンネルの換気は、「自然換気方式」と「機械換気方式」の2種類があります。

換気設備は、トンネルの延長、面積、縦断勾配や大型車の交通量などの条件により計算を行い、換気方式を設定します。


自然換気方式

トンネル内を吹き抜ける風や走行車両により発生する風を利用する換気方式です。強制換気するような機械設備は設置しません。

【自然換気方式】
【自然換気方式】

機械換気方式

交通量が多い場合やトンネル延長が非常に長い場合など、自然換気方式では対応できないときに換気設備を設置して換気する方式です。

皆さんもよく目にされるかと思いますが、トンネル天井に吊り下げられた飛行機のエンジンに似た設備が、換気設備(ジェットファン)です。トンネル壁面に付けた機器の測定結果により自動的に動きます。

換気設備(ジェットファン)
【換気設備(ジェットファン)】

トンネル工事の神事って?

日本では古来より山の神様を崇めてきました。現代のトンネル工事においてもその安全祈願等の神事は大切に守られています。

化粧木(けしょうぎ)

トンネルの工事現場を見ると、トンネル入口上部に、反り返った木が飾ってあります。これを化粧木と言います。

伊勢神宮御本殿の屋根の飾り木を模倣しており、その意図するところは、山の神様に対する信仰心と安全祈願にあるとされています。

化粧木の右(根元部)には天照大神、左(木先部)にはウブヤフキアエズの命(神武天皇の父親)を祭るとされています。

長さは、基本的には三尺六寸分=1.20mの反りのある、太い松やヒノキを横にして、両端が角のように加工して飾られています。

【化粧木】
【化粧木】

貫通石(かんつうせき)

トンネルの貫通した石は、「安産」の御守として珍重されてきました。

古くは「神功皇后が戦いの際に敵の背後まで掘った洞窟を利用し、勝利を収め、勝利の記念に洞窟の石を持ち帰ったところ、元気な赤ん坊を産むことができた」という言い伝えにより、安産の守護石となったとされています。

最近では「難関突破」、「石(意志)を貫いて難関突破」、「見通しが明るい」の意味から「受験」の御守としても人気があります。

【貫通式記念品・貫通石と鏡割り用枡】
【貫通式記念品・貫通石と鏡割り用枡】
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