フジタ技術研究報告第 45 号 2009 年

国道 7 号線における活線トンネルの断面拡大

概野間達也

稲田修二

*2

土屋敏郎

*１

濱田寛正

*2

要

幹線国道である国道７号線の鯵ヶ崎トンネル（山形県鶴岡市、トンネル延長 305m）は、昭和 39 年に供用が開始されたトンネルであり、車道 6.5ｍ、歩道 1.2ｍの狭小な断面のトンネルであるため、歩行者・自転車のすれ違いも困難な状況となっており、これらの解消は急務となっている。トンネルを新設する場合のルート検討や、歩行者用トンネルの新設等各工法について設計段階で比較検討されたものの、現在の鯵ヶ崎トンネルを利用、すなわち車両を通行させながら断面を拡幅する「活線下における断面拡大工事」を採用することになった。
活線下の断面拡大に伴い、片側一車線通行を確保するために通行車両を保護するプロテクターを設置したが、標準設計では掘削断面を確保するためにプロテクターに折れ曲がり個所（クランク）があり交通障害となることが懸念されたのに対し、直線上のプロテクターを技術提案した。これにより交通障害を解消するとともに、プロテクターの移動に伴う全面通行止め時間を半減させたが、掘削断面が狭隘なものとなった。このため、適切な掘削機械を配置するとともに電撃破砕薬の採用など新工法に取り組み、工期内の竣工に至った。
本報告は、このような今までに例のない大規模な活線下の断面拡大工事について、掘削方法を主眼として示す。

Construction method for cross-sectional enlargement of existing tunnels

Abstract
This paper reports on a project to enlarge the cross-sectional area of the 305m-long
Ajigasaki Tunnel (part of Route 7 in Tsuruoka City, Yamagata Prefecture) from 40m2 to 80m2
whilst keeping one traffic lane open. Protectors were used to keep the traffic and workers
separated.
In the standard design, protectors had a cranked part at the middle of the tunnel total length.
However, because this profile can hinder traffic-flow, we made the decision to use straightprotectors, although this leads to a narrower working space.
Because it was necessary to excavate bedrock / concrete without using blasting methods ina narrow working space, we adopted appropriate excavating machines and developed new
fracturing technologies such as the electric shock crush exclosive and finished the projectahead of schedule.
In this paper, excavation methods are shown mainly in relation to the enlargement of the
Ajigasaki tunnel.

キーワード：

トンネル 断面拡大 活線*１ 建設本部 土木エンジニアリングセンター*２ 東北支店土木部－19－フジタ技術研究報告 第 45 号

§１．はじめに①を掘削

幹線国道である国道７号線の鯵ヶ崎トンネル（山形県鶴①岡市、トンネル延長 305m）は、昭和 39 年に供用が開始①－１

されたトンネルであり、車道 6.5ｍ、歩道 1.2ｍの狭小な断①①－３面のトンネルである。このため、歩行者・自転車のすれ違いも困難な状況となっており、これらの解消は急務となっ②を掘削

クランク

①－２

プロテクターている。
本線は１日に１万１千台の交通量があるため、トンネルを新設する場合のルート検討や、歩行者用トンネルの新②－３②②－２設等各工法について設計段階で比較検討されたものの、地形によりトンネルを新設することは困難であり、現在の②－１

鯵ヶ崎トンネルを利用、すなわち車両を通行させながら断②③二次覆工面を拡幅する、「活線下における断面拡大工事」を採用することになった。
活線下の断面拡大に伴い、片側一車線通行を確保するために通行車両を保護するプロテクターを設置したが、標準設計では掘削断面を確保するためにプロテクターに折れ曲がり個所（クランク）があり交通障害となることが懸
図１ 標準設計におけるプロテクター配置

念されたのに対し、直線上のプロテクターを技術提案した。
これより交通障害を解消するとともに、プロテクターの移動に伴う全面通行止め時間を半減させたが、掘削断面が狭隘なものとなった。このため、適切な掘削機械を配置するとともに電撃破砕薬の採用など新工法に取り組み、工期内の竣工に至った。
本報告は、今までに例のない大規模な活線下の断面拡大工事について、掘削方法を主眼として示す。

図２ 技術提案によるプロテクター配置§２．標準設計に対する技術提案
図 1 に標準設計におけるプロテクターの配置を、図 2

既設トンネル
断面積＝44ｍ2
内空半径＝4.15ｍ
車道幅＝3.15ｍ
歩道幅＝1.2ｍに技術提案によるプロテクターの配置を示す。
図１に示した標準設計には、以下の課題が残る。
① クランクを伴うため、車両走行の支障となる。

プロテクター
下記の車両が通行可能
高さ4.0ｍ以下
幅3.0ｍ以下
歩行者・自転車通行不可能

新設トンネル
断面積＝72ｍ2
内空半径＝5.6ｍ
車道幅＝3.25ｍ
歩道幅＝2.5ｍ② プロテクターの移動を前提としており、移動時に全面通行止めとなる。
③ トンネル全面の掘削が不可能であり、効率に劣る。
これらの課題を解決するために、図２に示すような直線状のプロテクターとすることを技術提案した。この提案より、以下の結果が得られると考えられた。
① 交通車両の安全性を格段に向上させる。
② プロテクターの移動に伴う全線通行止めの期間が 2週間短縮される。
③ トンネル断面全てを同時に掘削可能となる。

図３ トンネル断面図④ ただし、掘削断面が標準案と比較して狭隘なものとな

図３に提案したプロテクターを設置したトンネル断面をる。

示す。

－20－

国道 7 号線における活線トンネルの断面拡大

地 質 縦 断 図

口側坑点
起口
側坑点
終

鯵ヶ崎ﾄﾝﾈﾙ延長 Ｌ＝316.00ｍ

80.00

D～CL
60.00

40.00
dt

CMTb
Tb

Tb
gtf

Tb

CM20.00

gtf

CMTb

CM

D～CL

D～CL CM D～CL

D～CL

dt

gtf

B

DL＝ 0.00

D～CL

地表部露岩
開口亀裂発生地表部露岩
開口亀裂発生

gtf

CMTb

CMCM
Tb

亀裂密集帯

亀裂密集帯

亀裂密集帯

亀裂密集帯

図４ 地質縦断図§３．地形および地質
本トンネル付近の地形は、急峻な山地が日本海に張り出し、低地は中小河川沿いに狭小に分布している。このため、現鯵ヶ崎トンネルは、火山砕屑岩類から構成される非常に急峻な斜面、あるいはほぼ垂直に切り立った急崖が海岸線まで及ぶ極めて険しい地形に位置している。
図４に地質縦断図を示す。トンネルの地質状況は、起点側坑口部で一部崖錐堆積物等が分布し、基盤岩は凝灰角礫岩で、岩盤状況は概ね地表面 2～5m は風化した
写真１ プロテクター設置状況

D～CL 級岩盤、以深は CM 級岩盤の弱風化岩が分布している。この基盤となる凝灰角礫岩の一軸圧縮強度は、あり、静荷重に対しては 20t、落石などの動荷重に対して基質部で 9～32（平均 22）MPa、角轢部で 66～150（平均 106）MPa と強度差が大きい点に特徴があり、CM 級は 300kg の耐力を有す。プロテクターの製作は工場加工

岩盤の地山等級を CⅡのＬ塊状とし、亀裂密集帯の D～とし、製作された部材は、特殊車両申請された車両によりCL 級岩盤は、CM 級岩盤より 1 ランク下の DⅠとして設トンネル起点側ヤードへ搬入し、組立て時には 2 台のプロ計されている。

テクターを連結して 1 基当り 12ｍとする。組立ては主として昼間作業とし、設置開始時間までに 5 基を組立て、夜間に既設トンネル内に設置する（写真１）。このサイクルを§４．プロテクターの設置

7 日間繰返し合計 32 基（384ｍ）設置した。図 5 に夜間のプロテクター設置時のサイクルタイムを示すが、午後 9 時

本工事のような活線下における断面拡幅では、車両を通行させるためのプロテクターは必須となり、また施工中より全面通行止めと片側交互通行を約 1 時間ごとに 5 回の落盤などの不慮の事態にも対応するように剛構造とす繰り返した。この全面通行止めに対処するために工事開る必要がある。プロテクターの断面は図３に示すとおりで始前から新聞・ラジオ放送による広報活動等を実施し、周知に努めた。

工 種

準 備 工
プロテクター設置（通行止）開 放（片側交互）

21:00

22:00

23:00

0:00

1:00

2:00

3:00

4:00

5:00

6:00

15分

①②

③

④

⑤54分

54分

54分

54分

54分

54分

63分

54分

図５ プロテクター設置時のサイクルタイム－21－54分

片付け30分

フジタ技術研究報告 第 45 号

既設ﾄﾝﾈﾙ
ﾌﾟﾛﾃｸﾀｰ
新設ﾄﾝﾈﾙ

掘削①（天端部削孔）
掘削①（天端部穿孔）

掘削②（ﾌﾞﾚｰｶｰによる天端部のコンクリート破砕）800kg 級ブレーカ 1 台
800kg級ﾌﾞﾚｰｶｰ 1台
掘削②（ブレーカによる天端部のコンクリート破砕）

2ﾌﾞｰﾑｸﾛｰﾗｰｼﾞｬﾝﾎﾞ 1台

2 ブームドリルジャンボ 1 台

掘削③（天端、左掘削、掘削③（天端、左側掘削、右側コンクリート破砕）右コンクリート破砕）
自由断面掘削機（65kW 級） 1 台
自由断面掘削機(65kw級) 1台
0.4m3 級 BH 搭載油圧クサビ 1 台
油圧くさび(ﾎﾞﾃﾞｨｰは0.4m3級BH) 1台
800kg
800kg級ブレーカ級ﾌﾞﾚｰｶｰ1 台1台

掘削④（左側コンクリート破砕）掘削④（左コンクリート破砕）800kg級ブレーカ 1 台
800kg級ﾌﾞﾚｰｶｰ 1台

図６ 当初掘削計画の配置模式図§５．岩盤掘削

ベルのブームによりオペレーターの視界は阻害され、割岩作業が困難となる。また、切羽全面を破砕

5.1 当初の掘削計画

するには想定より削孔間隔を狭くする必要があり、着工時の掘削方法は、以下のとおり計画していた。

穿孔・割岩時間の増加を招く。

① プロテクター上部の天端部は、直径 100mm の油圧く③ 硬岩が出現した場合、65kW 級の自由断面掘削さび（ビッカー）による割岩掘削となるため、油圧くさび機では掘削が困難となることが予想される。

挿入用の割岩孔をドリルジャンボにより削孔する。

以上より、当初予定のサイクルタイムを確保する為に、② 天端部の割岩掘削前に、800kg 級ブレーカにより既掘削工法についての再検討が必要となった。

設覆工コンクリートを破砕する。
③ 天端部をビッカー、拡幅岩盤部を 65kW 級の自由断5.3 変更した掘削工法

面掘削機、拡幅既設コンクリート部を 800kg 級ブレー検討の結果、掘削機械の大幅な変更と、電撃破砕薬をカにより掘削する。

使用した新工法を採用した。図７に変更後の機械の配置④ 岩盤を掘削後、残存した既設コンクリートを 800kg 級模式図を、写真２、３に掘削状況を、また以下に変更点をブレーカにより破砕する。

示す。

当初計画に基づく機械の配置模式図を図６に示す。

① 起点側坑口についてはプロテクター左側、終点側坑口についてはプロテクター両側に小型特殊サイズの 240kW 級自由断面掘削機を導入する。

5.2 掘削計画における課題② 起点側の掘削時には、プロテクター上部に 65kW実際の施工により、以下の課題が明らかとなった。
① 既設コンクリートの強度が想定以上に大きく、大割級の自由断面掘削機を上載することが可能なこと

後の残存コンクリートと隅角部（踏まえ）をブレーカより、プロテクター右側と上部に 65kW 級の自由断のみで破砕することは困難なため、800kg 級ブレ面掘削機を採用する。

ーカのみの全面破砕は多大な時間を要す。

③ 硬岩出現時の天端部の掘削については、試験施② プロテクター上部において油圧ショベル 0.4m3 級工を繰り返した結果、大型油圧くさびの代わりに電に搭載した大型油圧くさびを操作する際、油圧ショ撃破砕薬を使用することにより硬岩に対しても破砕－22－

国道 7 号線における活線トンネルの断面拡大

起点側

上半掘 削時機 械配置

終点側

起点側

終点側

左：自由断面掘削機(240kW)
1台
左：自由断面掘削機（240kW 級） 1 台
天端：800kg級ブレーカー
天端：自由断面掘削機（65kW 級） 1 台 1台
右：自由断面掘削機(65kW)
1台
800kg 級ブレーカ 1 台 併用

左：自由断面掘削機（240kW級） 1 台
左右：自由断面掘削機(240kW)

右：自由断面掘削機（65kW 級） 1 台

右：自由断面掘削機（240kW 級） 1 台

天端：電撃破砕薬
天端：800kg級ブレーカー

1台

1台

電撃破砕薬
800kg 級ブレーカ
1 台 併用

図７ 変更後の掘削機械の配置模式図

写真２ 起点側掘削状況

写真３ 終点側掘削状況

可能なことが判明し、電撃破砕薬を使用することとした（削孔ピッチ 40cm、削孔長 1.5ｍ）。
写真４に電撃破砕薬の装薬状況を、写真５に破砕状況を示す。
電撃破砕薬とは、高分子材料等に高電圧の電流を発生させ、燃焼するときに急激に分子状態になることにより、瞬時に大きな破壊力を生じさせてコンクリート・岩盤等を破砕する方法である 1)。破砕能力は、火薬と静的破砕剤

写真４ 電撃破砕薬装薬状況との中間に位置し、発破時と同様に点火器が必要である
が、火薬類取締法の規制は受けない。破砕時には騒音は発生するものの振動は伴わず、また対象物にき裂は発生させるものの飛石は無いことより、今回のプロテクターを設置した断面には最適となる。
掘削方法についてはこれらの変更を実施したとともに、効率的な重機の入れ替えやずり出し時間の短縮によるサイクルタイムの縮減を目的とし、坑口に仮設構台を構築するとともに坑内の中間に非常駐車帯に類する拡幅部、およびプロテクターと上半盤に斜路を設置し、機械の移動

写真５ 破砕状況－23－

フジタ技術研究報告 第 45 号

った。

その他
7%
RB
16%
掘削
1 サイクル 40%(1.2m
吹付け8.0H）
13%

アセットマネジメントの観点からも、今後は同種の工事が増加するものと見込まれるが、今回の施工が今後の施工に活用できるものと考えられる。

参考文献
1) 福井久明, 永石敏之：電撃パルスと高分子特性を利用した破砕薬, 高分子, 第 57 巻, 7 月号, p.519.

ひ と こ とずり出し24%

1999～2002 年まで土木研究所との官民共同研究として机上検討したトンネル断面拡大を 、 実際の施工現場として体験できたことは自分としては意

図８ 掘削サイクルタイムの一例

野間 達也

距離の短縮や使用しない機械駐機場所として使用した。
5.4 掘削時のサイクルタイム
図８に掘削方法変更後の CⅡパターンにおけるサイクルタイムの一例を示す。図に示されているように 1.2m の掘削に要する割合は 40%程度であり、進行に要する時間は約 8時間であった。なお、サイクルタイム中では吹付けコンクリートやロックボルト打設に時間を要しているが、これは狭隘な断面のために小型の吹付けロボットを使用したこと、ロックボルト打設は継ぎノミとならざるを得なかったことに帰因している。
5.5 掘削時の変位についてA 計測を実施することにより掘削したトンネルの安定性を客観的に評価した。本工事においての最大変位量を観測した箇所は起点側坑口より約 80m の低土かぶり部であり、内空変位量 1.8 ㎜、天端沈下量 4.8 ㎜であった。この結果は、レベル１（許容管理値 9 ㎜）の約 20%・50％程度で収束しており、安定性が確保されたことが示されている。

§６．おわりに
本工事は、既設のトンネル内にプロテクターを設置し、終日片側交互通行規制下における活線施工、また狭隘な作業空間という厳しい条件の中での掘削作業となったが、適切な機械の選定と電撃破砕薬等の新工法の採用により、5 ヶ月で貫通することができた。
また、提案したプロテクターの設置により、工期内の交通車両無事故の結果となり、さらにプロテクターの移動に伴う全線通行止めの期間を無くすことが可能とな－24－

義深いものです。