大量湧水が発生する長大トンネルの施工
Construction of the Long Tunnel with Much Spring Water
木佐一伸*1森山

Shin Kisaichi

祐三*1

Yuzo Moriyama

阪口治*2

Osamu Sakaguchi

要旨
九州新幹線(西九州)、新長崎トンネル（東）他工事は、トンネル工事延長 3,885m の長大トンネル工事である。地質は
熱水変質安山岩と安山岩質凝灰角礫岩が主に分布しており、掘削中には被圧した集中湧水が生じるなど施工の難易度が高いトンネル工事であった。また、長大トンネル工事特有のベルトコンベアを用いた掘削ずりの搬出、桟橋を用いたインバートの施工を行った。本報告ではこれらの施工方法や技術的留意点を含め、長大トンネル工事に関する施工報告を行う。
キーワード：長大トンネル 集中湧水 ベルトコンベア インバート桟橋

１．はじめに本工事は、九州新幹線（西九州ルート）で建設するトンネルのうち、終着駅である長崎駅に最も近い新長崎トンネル（L=7,460m）の東側（L=3,885m）を山岳トンネル工法（NATM）で構築する工事である（図 1、2）。地質は長崎火山岩類と呼ばれる熱水変質安山岩と凝灰角礫岩類を主体（図 3）とし、比較的硬質であるものの、破砕帯の出現や湧水の発生が懸新長崎トンネル念されていた。

図1

西九州ルートトンネルの施工は 2014 年 5 月より本坑へ進入するため掘削ずりの搬出は、掘削が 900m を超えた 2015 年 3 月より

国道 34 号

長崎バイパス
長崎本線
JR工コンクリートの施工を開始した。ベルトコンベアによる号
206着手した。同年 12 月よりインバート、2015 年 2 月より覆国道の横坑掘削（L=21m）を開始し、同年 7 月より本坑の掘削に新長崎トンネル開始した。掘削期間中、集中湧水に遭遇しながらも 2017 年
その後、2019 年 1 月にインバート工、覆工コンクリート工

国道 251 号
長崎駅

5 月に、約 3 年の歳月をかけて 3,885ｍの掘削を完了した。

国道 34 号工事区間を含め全線のトンネル施工を完了した。
図2
新長崎トンネル L=7,460m

図3*1

九州支店 土木部*2

新長崎トンネル地質縦断

技術本部 土木技術部― 33 ―

新長崎トンネル位置

鴻池組技術研究報告

２．工事概要

2019

表2
トンネル
距離
1 TD.900m
2 TD.910m
3 TD.1,044m
4 TD.1,140m
5 TD.1,239m
6 TD.1,616m
7 TD.1,616m
8 TD.1,706m
9 TD.1,706m

No.

新長崎トンネル（東）他工事の概要を表 1 に示す。
工事延長は 3,941m であり、トンネル工 L=3,885m、橋りょう工 L=47m を含む工事である。トンネル掘削は全体工程を短縮する目的で、本坑の起点側坑口部より 50m の地点へ横坑にて進入し、終点側 900m まで掘削後、起点側坑口部へ

長尺水抜きボーリング実施一覧
位置

左側壁
左天端部
左側壁（拡幅）
左側壁（拡幅）
左側壁（拡幅）
右側壁
左側壁
左側壁
右側壁

径(mm)
φ135
φ135φ135φ135
φ135φ135φ135φ135φ135

削孔長湧水量備考(m)(L/min)50.5
300 切羽より集中湧水
16.0
100 補助的水抜き（短尺）
100.0
150
150.0
300
90.0
60
100.5
410
切羽より集中湧水
100.5
550
100.5
5595.0160

貫通させた。
本坑の地山は当初想定されていたよりも湧水が多く、部分的な脆弱層が出現するなどにより、掘削中、集中湧水や地下水位想定線背面水圧の影響から地山の崩落等が懸念された。そのため、大量湧水想定箇所

必要に応じて水抜きボーリング工や先受け工を併用しながら掘削を進めた。
トンネル坑内の湧水量は掘削が進むにしたがって増加し、

No.6,7№4№2

最大で 7,000L/min に達した。湧水量が急激に増加した箇所
長尺水抜きボーリングでは清水と濁水を分離し、濁水のみを場内のプラントで処理していたが、処理量は想定よりも多く、段階的に処理設備を増設した。

№1

№3

№5

集中湧水箇所

表1集中湧水箇所

工事概要

工事名称

九州新幹線（西九州）、新長崎トンネル（東）他工事

工事場所

長崎県長崎市現川町

工

2013年3月1日 ～ 2019年6月28日

期

№8,9

図43.1

長尺水抜きボーリング実施位置№1、№2 長尺水抜きボーリング

発 注 者（独）鉄道建設・運輸施設整備支援機構 九州新幹線建設局

施 工 者

鴻池組・日本国土開発・西武建設・竹下建設 特定建設工事共同企業体

集中湧水が生じた。湧水は左肩部の亀裂から噴出するよう延工事延長L=3,941m、トンネル延長L=3,885m、橋りょう工L=47mな状況であったため、かなり被圧していると考えられた（写長断施工

TD.（Tunnel Depth の略、坑口からの距離）914m 掘削中、面 内空断面積A=66.8m2、幅員W=8.255m真 1）。そこで、切羽背面の地下水圧を低下させる目的で

法 NATM

TD.900m 左側壁部より№1 ボーリング（φ135mm、L=50m）を

施 掘 削 方 式 発破掘削工
法 掘 削 工 法 補助ベンチ付き全断面工法実施した（写真 2）。さらに、TD.910m の天端付近に高水圧の作用が原因と思われる吹付けコンクリートの亀裂が生じ

補 助 工 法 長尺鋼管先受け工、注入式フォアポーリング工ており、早急に水圧を低下させる必要があると判断し、集濁 水 プラント 120m3/h → 240m3/h → 360m3/h（増設）

中湧水が確認された箇所から切羽方向に向けて補助的な№2 ボーリング（L=16m）を実施した。

３．湧水状況と水抜きボーリング
当初より地下水位が比較的高く、地上に多数の沢地形が存在することがわかっており、多亀裂帯の掘削時には大量の湧水が発生することが予測されていた。
そこで、トンネル掘削に際しては削孔検層を実施し、切羽前方の地質、岩盤の強度、帯水状況などを確認した。こ写真 1

噴出する湧水写真 2

れら削孔検層の結果と掘削時の切羽観察より、切羽前方に被圧水が存在し、掘削時にトンネルへ影響が出ると予測さ

3.2

水抜きボーリング
施工状況№3～№5 長尺水抜きボーリングれた場合には、長尺水抜きボーリング（φ135mm）を実施し事前の電気探査の結果(図 5、6)から TD.1,315m を中心とた（表 2）。実施箇所は、大量湧水の想定箇所が中心となっして、比抵抗値が低下していたため、この区間では大量のた（図 4）。

地下水が賦存すると予測されていた。そこで、TD.1,044m を― 34 ―

大量湧水が発生する長大トンネルの施工

水抜きボーリングの開始位置とし、連続して長尺水抜きボた。しかし多亀裂な地山が継続する状況が想定され、広いーリングを実施することとした。実施位置は湧水が想定さ範囲で湧水が生じると判断したため、長尺水抜きボーリン

れる切羽に向かって左側とし、トンネル軸と平行に設置でグを実施した。

きるよう、下半の一部を拡幅してボーリング工を施工した。

岩盤亀裂の方向性が不規則であり、帯水層の位置が予測

長尺水抜きボーリングは、TD.1,044m で№3 ボーリング (φできなかったため、TD.1,616m の左右両側壁部から実施す

135mm、L=100m)、TD.1,140m で№4 ボーリング(φ135mm、ることとし、切羽前方へ向けて右側№6 ボーリング（φL=150m)、TD.1,239m で№5 ボーリング(φ135mm、L=90m)を135mm、L=100m）、左側№7 ボーリング（φ135mm、L=100m）実施した（写真 3）。№5 で湧水量が低下したため水抜きボを実施した。湧水量は№6 で 410L/min、№7 ボーリングでーリングの施工は終了した。

550L/min を観測（写真 4）した。施工後は 2 日程度で湧水

湧水量の最大は、№4 ボーリングの 300L/min であった。

量、湧水圧ともに減少し、ボーリングの効果が確認できた

これらのボーリングの結果、切羽上半部での湧水は減少し、（図 7）。帯水エリアがさらに広がりを有している可能性が集中湧水に伴う崩落を防止し、大量湧水想定区間を無事通あったため、TD.1,706m 左右側壁部より切羽前方へ向けて過することができた。

№8、№9 ボーリングを実施したが、湧水量は 55L/min、160L/min であった。

TD.1,315m(59km150m)

電気探査測線(HH-1)

電気探査測線(HH-4)

図 5.電気探査実施位置
写真 4

No.7 ボーリング孔湧水状況

No.7 湧水量

No.6 湧水量

No.7 湧水圧
No.7 湧水量

トンネル断面

No.6 湧水量

図 6.電気探査による比抵抗分布図

No.6 湧水圧

図 73.4No.6,7 ボーリングの湧水量と湧水圧の経時変化

湧水状況と湧水処理

坑内湧水は、集中湧水や水抜き孔からの湧水により一時的に増加したり、地下水圧の低下とともに減少することを繰り返しながら、トンネル掘進とともに徐々に増加していった（図 8）。TD.2,840m から縦断線形が下り勾配となった
写真 3
3.3

関係上ポンプによる強制排水を行っていたが、TD.3,760m

No.3 長尺ボーリング実施状況

付近で SL 下からの湧水量が極端に増加し（写真 5）、総湧№6～№9 長尺水抜きボーリング

水量は最大 7,000L/min まで達したため、強制排水能力が不TD.1,608m で、被圧を伴う集中湧水が生じ、水抜きボーリングにより切羽背面の水圧を低下させながら掘削を進め足し、坑内が一時水没した（写真 6、7、図 8）。このため、排水配管系統および水中ポンプを増設した。

― 35 ―

鴻池組技術研究報告

2019

液化炭酸ﾀﾝｸﾌﾟﾚｽ 2 号機
ｼｯｸﾅｰ 1 号機
ﾌﾟﾚｽ 1 号機

ｼｯｸﾅｰ 3 号機

写真 5

湧水状況(TD.3760m)

写真 8

濁水処理設備（360m3/h）設置状況

清水配管

写真 6

急増した湧水による水没状況(TD.3760m 付近)

ｼｯｸﾅｰ 2 号機

写真 9

水抜き孔に直接排水配管を接続

坑内清水分離状況

清水配管

河川放流

写真 7

坑内からの排水状況（5000L/min）

図8

写真 10

トンネルの進行と濁水処理量の径時変化― 36 ―

清水の放流状況

大量湧水が発生する長大トンネルの施工

濁水処理設備の能力は当初 120m3/h で処理していたが、連続ベルコン導入時期は、覆工用の全断面スライドセント処理量が能力の 80%に達する毎に設備を段階的に増設し、ルを組立・搬入後となることから、切羽の進行が坑口から3最終的に処理能力 360m /h まで増設することとなった（写940m 時点からの適用とした。

真 8）。また、集中湧水(水抜きによる湧水を含む)や多雨に｢ベルコン方式｣を採用した結果、坑内のずり出し用ダンよる急激な湧水の増加に対応するため、積極的に清水分離

プトラックの走行がなくなり、排気ガスによる坑内環境のを実施（写真 9、10）して清水を直接河川へ放流することで悪化を防止することができた。また、坑内を通行する他の濁水処理量を削減し、濁水が流出することによって環境へ工事用車輌や職員、作業員の安全性が向上した。さらに、の影響がでないように細心の注意を払った。

坑内路盤の管理が容易となり、作業サイクルの向上につながった。

５．ベルトコンベアを用いた掘削ずりの搬出ベルトコンベア

本トンネルでは、掘削残土の搬出に連続ベルトコンベア搬出ズリ「ベルコン方式｣（図 9）を採用した。坑内の掘削ずりは、サイドダンプ式ホイールローダーで切羽に設置したクラッズリ仮置場シャーへ投入し、ベルトコンベアを経由して坑外ズリ仮置
写真 11場へ搬出する（写真 11）。

ズリ仮置場

写真 12

クラッシャー

連続ベルトコンベア設備は、切羽側から順にクラッシャー（写真 12）、テールピース台車（写真 13）、ストレージカセット（写真 14）、メインドライブ装置（写真 15）で構成されるが、ベルトの張力制御の要因から一般にメインドライブからテールピース台車までの連続ベルコン延長は2,500～3,000m が望ましいとされている。本トンネルはトンネル延長 3,885m であり、メインドライブからテールピー

写真 13

テールピース台車

写真 14 ストレージカセット

写真 15

メインドライブ装置

写真 16 中間ブースター設備

ス台車までの延長が最大約 3,700m となることから、乗換え設備と中間ドライブ設備からなる「中間ブースター設備」（写真 16）を設置する必要 があった。そこで 坑口から2,580m 地点にこの中間ブースター設備を設置し、インバート施工の妨げとならないよう、最終的に坑口から 2,800m 地点に移設した。

図9連続ベルトコンベア設備概要― 37 ―

ズリ仮置場

鴻池組技術研究報告

６．桟橋を用いたインバート施工

2019断方向に移動できるようにした（図 11、12）。これによりシュートの届かない箇所が無くなったため、生コンクリートトンネル切羽への通行路を確保しながら、インバートを施工するためには、左右に分割して施工する方法と桟橋ををシュートで直接打ち込むことができ（写真 18）、作業員の負担を軽減できた。

使用して全断面で施工する方法がある。本トンネルは施工
基面幅が約 8m と狭く、分割施工すると車両通行路が確保できないことから、桟橋を用いたインバート施工を行った。
使用したインバート桟橋は、インバート 1 ブロックの延長となる 10.5m の径間を確保できるよう有効支間長 14.0m とした（図 10）。
39180
20280
有効支間長：14000

8600
3325

10300

6000

図 10

図 11

電動ポッパー概要（横断図）

1打設長：10500
19065

インバート桟橋構造（全長 39.18m）

掘削は桟橋の切羽側斜路を跳ね上げ、その下部で行った（写真 17）。車両通行の際は、作業を一時中断し、桟橋の斜路を下ろすことで通行を確保した。桟橋の切羽側斜路下の延長は約 6m であるため、延長 5～6m を全断面で掘削し、掘図 12電動ホッパー概要（縦断図）

写真 18

インバートコンクリート打設状況

削完了後、桟橋を切羽方向へ移動した。したがって 2 回の掘削で 1 ブロック 10.5m の掘削を完了した。掘削残土は切羽側に一時仮置きし、コンクリート打設完了後に 10t ダンプトラックで坑外に搬出した。

７．まとめ
本トンネル工事では、高い地下水位の中、高水圧を伴っ
写真 17た集中湧水に遭遇したが、水抜きボーリングや的確な支保インバート掘削状況の強化によって、無事乗り切ることができた。また、トン
コンクリートの打設は、桟橋に設置したシュートを用いネル工事延長が 3,885m と長く、掘削、インバート、覆工と、て行った。従来の跳ね上げ式インバート桟橋の場合、覆工それぞれ同じ作業を長期間にわたって繰り返すことになる。

板に 6 箇所と桟橋リブに片側 7 箇所、計 20 箇所の打設窓

そのため、工事を安全かつ経済的に進めるにあたって、施からシュートを用いて打設を行うが、インバート端部や中工サイクルの短縮、作業員の負荷軽減および作業環境の改央通路部など、桟橋が障害となり、シュートが届かない箇

善は、通常のトンネル工事よりも重要となったが、施工設所が生じる。そのため、コンクリートを人力で掻き上げる備や機械の適切な選定と工夫により、工程が遅延すること作業が発生し、作業員の負担が大きくなる。そこで、生コなく安全に施工を完了することができた。

ンクリートを受けるホッパーと回転式シュートが一体となった装置を桟橋側面に取り付け、これが電動ウィンチで縦本報告が、今後の長大トンネル施工の参考になれば幸いである。

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