中山トンネル(上越新幹線)

context: 中山トンネル(なかやまトンネル)は、上越新幹線の高崎駅-上毛高原駅間にある、総延長14,857mの複線鉄道トンネルである。

高崎方面から進行すると榛名トンネルの次、2番目に通過するトンネルである。建設中に2回の大出水事故を起こして難工事を極め、2回の経路変更によりようやく完成した。経路変更に伴いトンネル内に半径1,500mの曲線が生じたため、営業速度240km/hの新幹線がトンネル内の曲線部分を通過するときには160km/hに減速せざるをえなくなった。

日本において初めて新オーストリアトンネル工法(NATM)が採用されたトンネルである。

当初の予想を大幅に超えた難工事による工期の遅れから、中山トンネルの工事は上越新幹線全体の開業に多大な影響を与えることとなり、事前の地質調査の重要性など、多くの教訓を残すこととなった。
qas: question: 新幹線が中山トンネルの曲線部分を通過する際に出せる速度は?
answers: text: 160km/h

question: 高崎方面から進行するとき最初に通過するトンネルは何ですか?
answers: text: 榛名トンネル

question: 日本で最初に新オーストリアトンネル工法を採用したトンネルは?
answers: text: 中山トンネル

context: 先に開通していた東海道新幹線や建設が行われていた山陽新幹線に引き続き、「国土の均衡ある発展を図る」ことを目的として1970年(昭和45年)に全国新幹線鉄道整備法が制定された。これにより東京と新潟を結ぶ高速鉄道として上越新幹線を建設することが決まり、1971年(昭和46年)1月に基本計画決定された。そしてわずか10か月ほどの準備期間を経て同年10月に起工されたが、この準備期間はいささか短すぎるものであった。また準備に際しても、過去に難工事を経験した在来線の上越線用の清水トンネル・新清水トンネルと並行しており、かつ上越新幹線でもっとも長い大清水トンネルに注目が集まり、中山トンネルに対しては十分な準備がなされたとは言えない状況であった。
qas: question: 全国新幹線鉄道整備法が制定されたのは何年なのか和暦で答えてください。
answers: text: 昭和45年

question: 上越新幹線が起工されたのは何年ですか?
answers: text: 1971年

context: 群馬県内における上越新幹線の経路としては、上越線のように利根川に沿う経路ではなく、それより西に寄った月夜野の高原地帯の下をトンネルで貫く経路が選択された。これに関しては、上毛高原駅周辺の土地開発に絡む利権からの決定であるという主張がある。一方、当時計画されていた沼田ダムとの関連を指摘する意見もある。新潟大学名誉教授の大熊孝は「群馬県に計画されていた沼田ダムでの水没予定地を避けて関越自動車道と新幹線の経路が選択されたと理解している」と発言している。

実際に建設された中山トンネルは、小野子山と子持山の間の火山活動でできた高原地帯の下を貫く経路が選択されている。これに関しては、子持山の東側を利根川に沿ってトンネルで貫く経路も検討されていた。実際に採用された経路ではなだらかな高原地帯の下に建設したため、トンネルの建設位置に取り付く経路として斜坑を建設するときわめて長大なものにならざるを得ないことから、鉄道のトンネルとしては前例の少ない立坑を掘らなければならなかったのに対して、子持山東麓経路では利根川沿いからトンネルへ取り付く経路を設定できて施工条件は良いとされた。事前の検討でも子持山東麓経路が本命で直行ルートは当て馬的に考えられていたという証言がある。しかし子持山東麓経路ではその手前で渋川の市街地を長く通過することになって土地買収の困難が予想されたことや、前後の駅設置位置との関係などの問題があった。また当時東北新幹線において水沢や花巻などの中間駅設置の要望が強かったが、国鉄としては新幹線の速達性を損なう中間駅の増設に否定的な立場であった。利根川沿いに北上する経路を採用した場合、渋川と水上に駅を設置することが検討されていたが、このような駅間距離の短い駅の配置を上越新幹線で採用する影響が東北新幹線に波及することを国鉄のトップが恐れたこともあり、最終的に現経路が選択された。
qas: question: 上越新幹線の経路はどこの下を貫く経路が選択されましたか?
answers: text: 月夜野の高原地帯

question: 当時東北新幹線において要望が強かったが、速達性を損なう恐れがあったため国鉄としては否定的立場であった案件とは?
answers: text: 中間駅設置

question: 上越線が通る経路は?
answers: text: 利根川に沿う経路

context: 上越新幹線はそれまでの新幹線と異なり、初めて日本鉄道建設公団(以下、公団と略す)が担当することとされた。このため中山トンネルも公団が担当して建設することになった。公団ではこの上越新幹線の工事にあたり、大宮起点126km330m地点(在来線の水上駅付近)より南側を担当するために東京新幹線建設局を設置した。その下で実際に中山トンネルの建設を担当したのは、高山鉄道建設所である。
qas: question: 上越新幹線を担当した組織は?
answers: text: 日本鉄道建設公団

context: 上越新幹線建設にあたっては、乗り心地の限界、蛇行動発生の限界、粘着の限界など諸限界を考慮の上で、近い将来に改良して向上できる限界も加味して、計画最高速度を250km/hと設定した。ただし、自動列車制御装置(ATC)によってブレーキが動作する速度(許容最高速度)は260km/hである。実際には開業時には最高速度210km/hで走行し、その後240km/hに高速化し、1990年(平成2年)3月10日のダイヤ改正から下り2本のみ大清水トンネル内の下り勾配を利用して275km/h運転を実現したが、1999年(平成11年)12月ダイヤ改正で275km/h運転は中止され、240km/h運転となっている。
qas: question: 上越新幹線の新設当時の最高速度は?
answers: text: 210km/h

question: 275km/hで走れるようになったのは何年からですか?
answers: text: 1990年

context: 車両限界と建築限界については、東海道・山陽新幹線に比べて縮小することでトンネル断面積の削減を検討したが、将来的な直通運転への対応やサービス向上に対する弾力性などを考慮し、また工事費の節減効果が少ないとされたことから、東海道・山陽新幹線と同じ断面が採用された。軸重は、東海道・山陽新幹線では16tであったが、雪害対策を施したために1t増加して17tとなった。これに合わせて活荷重は新P-17標準活荷重およびN-16標準活荷重を採用している。

最小曲線半径については山陽新幹線の基準を踏襲し、停車場外では4,000m(やむを得ない場合3,500m)と設定されていたが、後述するようにこれは結果的に達成できず、トンネル内に半径1,500mの曲線が設定されることとなった。縦曲線半径は15,000m以上、最急勾配は15パーミル以下、延長10km間平均勾配で12パーミル以下とされた。軌道中心間隔は4.3mで、軌道は全面的にスラブ軌道を採用している。トンネルの断面は、ほぼ山陽新幹線のものを継承している。基面の幅は、レール面の下0.4mの高さ(基面)で直線区間では8.4m、スプリングライン(トンネル側壁から上部の円形部分への接続点)の高さはレール面から2.6m、アーチ(トンネル上部の円形部分)の半径は4.8mである。
qas: question: 実際トンネルに配置されてしまった曲線部分の半径は何メートルですか?
answers: text: 1,500m

question: もともと本トンネルが達成すべき最小曲線半径は何メートルでしたか?
answers: text: 4,000m

question: スプリングラインの高さはレール面から何メートルですか?
answers: text: 2.6m

context: 中山トンネルは、大宮起点101km710m地点から116km540m地点に至る区間にある。このためトンネルの長さは14,830mのはずであるが、実際にはトンネル内に2か所の重キロ程(キロ程の重複地点、詳細は後述)があり、27mが加算されて全長は14,857mとなっている。トンネル内での勾配は、大宮方から新潟方へ向けて12パーミルの上り片勾配として計画されていたが、実際に完成したトンネルでは一部に11.9パーミル区間がある。平面線形は、トンネル中間付近で下り列車に対して右へ半径6,000mの曲線と、トンネル出口付近で下り列車に対して左へ半径4,000mの曲線が計画されていた。これは建設中の2回にわたるルート変更により、半径1,500mの曲線が挿入されている。トンネルが通過している地域は子持山と小野子山の間の鞍部にあたり、標高400-650m程度の高原地帯で、土被りは200-400m程度である。
qas: question: 中山トンネルの長さは何メートルですか?
answers: text: 14,857m

question: 中山トンネル内での勾配はもともとは何パーミルで計画されましたか?
answers: text: 12パーミル

context: 中山トンネル付近では地表付近を火山泥流堆積物が厚く覆っており、また土被りが300-400mにも達することから、地表面からの踏査で地質を調査することは難しかった。そこでボーリングと弾性波探査(人工地震波による調査)による地質調査が実施された。立坑に着手した1971年度(昭和46年度)の時点では12本のボーリングが実施されたが、コアの採取率が悪く詳細な地質は不明のままであった。その後、1972年度(昭和47年度)に追加のボーリング15本と弾性波調査が実施され、1973年度(昭和48年度)に総合解析としてトンネル全区間の地質縦断面図が作成された。

この当初作成された地質縦断面図では、トンネル本坑周辺のかなり広い範囲で猿ヶ京層群(Gf)という堆積岩が分布していることになっていた。この堆積岩は約3000万年前に堆積して、長い年月の間に岩石化が進行し、湧水のほとんどないよく固結した良好な岩盤であるとされた。実際に中山立坑では工事中の湧水が少なかったこともあり、当初工事が難航していた四方木立坑や小野上北斜坑も、もう少し深く掘り下げれば堆積岩層に入って好転するものと期待されていた。しかし実際にはいつまでたっても良好な岩盤が現れることはなかった。
qas: question: 中山トンネルの建設にあたって、地質を調査する方法としてボーリングと使われたのは何ですか?
answers: text: 弾性波探査

question: トンネル全区間の地質縦断面図が作成されたのは何年か?
answers: text: 1973年

context: 1974年(昭和49年)9月に小野上北斜坑において大出水事故が発生し、これを受けて70本以上のボーリング調査が追加実施されて、1976年(昭和51年)に再度地質縦断面図が作成された。これによれば、当初四方木立坑や小野上北斜坑の下部にあるとされていた緑色凝灰岩を中心とした固結した堆積岩は、実際には未固結凝灰角礫岩(八木沢層、Yg)であることが判明した。八木沢層は古く見積もっても数百万年前程度に堆積したもので、ほとんど未固結であり、中山トンネルの工事を難航させた最大の原因となった。

また、四方木立坑から高山立坑にかけての本坑付近に閃緑岩類(Dp)の存在が確認された。この閃緑岩は固くてトンネルを建設するのに適した地層であるが、中山トンネルにおいてはその上部が不整合面を形成していた。不整合面はかつての地表面で、その上に新たに堆積物が積み重なって地層の境界となっている。このためかつての地表面そのままに境界面に山や谷が形成されていて複雑な起伏があり、地表からのボーリング調査によって構造を正確に把握するのは困難であった。そして、トンネル施工基面がこの不整合面にほぼ一致していたため、本坑付近の地質分布が大変複雑なものとなってしまった。特に問題があったのは、本坑は不整合面の下部の閃緑岩層にあるが、不整合面までの高さが薄くなっている部分で、不整合面の上は20気圧近い水圧のかかった地下水を含む八木沢層であるため、本坑へ水が浸透してくることが問題となった。このため薬液注入を実施して対策を施したが、それでもそうした場所での大出水事故を招くことになった。一方でそうした起伏に富んだ不整合面を把握することで、帯水層までの十分な離隔を置いた位置へのルート変更を行うことが可能となった。
qas: question: 1976年以前の地質縦断面図では、未固結凝灰角礫岩がどういう岩石だと書かれていますか?
answers: text: 堆積岩

question: 四方木立坑から高山立坑にかけての本坑付近に閃緑岩類の存在が中山トンネル建設に置いて問題となった点は何ですか?
answers: text: 不整合面

question: 中山トンネル建設中、小野上北斜坑において発生した大出水事故は何年の事ですか?
answers: text: 1974年

context: 1971年(昭和46年)に当初の工事実施計画が認可された時点では、上越新幹線の完成は1976年度(昭和51年度)と設定されていた。約5年の工期は、東海道新幹線や山陽新幹線の実績を考えれば、それほど無謀な設定ではなかった。しかし建設中の1973年(昭和48年)には第一次オイルショックに見舞われ、建設予算の削減や新規発注の凍結が行われ、工事の遅れに直結した。中山トンネルでは、当初完成予定のはずの1976年度の時点で四方木や高山の立坑がようやく完成して本坑の工事に入る段階で、工事が大幅に遅れていることは明らかであった。

こうしたことから、1977年(昭和52年)3月24日の工事実施計画変更申請、同3月30日認可により、完成予定は1980年度(昭和55年度)へと延期となった。しかし出水事故などに見舞われて工期はさらに遅延することになり、1980年(昭和55年)12月24日には1982年(昭和57年)春に東北・上越新幹線を同時開業させる方針が発表された。ところが中山トンネルで2回目の出水事故が発生して、最終的に東北新幹線との同時開業の断念に追い込まれた。結局上越新幹線は1982年(昭和57年)11月15日の開業と決定し、これに間に合わせるべく突貫工事を続け、中山トンネルを同年3月に完成させた。
qas: question: 1976年に計画されてた上越新幹線の完成が1980年に延期された原因で、詳しくは建設予算の削減や新規発注の凍結の原因でもある事件とは何だ?
answers: text: 第一次オイルショック

question: 上越新幹線が完成されたのは結局、昭和何年だったのか?
answers: text: 57年

question: 東北・上越新幹線の同時開業が失敗した理由は何ですか?
answers: text: 出水事故

context: 中山トンネルの完成に上越新幹線全体の開通時期が依存していたこともあり、水没した工区の復旧後は工事が急ピッチで進められた。地質・残工事量・後続作業との兼ね合いなどを検討の上で工区割が再編された。作業員約2,000名が投入され、迂回坑を利用して増やされた本坑掘削現場で24時間3交代制の猛スピードで工事が進められた。四方木工区では、立坑でズリを運ぶ装置の稼働率が93パーセントに達するという記録的な値となった。1981年(昭和56年)8月、上越新幹線の開業予定が翌1982年(昭和57年)の11月と発表された。これに間に合わせるためには、トンネルを3月までに完成させて後工程の軌道工事・電気工事に引き渡す必要があった。
qas: question: 中山トンネルの工事に投入された作業員の人数は?
answers: text: 約2,000名

question: 本坑掘削現場では一日何回交代で作業が勧められましたか?
answers: text: 3交代

question: 上越新幹線の開業予定が発表されたのは何年の事ですか?
answers: text: 1981年

context: 1981年(昭和56年)10月から12月にかけて、中山工区と高山工区の本坑工事が順次完了していき、残されたのは四方木工区と小野上南工区の境界付近となった。この区間では1981年(昭和56年)7月27日に迂回坑が貫通した。これは、迂回坑ではあったが中山トンネルの全区間が貫通したことを意味し、また四方木・高山の両工区が下流の小野上南工区とつながったことで、水没の恐れがなくなったことも意味した。小野上南工区の本坑工事は11月末まで続けられ、106km430m地点で完了した。これは当初設定の工区では小野上北工区を完全に含み、四方木工区の大宮方130mまでをも含むもので、総延長は4,720mとなった。そして四方木工区側から残り40mの工事が行われ、12月23日に貫通してようやく中山トンネル全区間の本坑が貫通した。
qas: question: 中山工区と高山工区の本坑工事が終わったのは1981年の何月ですか?
answers: text: 12月

question: 中山工区、高山工区、四方木工区、小野上南工区での工事の中で、時間的に最後に完了された工事はどこですか?
answers: text: 四方木工区

question: 中山トンネルの最後の工区が完成されたのは何月何日ですか?
answers: text: 12月23日

context: 1982年(昭和57年)3月17日、群馬県知事や近隣町村長、日本鉄道建設公団総裁や請負会社の社長らが臨席して、中山トンネル完成式が行われた。代表者により最後の軌道用コンクリートの打設が行われた。これによりトンネルは土木工事から軌道工事に引き渡された。

トンネルの建設がまだ行われている中でも、既に完成した区間では軌道の敷設が始められていた。引き渡しを受けて最後の区間の工事が進められ、4月に軌道工事が、5月に電気工事が完了した。7月23日に試運転が開始され、11月15日についに開通を迎えることができた。

14,857mのトンネルに、約10年の歳月とのべ230万人の作業員が投入された。中山トンネルのメートル当たりの建設費は約839万円に上り、上越新幹線の全トンネルの平均約330万円を大きく上回った。わけても2回水没し、八木沢層に苦しめられた四方木工区の建設費はメートル当たり3467万円という多額に上った。トンネルの長さ14,857mをかけると、総額は1246億5023万円となる。この他に、渇水対策費として約119億円を費やしている。これだけの難工事であった中山トンネルであるが、上越新幹線全体で72名の殉職者を出しているのに対して、2名(資料によっては4名)の犠牲に留まっている。2回の水没事故も犠牲者を出すことがなかった。このトンネルを、新幹線は約4分で走り抜ける。
qas: question: 中山トンネル完成式は何年に行われましたか?
answers: text: 1982年

question: 中山トンネルでの初の試運転は何年?
answers: text: 1982年

question: 中山トンネルの電気工事が終わったのは何月ですか?
answers: text: 5月

question: 中山トンネルのメートルの建設に使った金はどれくらいですか?
answers: text: 約839万円

context: トンネル工事に伴い、地表では渇水の被害が広がった。特に小野上南工区では、坑口からの自然排水によりどんどん水を抜いていたので、その上部にあたる小野上村・子持村において深刻な被害が発生した。沢が1本干上がり、その他の沢も水量が減少し、水道用の揚水井戸では水位が下がってポンプによる汲み出しができなくなった。こうした問題の対処のために給水車が随時出動した。代掻きをする時期には農業用水の不足が問題となり、トンネル湧水や近くの川の水をポンプアップして対応したが、水量の不足に対処するために各農家での代掻きの時期の調整が必要となった。小野上南工区が柱状節理にぶつかって大量の湧水が発生した際には、小野上村の基幹水源地の水源が枯渇し、トンネル湧水を水源地に送る全長約5kmの配管を村道に沿って急遽建設して断水を防いだ。
qas: question: トンネル工事とともに発生した問題は何ですか?
answers: text: 渇水

question: 小野上南工区での断水を防ぐために急遽建設した配管の規模は?
answers: text: 約5km

question: 渇水問題を解決するための策として使われたのは何か?
answers: text: 給水車