トンネル

特徴

山岳地帯においては、地上の地形に関わらず曲線・つづら折れ・勾配を減少させ、自動車や鉄道の高速走行や大量輸送が容易になる。また強風・積雪時の通行規制（豪雪地帯の峠越えは積雪による冬季閉鎖で通行出来ない箇所が多い）を減らすことができる。坑口付近を除いて景観を損ねず（景観破壊にならない）、森林破壊にもつながりにくい（生態系の保持）。海底トンネルや水底トンネルであれば、大型船の通行（橋であれば、橋の下を通過する大型船に高さ制限や幅制限が発生してしまう）に影響が無いといった長所が挙げられる。特に急峻な地形が連続する地域では不可欠な設備である。
その一方、短所もある。トンネルに作用する土圧や水圧のため断面積はあまり大きくはできず、通行する車両には車両限界が設定され、従って輸送能力に制限が加わってしまうことが多い。また、断面積を大きくとるほど掘削に要する費用も増大する。地質によっては崩落を防ぐための補強で建設費が嵩むことがある。地下水位に影響を与えることもある。
長大トンネルにおいては換気が困難で、空気が汚れやすい。また充分な酸素が供給されないと乗客の健康を脅かし、車両の走行性能も低下する。火災時に一酸化炭素などの有毒ガスが溜まりやすいことや、場合により危険物積載車の通行が規制されることもこれに起因する。また海底トンネルや水底トンネルは内部の湿度が高く、車両やトンネル内設備が腐食しやすい。

歴史

トンネルは世界各地に古くから人間の手によって造られてきた。トンネルの歴史は古く、灌漑用水路として古代に造られているが、紀元前交通路としての建設は紀元前2000年頃にユーフラテス川の河底を横断する歩行者用のトンネルがバビロンに造られたのが最初とされている。また、古代ローマや古代ギリシアには数多くのトンネルが造られ、現在に至るまで使用されているものも存在する。日本では近代までトンネルは発達せず、1632年（寛永9年）に現在の金沢市で着工された辰巳用水が日本最初のトンネルではないかといわれている。代わりに峠道が発達し、五街道をはじめ各地で整備が行われた。交通路のトンネルとしてよく知られるのは、1764年（明和元年）頃に、禅海が20数年の歳月をかけて槌とノミだけで完成させたと伝えられる耶馬渓の青の洞門がある。
機械動力の無い時代、あるいはその確保が困難な場合、トンネルの掘削はツルハシやノミなどの器具を用いた人力に頼るしかなかった。日本においては青の洞門（大分県中津市本耶馬渓町）や中山隧道（新潟県長岡市 - 魚沼市間）がその端的な例である。
近代になり鉄道技術が発達すると、ヨーロッパにおいて鉄道を通すためのトンネルが多く作られるようになり、著しくトンネルの掘削技術が向上した。イギリスでは、トーマス・テルフォードやロバート・スチーブンソンなどの優れた技術者が多く誕生した。
ダイナマイトが発明されると、これを用いた発破によってトンネル建設の効率は飛躍的に高まった。さらに、様々な建設機械・工法の出現によってトンネル技術は21世紀になっても進化を続けている。
日本最初の西洋式トンネルは、東海道本線の神戸市内にあった石屋川隧道である。1871年（明治4年）完成。天井川であった石屋川の下をくぐっていたが、同区間の高架化により消滅した。また、日本人技術者のみで最初に造られたトンネルは、東海道本線の大津市内にあった逢坂山隧道である。1880年（明治13年）完成。新線切り替えにより廃止され、名神高速道路建設などにより部分的に消滅したが、東側の坑口が現存する。

矢板工法

掘削した壁面に矢板（やいた）という木板（主に松が使用され「松矢板（まつやいた）」と呼ばれた）や鉄板（「鋼矢板（こうやいた）」と呼ばれる）をあてがい、支保工という支柱で支え、その内側をコンクリートなどで固める「巻き立て」によって仕上げる。日本では1980年代の東北新幹線・上越新幹線建設までこの方法が取られていた。しかしながら、事前調査の不足も重なり、特に蔵王トンネルでは工期が3年延びたほか、中山トンネルでは出水の連続から多数の迂回坑建設や300基を越える直上ボーリングの実施が必要となり、総工費が膨れ上がり、開業後の速度制限をももたらした。今後の新幹線や高速道路にますます必要となる長大トンネルには技術的に不足があるのは明らかであった。これらが転機となって、その後は中山トンネルの一部で試行されたNATM が主流工法となり、それまでの経験工学からの転換という意味合いを含め、今までの工法として在来工法とも呼ばれる。

トンネル工事と安全確保

トンネル工事は労働基準法等の法令により、坑内労働として規定され、就業制限や安全衛生について一般の作業場とは異なる規制が設けられている。

トンネルの分類

用途別では、道路や鉄道の交通用トンネルの他に、灌漑や水力発電用の水路トンネルや、鉱山の坑道もトンネルの一種に数えられ、大都市で建設される共同溝や地下街、地下駐車場、地下鉄も広義のトンネルとされる。場所や工法による分類では、山岳トンネル（山岳工法）、シールドトンネル（シールド工法）、都市トンネル、開削トンネル（開削工法）、沈埋（ちんまい）トンネル（沈埋工法）など様々な形態がある。

山岳トンネル

山を貫通するように掘られたトンネル。トンネル中央部を高く、両端の出口を低くする逆 V 字型の勾配（拝み勾配）とすることで自然排水が可能である。但し立地条件などから片勾配となっているものも少なくないがこれでも自然排水は可能である。

都市トンネル

都市の建造物の中や地下を通るトンネル。首都高速道路に於けるトンネルの殆どや地下鉄の多くはこれである。滑走路等を避けて空港の地下を通るトンネルもある。傾斜は周囲の構造物などによって大きく異なる。

水底トンネル

川底や海底に掘られたトンネル。構造的に中央部が低くなるため、排水を機械的に行う必要がある。

水中トンネル

例えば水族館の水槽の中などに作られた観賞用の通路で、アクリル樹脂などで透明になっていてトンネルの外の水中を眺められる構造になっている。

自動車用

自動車用の長大トンネルには大規模な換気設備や、非常ボタン・消火設備・非常電話・非常停車帯・避難用トンネル（避難坑）などの防災設備が設置されている。また、日本においては道路法で長さ 5,000 m 以上並びに水底・水際の道路トンネルは危険防止のため危険物積載車通行が禁止されている。
最近建設されるトンネルは車同士のすれ違いが出来るよう、2車線確保できる断面積にする場合が多い。2車線未満のトンネルは一方通行や片側交互通行、車両幅制限、大型車の通行規制などで対応する場合がある。
高速道路や主要道路を中心に、ラジオの再送信を行っているケースもある。なお、トンネル内で交通事故や火災などが発生した場合、全ての放送局の再送信を休止して、緊急時の正しい行動を周知する放送を流す。これは、再送信している全ての周波数で同じものが流れる。
トンネルの入り口手前に一般道路・高速道路問わず、信号機を設置している場合がある（写真参照）。また高速道路ではトンネルの長さなどに関係なく必ず全てのトンネルの入り口にトンネル情報表示器が設置される。長大トンネルではトンネル内にも設置される。

歩行者用

自動車用のトンネルにおいて歩道が設置されている場合、排気ガス対策から自動車用のトンネルとは別に併行してトンネルが設置されている場合がある。関門トンネルでは、人道用と車道用とが2層になっている。
また、歩行者専用に地下道が設置されている場合、道路や鉄道を立体的に横断するために地下横断歩道が設置されている場合がある。

鉄道トンネル

鉄道用のトンネル。鉄道トンネルでは特に、単線のものを単線トンネル、複線のものを複線トンネルと呼ぶことが多い。換気が困難な長大トンネルや、特に列車運転頻度の高い線区のトンネルは早く（蒸気機関車が一般的であった時代）から電化されている。また。鉄道は勾配に弱いため、山の斜面を標高の低いところから掘り進んで建設する必要に迫られることから、全般的にみて道路トンネルよりも長大なものが多い。
電化を前提としていない古くからある鉄道トンネルでは、電化の際に建築限界の小ささから通過できる車両に制限がかかったり（中央本線など）、架線などの必要なスペースが取れないため、問題となる。解決策として、断面積の大きい新トンネルを掘削し、旧トンネルを廃止したり（常磐線、赤穂線、呉線など）、複線化の際に単線トンネルを掘削し、路盤を下げるなどで旧トンネルを改良し、単線トンネルを2本並べた形にする方法（山陽本線、東北本線など）がある。また、複線化と電化を同時に行い、新線に複線トンネルを新設する場合も多い（北陸本線の北陸トンネルや函館本線の神居古潭駅
）。
なお、鉄道車両の高速化に伴い、トンネル微気圧波などが問題となったため、トンネルの出入口付近に、少しでも圧力変化を穏やかにするための構造を設けている場合もある。
こちらも道路トンネル同様、長大トンネルでは入口手前に信号機が設置され、使用している信号機は踏切などで使用されている特殊信号発光機が使用されている。

水路トンネル

水を流すためのトンネル。運河において、山を避けてトンネルを掘り、船舶の航行が可能なトンネルがある（例：イギリスのバーミンガム近くのネザートン・トンネル）。用水路で、河川トンネルともいうものがある。暗渠を参照。また、下水道についてもトンネルが用いられる。下水処理場そのものをトンネルに設置した例もある。

貯蔵用トンネル

大量のワインの貯蔵には地下の倉（ワインカーヴ）が用いられる。この地下蔵を掘るにもトンネル掘削技術が用いられるが、一方、廃道となったトンネルをワイン貯蔵用に再利用する場所もある。

栽培用トンネル

キノコ等の菌類の栽培には湿度が要るが日光が不要などの状況があり、廃道となったトンネルを転用している場所もある。

断面・形態

山岳トンネルは多くが馬蹄型又は卵型の開口部を持つ。ニワトリの卵が縦方向の衝撃・圧力に強い構造であるように、このようなアーチを構成することによって山から受ける圧力に耐える構造としている。この種のトンネルが並列したものを特にメガネトンネルと称する。
シールドマシンによって掘削されたトンネルは基本的に断面が真円であるが、シールドマシンの発展に伴い、長方形や馬蹄形などにも掘削できるようになった。道路トンネルの場合、上部に換気路・中央部に道路本体・下部に電気回路や排水路を設ける。
開削トンネルや沈埋トンネルは断面が箱形である。

本坑と先進坑

トンネル掘削の際、本坑と呼ばれる主となるトンネルに並行して、先進坑（先進導坑）と呼ばれる断面積の小さいトンネルを掘削することがある。先進坑は本坑に先行して掘削を行い、工事中は本坑を掘削する際の地質把握や水抜きとして、開通後は緊急時の避難ルート（避難坑）や保守通路として、それぞれ役割を持つ。
在来工法では文字通り「先進」として小断面にて導坑を掘り、それを切り広げて本坑を掘削する。支保を行いながらの掘削で1本（底設導坑：下半部の真中）或いは2本（側壁導坑：下半部の両壁）の導坑をまず掘削し、その後トンネルの上半部を掘削、導坑の支保を取り除きながらの下半部の掘削となる。

総数・総延長

世界で最もトンネルが多い国は中国で、約8,600個所、総延長約 4,375 km となっている（2004年）。うち、鉄道トンネルは6,876個所、総延長約 3,670 km で世界一、道路トンネルは1,972個所、総延長約 835 km となっている。

主なトンネル

地下鉄や水道のトンネルも含めたリスト（日本国内、国外を含む）としては延長別トンネルの一覧を参照。

トンネル内の安全確保

トンネルはその構造から災害発生時や事故発生時の避難行動や救出活動が比較的難しくなる。

高速道路での安全対策

日本の高速道路のトンネルでは、50mの間隔で押しボタン式通報装置と消火器（5本）、200m間隔で非常電話が設置されている。また、長大トンネルの入口にはトンネル入り口用信号機や入口表示板が設置され、トンネル内で火災が発生した際には赤灯火の信号や「進入禁止火災」などの表示が行われる ほか、非常停車スペースを途中に確保したり、道路用トンネルに並行して一回り小さい避難用のトンネルを設けている場合がある。
トンネル内部の照明は、白色も使用されているがオレンジ色に発光する低圧ナトリウムランプの使用が圧倒的に多い。低圧ナトリウムランプは、ガラス管にナトリウム蒸気を封入した放電灯に使用されるランプで、日本で最初に高速道路が造られたときにトンネルの照明に採用されたランプである。オレンジ色の光は波長が長く、排気ガスの塵で拡散されにくく光が遠くまで届くという特性があり、排気ガスで視界が悪くなりがちなトンネル内部の視認性を向上して安全性を高めている。また、各種ランプの中でも電気エネルギーを光に変換する効率が高く、ランプ寿命が約9000時間と比較的長いことから経済的であるというメリットがある。その半面、オレンジ色の光は演色性が悪いため、赤いものが黒っぽく見えるというデメリットも持ち合わせており、トンネル内の消火栓などは蛍光の赤色で塗装するという工夫により、万一のときの安全を図っている。また、トンネルに入った時に、トンネル内部の暗さに合わせて人間の瞳の瞳孔が開くまで時間がかかることから、トンネルに入った時の内部の視認性向上のために出入り口付近の内部照明の数を増やし、中央部よりも明るくしている。

トンネルと文化的影響

日本では「山の中に女が入ると、女神である山の神の嫉妬に遭い事故が起こる」という迷信が長らく信じられてきた。そのためトンネルや坑道などへの立ち入りは長らく女人禁制であった。見学者のうち女性のみが拒否され問題となった例も多数ある。同様にアメリカ合衆国でも、トンネル建設現場に女性がいると不幸が起きると信じられていたが、1972年、コロラド州のアイゼン・ハワートンネルの建設現場において、性別を理由にトンネル内の建設現場から事務仕事に異動させられた女性が提訴したことを契機に、性差を理由にした制限等が解消されている。
また、度々トンネルは怪談や都市伝説の舞台になる。トンネル内で、工事中あるいは開通後の事故で死んだ人の亡霊が現れる、といったたぐいである。有名なところでは、石北本線常紋トンネルにおいてはいわゆる「タコ部屋労働」が原因であるとして、また肥薩線第二山の神トンネルにおいてはそこで発生した乗客轢死事故が原因であるとして亡霊話がしばしば語られる。
トンネルの貫通の際に採取された石を貫通石（かんつうせき）といい、安産のお守りとして用いられる。最近では各高速道路会社などが販売することもある。
企業・団体・集団・著名人の長期の業績・状態・売上不振や、スポーツチームの長期の連敗・下位低迷などを「トンネル」と表現されることがあるほか、野球の失策において野手がゴロを捕球できず自分の股の下をすり抜けさせることをトンネルと表現する。