頸城トンネル

概要

1969年（昭和44年）に完成した日本国有鉄道北陸本線糸魚川駅 - 直江津駅間の複線電化に伴い、浦本駅 - 有間川駅に建設された新線の一部を構成し、1987年（昭和62年）の国鉄分割民営化による西日本旅客鉄道（JR西日本）への移管を経て、2015年（平成27年）3月14日に本区間に並行して北陸新幹線長野駅 - 金沢駅間が開業したことに伴う、北陸本線新潟県内区間（市振駅 - 直江津駅間）のえちごトキめき鉄道移管により、現在の所属となった。
延長は11,353 m であり、能生駅 - 名立駅間（11.7 km）の大半を占め、完成当時国内第3位であった。また、えちごトキめき鉄道移管後はJR線以外（いわゆる民鉄）の鉄道トンネルとして日本最長となった。
トンネルは基本的に複線断面であるが、名立駅の待避側線設置の関係上、名立方 280 mは3線となっている。また、トンネル中間には日本で上越線湯檜曽駅・土合駅（いずれも下り線のみ）に続く3例目の山岳トンネル内の駅となった筒石駅が設置されている。このため筒石駅部は幅2 mの片面ホームを上下線でずらして配置している。
なお、名称についてしばしば「頚城」のように拡張新字体を用いて表されていることがあるが、前管理者であるJR西日本では、管理最終年度の2014年（平成26年）度に発行した『データで見るJR西日本2014』において「頸城」の表記を用いている。以下特記ない限り名称については「頸城」の表記を用い、引用についても実際の表記のいかんに関わらず同様とする。

建設に至る背景

糸魚川駅 - 直江津駅間の鉄道は1911年（明治44年）に直江津駅 - 名立駅間が信越本線支線として開通したのを皮切りに、翌1912年（大正元年）に糸魚川まで延伸され、1913年（大正2年）には富山駅から延伸を重ねた北陸本線と接続、編入された。当初この区間は、大部分が現在の国道8号に並行し、日本海の海食崖・山裾を縫うように敷設された。しかし、以下の問題があった。

糸魚川駅 - 直江津駅間の複線化計画

急増する輸送需要に応えるため、国鉄では1957年（昭和32年）を初年度とする大規模投資計画「第1次5か年計画」を策定し、北陸本線では北陸トンネル建設（1962年完成）などの大幅な改良を伴いながら順次複線化・電化が進められたが、この「第1次5か年計画」では輸送力増強には十分に手が回らず、1961年（昭和36年）からの「第2次5か年計画」で、輸送量がひっ迫しつつある各幹線の抜本的な線増を行うこととなった。北陸本線については当初、「第2次5か年計画」の5か年で米原駅 - 富山駅間の複線化達成、以東の部分複線化（将来的には全線複線化）が考えられており、糸魚川駅 - 直江津駅間も、浦本駅 - 名立駅間、郷津駅 - 直江津駅間の部分線増が計画に上がっていた。
しかし実際には応急的に3か所（木浦・百川・西名立）の信号場を1964年（昭和39年）までに計画・設置したのみで、本格的な着工に至れないままであった。これは投資資金の不足に加え、以下の問題によるものであった。

複線化の検討

1963年（昭和38年）7月には「北陸本線糸魚川 - 直江津間地質調査委員会」が設けられ、約3000万円の費用をかけ約1年間にわたる本格的な地質調査と線増方式の検討が行われた。なお、国鉄が線増に当たりこのような大掛かりな事前調査を実施したのは初めてであったとされる。
その結果、翌1964年（昭和39年）3月には、現在線での地すべりは間けつ的かつ崩壊速度が大きいため「地すべりの発生時期と規模を的確に予知することはできないので、抜本的な予防対策はたてがたい」、と結論づけられた。
このため線増については、地すべり地域への線路敷設は「その建設ならびに保守に著しい困難が予想される」として、「根本的には、複線化の際に地すべり地帯を極力避けた別線の複線ルートを選ぶべき」とし、なお地すべり地帯を通過する場合は「…想定される最深の地すべり面（地表から30〜40 m の深さ）より深くトンネルでもぐるべきである」とした。また特に鉄道経過地として避けるべきとして、浜木浦（浦本駅 - 能生駅）、白山神社出口（能生駅 - 筒石駅）、筒石駅付近、藤崎付近（筒石駅 - 名立駅）、名立駅付近、郷津駅付近、の各地点を挙げた。

糸魚川駅 - 直江津駅間線増工事

「第2次5か年計画」は計画を達成しないまま、1965年（昭和40年）で打ち切られることとなり、新たに同年を初年度とする「第3次長期計画」が策定され、「第2次5か年計画」に引き続き主要幹線の複線化が盛り込まれた。
「第3次長期計画」における複線化計画は、1970年（昭和45年）度末までに全国で約3,300 km を複線化する、というものであったが、重点的に工事を推進する路線として、東北・上越・信越・中央の各線区とともに北陸本線が挙げられ、これら線区では1968年（昭和43年）度末までに全線もしくは一部区間の複線化をおおむね完成させることを目途とした。
北陸本線における増設計画は、1968年（昭和43年）度までに「おおむね全線複線」とするものであった。しかし、北陸本線において初年度時点で複線化を完了していたのは、全線357 km のうち50パーセントほど（約175 km）に過ぎず、そのすべてが富山操車場（現：富山貨物駅）以東の区間（238.8 km）におけるものであった。残る区間は富山操車場 - 糸魚川駅間が「第2次5か年計画」から親不知トンネル・新子不知トンネルなど、輸送上の隘路となる区間を中心に線増・電化工事が進められ、子不知付近など一部単線区間を残しながら同年10月1日に糸魚川までの交流電化を実施したものの、糸魚川駅以東は前述の線増案が決定したのみで新線はおろか現在線線増すら着工していない状況であり、計画の達成のためには早急な着工が迫られた。
最終的に、北陸本線糸魚川 - 直江津間線増工事は1966年（昭和41年）3月に着工し、完成目標を1969年（昭和44年）秋とした。

施工法

各トンネルともおおむね軟弱地質帯を貫くことから全断面掘削は実施せず、中央底設導坑先進上部半断面掘削逆巻工法を主に採用し、地質が悪い箇所は側壁導坑先進順巻工法（サイロット工法）や底導先進上半工法、特殊サイロット工法を用いた。その他、特殊な施工については各トンネルの項で述べる。

線形と規格

両起終点付近に能生川と名立川およびこれらに沿う県道があり、坑口の位置・高さはこれらとの立体交差の都合から決定した。また山王、相場、濁澄、筒石、徳合の各河川の下を横切るときにできるだけ大きな土被りを確保したいということや、地すべり土塊下の良質地層下を通過するため、概ね直線としながらも中間部に半径1000 m 、名立方坑口手前から名立駅構内にかけ半径2000 m の曲線を介在させている。また、上述の制約、特に現に地すべりしていた濁澄川との土被りをできるだけとるべく、線路規格上の上限勾配は10 ‰ であるものの、縦断線形は起点から途中濁澄川付近までの約5.1 km が2.5 ‰ の上り勾配、そこから終点まで約6.3 km が2.0 ‰ の下り勾配と設定された。これは泥岩におけるトンネルとしては排水上最小限とされる値である。それでも土被りの厚さは、山王川で18.4 m、濁澄川で13.5 m、筒石川で15.2 m、徳合川で9.0 m となり、これらの地区では慎重な施工が必要となった。

第1工区

第1工区は大成建設により、1966年（昭和41年）2月に米原方坑口から着手した。掘削方式は底設導坑先進上部半断面掘削逆巻工法で進められ、翌1967年（昭和42年）3月までに坑口より350 - 500 m 地点間のベントナイト質凝灰岩地帯に到達したが、無事突破し、石油の浸出や断層の出現などにも対応して掘削を進め、当初の1,000 m ほどの区間は順調なペースで掘削が進んだ。
しかし、985 - 1,135 m 地点間では導坑に盤ぶくれ現象が生じ最大80 cm 扛上、導坑支保工内側幅が約1 m 縮小し、その区間の盤下げ縫返しが行われた。さらに、導坑が坑口より1,465 m 地点、上半掘削が1,350 m 地点に達したころから、矢板折損、支保工変形が激しくなり、支保工の補強、縫返し、コンクリート仮巻き、盤下げ、コンクリート巻直し、吹付けコンクリート施工、大断面採用、などの対策を実施しながら掘進を進めたが、支保工やコンクリートの座屈変状は止まることはなかった。
1967年（昭和42年）10月19日、坑口より1,670 m 地点で導坑掘進は不可能となった。その後、上部半断面掘削についても1,450 m 地点以降は最大200 cm の盤ぶくれや支保工の著しい変状が発生するなど経日とともに変状が目立ち始め、同年11月30日、1,543 m 地点で上部の掘進が中止された。加えて同時期に導坑は1,436 - 1,673 m 地点にかけ、全面的に圧壊した。
その後、1,450 - 1,543 m 地点間については、アーチコンクリートを打設後すぐに側壁・インバートを打設して早急に完成形状に仕上げ、同時に断面を円形に近づけ、1,543 m 地点まで完成形での施工を終了させた。
1,543 m 地点以降の約600 m は1968年（昭和43年）4月3日から掘削を再開した。再開に当たっては断面を円形に変更の上、大きな地圧抵抗力が期待できる上部半断面先進ベンチカット併進逆巻工法を採用し、以降は順調に工事が進んだ。途中は膨張はなくなったものの、既に残り工区長は150 m ほどであり、工法の切替・復帰は工期・工費的に得策ではないとされ、トンネル断面のみ標準に戻して工区境まで工事を継続した。1969年（昭和44年）1月7日に第2工区と貫通し、これによりトンネル全区間が貫通した。

第2工区

第2工区は間組により、山王斜坑によって1966年（昭和41年）10月に斜坑坑底（米原起点340 km 170 m）へ取り付き、サイロット工法にて直ちに直江津方への本坑掘進に着手した。翌1967年（昭和42年）6月までに導坑は約1,100 m を掘進するなど順調に工事を進めてきたものの、上半断面が斜坑交点より800 mの地点に差し掛かったころ、同地点の導坑が同年5月下旬から7月下旬までの間に約90 cm 扛上するなど盤ぶくれが発生し、同年6月から8月にかけ、導坑切羽掘削を中止し盤下げを実施した。
導坑の掘削が停止している間でも、上半の掘削は斜坑交点より870 m まで進められた。しかし、導坑の盤ぶくれ範囲が相場川下部藤崎脊斜軸の泥岩地帯にあたる970 m 地点までに拡大し、上半掘削を停止して約50 cmの盤下げを実施した。その後上半掘削は同年10月に再開されたが、再び970 m 地点の導坑に盤ぶくれが発生し、同年11月に再度約70 cm の盤下げを実施した。
それでも導坑掘進は強行されたが、斜坑交点より1,000〜1,500 m 地点は地質不良・地耐力不足の様相を示した。このため当該区間の導坑は仮巻きコンクリートを施工し、上半掘削はこの地点を飛ばして奥を実施することとした。当該区間は特殊サイロット工法に切り替えて工事が行われ、1968年（昭和43年）11月にかけて約1年がかりで同区間を施工した。第1工区と第2工区の間に600 m 残されていた未契約区間は、前述の第1工区の苦闘による工程遅れに伴いすべて第2工区の受け持ちとされた。一方、第2工区と第3工区間の未契約区間については後述の理由から第3工区側がすべて受け持った。

第3工区

第3工区は熊谷組により、筒石斜坑によって1966年（昭和41年）8月に斜坑坑底（米原起点344 km 545 m）へ取り付き、直江津方と米原方の2方向へ掘削を開始した。直江津方は底設導坑先進上部半断面掘削逆巻工法で掘削し、米原起点344km 700 m 前後の280 m では筒石駅を設置するため、通常断面より側幅が1.3 m 広い特殊断面を掘削した。この区間は順調に進行し、1967年（昭和42年）3月に工区境に達し、4月7日に第4工区と貫通し、頸城トンネル各工区間で最初の貫通となった。
一方米原方は、請負者の希望により当初からサイロット工法を採用して掘削した。しかし直江津方が第4工区と貫通した1967年（昭和42年）4月ごろ、左右の側壁導坑が800 mほど米原方へ進んだところで両導坑とも650〜700m 間で強大な地圧を受け支保工が変形し、一旦以奥での作業を中止しこの区間の支保工補強に専念した。それでもなお強大な荷重から補強の必要が生じ、縦横に丸太などで柱・横はりを施工したため導坑は通行不能となり、以奥での切羽は作業を中止した。。
その後数か月かけ当該区間の導坑縫返し、仮巻コンクリートを実施し、同年8月に導坑掘削を再開したが、この区間を含む約200 m 間では後に側壁コンクリート押出し現象が発生し、一部は手直しとなった。それでも翌1968年（昭和43年）夏には無事濁澄川下部のベントナイト層区間の施工を完了した。
なお、着工から約18か月を経過した段階で、第1工区から第3工区（およびその未契約区間）の工程に不安を持たれたことから、濁澄川の谷に大藤崎斜坑を新設し、米原方の590 m （米原起点342 km 310 mから342 km 900 m）については、大藤崎斜坑からの施工を行った。このことや、第2工区側の掘削停止期間の関係もあり第2工区との境界における600 m の未契約区間は、すべて第3工区の担当となった。

第4工区

第4工区は鹿島建設により、徳合斜坑によって本坑に取り付いて着手した。底設導坑先進上部半断面掘削逆巻工法を用い、湧水も少なく順調に施工した。第4工区と第5工区については順調に掘削が進んだことから、工区境にある600 m の未契約区間は、300 m ずつ分割してそれぞれ施工した。

第5工区

第5工区は鉄建建設により、直江津方の坑口から着手した。名立駅設置の都合上、坑口付近280 m が3線断面になっていたことから、この付近についてはサイロット工法で掘削を行った。第5工区については比較的順調に掘削が行われた。

完成

第1 - 第3工区の難航により当初の工期が危ぶまれたものの、トンネル自体の工事は1969年（昭和44年）5月に全面完成し、予定通りの完成となった。軌道工事については、電蝕防止のため木製の枕木を採用し、また将来的な保守の都合から第1 - 第3工区についてはバラスト軌道、第4工区と第5工区についてはコンクリート道床を採用した。
同年6月10日に頸城隧道銘標除幕式およびレール締結式が実施された。銘標は米原方坑口に国鉄総裁（以下いずれも当時）石田礼助、直江津方坑口に同技師長藤井松太郎の筆によるものが掲げられている。レール締結式は米原方坑口から約25メートル入った場所、下り337 km 439 m 30 地点、上り337 km 433 m 50 地点で実施された。

浦本トンネル（浦本駅 - 能生駅）

浦本トンネル第1工区（米原起点332km 215m - 333km 700m）では、ルート選定時のボーリング調査で地表に圧力水が自噴する箇所があり、鬼伏調査工（延長221m）を掘削した。その結果、泥岩と砂れき層の境界に大量の地下水の存在が判明し、難航が予想された。その後の掘削では坑口より420 m 掘進後、泥岩砂れき境界付近の切羽で地質調査用ボーリング3本を実施したところ、3気圧 1,700L/minの湧水に遭遇し、切羽掘削が中止された。
その後も減水の兆候は見られなかったため、長孔ボーリングによる水抜きを実施した。1回目のボーリングでは湧水圧は0.5気圧に減少するなど成功をおさめ、以降調査ボーリングにより被圧水が確かめられる度に水抜き・排水が実施され、最終的に長孔ボーリングは孔数17、延長2,210 m に及んだ。

木浦トンネル（浦本駅 - 能生駅）

木浦トンネルでは、国鉄におけるトンネルボーリングマシン（以下、TBM）施工の可能性、使用時の問題点、経済性の検討を行うため、糸魚川駅 - 直江津駅間の工事区間で比較的地質が安定している本トンネルの一部区間で、底設導坑をTBMによる導坑に置き換えて（TBM先進工法）施工した。
TBM（小松ロビンスT.M.230G型）は制作した小松製作所から有償で借上げ、施工業者の前田建設工業に貸与の上、用いた。このTBMは国産第1号のものであり、もとは愛媛県新居浜市の住友共同電力東平発電所の水路トンネル工事における硬岩掘削を目的として制作されたものの、掘削時に生じた問題から試用を中止されていたものであった。このため木浦トンネルにおける試用は、軟岩における性能を明らかにすることも目的のひとつであった。
使用されたのは延長1,570 m のうち887 m で、1967年（昭和42年）1月12日に直江津方坑口から125.3 m の地点から掘削を開始した。木浦トンネルも能生谷層に属する泥岩主体の地質であり、試験掘削期間中には大量の湧水に遭遇したが、2月18日からの本工事では掘削はほぼ順調に進行し、3月には、月進（29日間）362 m、平均日進12.5 m を達成し、3月25日には日進246 m を達成した。TBMによる掘削は5月5日、岩質が軟弱となり困難となったことから終了し、5月16日に米原起点335 km 651m 8 地点にて、米原方から発破工法で掘削した底設導坑と貫通した。
日本の鉄道トンネルにおけるTBMは本トンネルのほか同年より青函トンネルの導坑掘削でも用いられたが、日本の複雑な地質への適応の問題から、その後の使用は数例にとどまり、後年の海外での実績の評価や、国内におけるシールド技術の蓄積による再評価が進むまで本格採用には至らなかった。

長浜トンネル（有間川駅 - 谷浜駅）

長浜トンネルは旧線長浜トンネルに並行して新設される、糸魚川駅 - 直江津駅間で最も短いトンネル（完成時延長1,158 m）であり、土被りが浅いために大部分で風化層を掘削する必要があったものの、他の区間と比較して良質な地層であり、前述した施工にあたっての技術的問題点もないトンネルとされていた。工事は1966年（昭和41年）7月に着手し、底設導坑先進上部半断面掘削逆巻方式で、直江津方坑口から掘削を開始した。
しかし、1967年（昭和42年）1月20日22時25分ごろ、直江津方坑口から136.0〜156.4m 間（米原起点356km 992m）地点で突如崩壊が発生し、上部半断面（延長20.4 m）、底設導坑（24.0 m）が埋没した。これにより当時支保工変状の為補強支保工の建て込みを実施していた作業員計10名（上部半断面6名、底設導坑4名）が巻き込まれた。このうち、上部半断面では坑奥へ逃げた1名を除く5名が埋没した。残る5名は崩壊後まもなく底設導坑のエアパイプを通じて生存が確認され、エアパイプで照明用電灯線、食糧、衣類、毛布が送られた。救助は糸魚川駅 - 直江津駅間でトンネルを施工していた全12の請負業者から延べ347名の応援を受け、上部半断面山側と底設導坑海側に救助坑を掘削し、事故から82時間後の1月24日9時10分に生存者が上部の救出坑から救出された。なお、埋没した5名は、2名が生存者救出時、残る3名が救助作業後の底設導坑復旧時にいずれも遺体を収容された。
当時、支保工に鋼アーチ支保工が採用されるようになり落盤事故が減少していたことと、同区間が入念な事前調査によりルート選定・設計を実施していたこともあり、この事故は関係者・国鉄に大きな衝撃を与えた。このため応急救助作業の終了後、部内外の権威者による「北陸本線長浜ずい道事故技術調査委員会」が設置され、同年2月4日から2月15日にかけ特別委員・委員による現地視察を行った。
事故技術調査委員会では同年6月19日に事故原因について結論を出し、掘削により地盤が坑口方向へクリープする現象により泥岩の亀裂面の隙間が大きくなり、山のゆるみが促進されたこと、崩壊箇所付近が局部的に特に弱い風化層がトンネル天端から上方約5〜6 mの位置まで及んでおり、ゆるみが上部まで及び、加えて同年1月15日から17日にかけての積雪（1.4 m）が17日以降の気温上昇により融け、地山のゆるみを促進させたことにより、急激に支保工にかかる土圧が増加し、瞬間的に崩壊したものとしている。また、白井・那須（2000）では、事故技術調査委員会の指摘に加え、崩壊箇所付近の小断層を境に地質の力学的特性が異なっていた（手前が第三期風化泥岩、奥が第三期泥岩）ことも指摘している。

糸魚川駅 - 直江津駅間線増工事の完成

頸城トンネルをはじめとした糸魚川駅 - 直江津駅間の線増工事は、長浜トンネルを含む有間川駅 - 谷浜駅間が1968年（昭和43年）9月25日に複線化されたことを皮切りに、翌1969年（昭和44年）には、6月4日に糸魚川駅 - 梶屋敷駅間、6月19日に梶屋敷駅 - 浦本駅間が線増により複線化され、9月29日に頸城トンネル含む浦本駅 - 有間川駅間、谷浜駅 - 直江津駅間が新線に切り替わり、同時に直流1500 Vでの電化を行い、これにより北陸本線は、線増工事開始当初の計画であった、1969年秋に全線の複線電化を達成した。。
本区間の線増工事には、工費200億円、延べ作業人員約250万人、セメント13万t、鋼材2万t を費やし、コンクリート打設量は50万m³、掘削量150万m³に及んだ。また、一連の工事では長浜トンネル崩落による5名を含め25名の犠牲者が発生し、開業に先立つ1969年（昭和44年）同年9月10日に、能生駅構内において工事碑および慰霊碑の除幕式が行われた。

線増・新線建設の効果と評価

線増・新線化・電化により、列車の高速化が達成され、本区間では所要時間をおよそ15分短縮した。またこの複線電化の直前に上越線・信越本線は単線区間を残しながらも全線電化が完成しており、首都圏と北陸地方は既存の東海道本線・米原駅・敦賀駅経由だけでなく、上越線もしくは信越本線を介しても架線で結ばれた。
このため新線開通直後の1969年（昭和44年）10月1日に行われたダイヤ改正では、特急「はくたか」（初代：上野駅 - 金沢駅）が経由を信越本線（碓氷峠）から上越線へ変更の上で、気動車（キハ80系）から電車（485系）となった。運転時間（金沢行き列車、以下同様）は1965年（昭和40年）10月1日時点の7時間50分から、6時間35分に短縮され、うち、直江津駅 - 富山駅間は1時間58分から1時間28分へ30分短縮した。
その後、JR西日本では同区間を含む泊駅 - 直江津駅間の最高運転速度を130 km/h に引上げ、北陸新幹線開業まで同区間で運行した特急「はくたか」（2代：越後湯沢駅 - 金沢駅ほか）は、運転終了直前の2015年（平成27年）2月時点で、直江津駅 - 富山駅間無停車便は1時間6分（越後湯沢行き21号）で走破した。また、旧線で生じていた各種の災害からも解放され、大島洋志は地質技術者として頸城トンネルを含む新線を「究極の防災」と評価している。
このように、輸送強化・防災という面では大きなメリットがあったものの、大島登志彦・中牧崇は地域公共交通という観点では、駅の移転などで地域における利便性が大幅に悪化したこと等を挙げた上で、新線のルート選定を「特急列車のスピードアップを前提としたもの」「地域輸送を二の次にして幹線輸送に特化したもの」と評価し、その後のえちごトキめき鉄道転換に当たって「直ちにその特性を発揮できない体制」にあるとした。ただし、このルート選定は先述したように、現在線での線増工事が困難であったことも一因である。
また、その後同地は北陸自動車道や北陸新幹線が建設され、いくつかのトンネルが掘削されているが、大島洋志はこれらの工事に対して貴重な情報を提供したことも指摘している。

旧線のその後

旧線については、浦本駅付近から谷浜駅付近までの大部分が新潟県道542号上越糸魚川自転車道線（久比岐自転車道）として転用され、徒歩もしくは自転車で通行可能である。また、谷浜駅 - 直江津駅間については郷津トンネルを拡張の上、国道8号直江津バイパスへ転用された。