六甲トンネル

六甲トンネル（ろっこうトンネル）は、兵庫県の六甲山を貫き、山陽新幹線の新大阪駅 - 新神戸駅間にある全長16,250メートルの複線鉄道トンネルである。1970年（昭和45年）10月2日に貫通し、1972年（昭和47年）3月15日より供用開始した。山陽新幹線の岡山までの開通時には鉄道トンネルとして日本一の長さ、世界で3番目の長さであった。兵庫県西宮市、芦屋市、神戸市東灘区、灘区、中央区に位置する。 東海道本線の需要の伸びに伴い建設された東海道新幹線は1964年（昭和39年）10月1日に開業し、さらに飛躍的な輸送量の伸びを示した。これにより東海道の輸送力不足は打開されたが、大阪市以西の区間についても輸送量が伸びて、山陽本線についても輸送力の限界に近付きつつあった。この問題について検討した結果、東海道新幹線との接続の関係から、新幹線をそのまま西に伸ばすことが最良であると判断され、山陽新幹線の建設が決定された。特に輸送力が逼迫していた新大阪 - 岡山間をまず1967年（昭和42年）3月16日に起工した。 新大阪 - 岡山間の建設に当たって、ほぼ中間に当たる姫路駅で在来線の駅と併設することが最初の段階で決定的であった。そこで、新大阪 - 姫路間と姫路 - 岡山間にわけて経路選定が行われた。 新大阪 - 姫路間の経路選択においては、阪神間市街地と六甲山の通過が主な問題であった。阪神間市街地を斜めに横断して六甲山の北側を周る背山案、六甲山中央を東西に貫く中央案、六甲山南側を周る表六甲案、海岸平野部を通る海岸案が考えられ、比較検討された。背山案は、阪神間市街地を除けば用地買収が容易で、最長トンネルは長さが8キロメートル程度で済み、地質も比較的良好な場所を通過できるが、神戸市内の駅が市街地とは六甲山で隔てられた北区道場町付近にしか設定できず、営業上の問題があった。中央案は有馬盆地の下に最長23キロメートルにも及ぶトンネルが必要であり、地質が悪く横坑や斜坑の設置できる適地がないことから工期が長大化し、しかも駅の設置ができないため不適格であると判断された。海岸案は、都市部や港湾地域を非常に高い高架橋で通過するため実現が困難であるとされた。 これに対し、阪神間市街地のなるべく地元に迷惑が掛からない場所を選んで通過し、六甲山東部に取り付き、南側斜面を貫いて神戸市内に駅を設け、再び六甲山のトンネルに入って明石市に抜ける表六甲案であれば、実現が可能であるとともに神戸の市街地に近い場所に駅を設置できるとされ、採用されることになった。 阪神間市街地をできるだけ回避するという条件から、トンネル入口側の坑口の位置はほぼ限定されることになり、また神戸市布引付近に新神戸駅を設置することから出口側坑口の位置もほぼ限定される。トンネル中間部は、北に寄せると中間付近の断層破砕帯を回避しやすくなって地質的には良好であるが、トンネル中間付近に取り付く作業坑を設けるためには南側に寄せる方が都合が良い。その兼ね合いを考慮してトンネルの平面線形を設定した。 東海道新幹線の大阪側での建設を担当していた大阪幹線工事局は、工事を終えると1965年（昭和40年）3月1日に大阪第二工事局と改称され、山陽新幹線に関する調査と近畿地方や中国地方の改良工事を担当するようになった。やがて山陽新幹線の建設が本格的に始められることになり、1966年（昭和41年）7月1日に山陽新幹線工事局と改称された。そして岡山 - 博多間を着工するにあたって、1969年（昭和44年）9月21日に広島新幹線工事局が開設されたことから、山陽新幹線工事局は大阪新幹線工事局に改称され、以降新大阪 - 岡山間の完成まで工事を担当することになった。 大阪新幹線工事局の下に多数の工事区が設置されて実際の建設作業に当たり、六甲トンネルに関しては西宮、御影、神戸の3つの工事区が担当した。 東海道新幹線では計画最高速度200 km/h、許容最高速度210 km/hとして計画された。山陽新幹線建設に際して新たに検討したところ、将来的には高速化として、計画最高速度250 km/h、許容最高速度260 km/h程度が見込まれた。しかしそのためには技術的な検討がさらに必要であるとされたことから、当面は200 km/h運転を前提とし、将来的な250 km/h運転を阻害しないような施設の設計とすることになった。 このことから、東海道新幹線では標準最小曲線半径を2,500メートルとしていたが、山陽新幹線では4,000メートルを標準とし、やむを得ない場合に3,500メートルを採用する方針となった。また縦断勾配については、東海道では最急勾配を15パーミル、短区間に限って20パーミルとしていたが、将来の高速化を考えて山陽新幹線では最急勾配を15パーミル、10キロメートル平均勾配を12パーミルとして、東海道より勾配を改良することになった。縦曲線半径も、東海道では10,000メートル以上としていたが、山陽では将来的な高速化に備えて15,000メートル以上と緩和した。そして複線区間の軌道中心間隔は、東海道で4.2メートルであったものを、山陽では4.3メートルに拡大した。一方、活荷重については変更せず、軸重を16トンとした。 六甲トンネルの平面線形は、下り列車に対して右に半径5,000メートルの曲線を描きながらトンネルに進入して、いったん直線に戻り、次に左に半径5,000メートルの曲線を描いたのちは直線となる。再び左に半径5,000メートルの曲線を経て直線に戻り、出口付近に右に半径3,000メートルの曲線が入る。入口は新大阪起点16キロメートル020メートル地点（以下、キロ程を16K020Mのように表記する）で、出口は32K270M地点であり、全長は16,250メートルある。 縦断線形は、標高17.95メートルの入口から5パーミル勾配で登り、途中から10パーミル勾配の登りとなってトンネル内最高地点の標高101メートルに達する。ここから7パーミル勾配で下り、途中から5パーミル勾配の下りとなって、出口付近に水平となる区間がわずかにある。山陽新幹線の最急勾配は12パーミルまで認められているが、トンネル内の空気抵抗の大きさを考慮して10パーミルに緩和して設計した。 立地条件から見て、作業坑[注 1]を設置できる場所は上ヶ原、新甲陽、北山、劔谷、芦屋、住吉、鶴甲、摩耶、春日野の9か所と見込まれた。このうち上ヶ原と春日野は、トンネル坑口付近の家屋密集地帯で工事に支障となる施設の移転をして着工が遅延することを避けるために設けたもので、通常のトンネルの坑口に相当する。新甲陽は地形上開削工法を実施できる（地表から施工基面まで16.3メートル）ため、実際には新甲陽から春日野の間の約13.7キロメートルをどのように分割するかが検討の対象となった。6か所の斜坑・作業坑設置可能地点のうち、2か所、3か所、4か所を利用する案を全部で12案作成して比較し、これを7案に絞ってより詳細な工期や工費の検討を行った。その結果、作業坑が3か所までの案では、1か所で掘削しなければならない長さが1キロメートルを超える箇所が多数あり、しかも地質の悪い場所に集中することから、不適当であると判断された。作業坑4か所の案では、北山、芦屋、鶴甲、摩耶に設ける案と、北山、芦屋、住吉、摩耶に設ける案がどちらも工期が伯仲していたが、後者では住吉から摩耶までが長大となって取り付け道路事情の悪い摩耶の作業負担が大きくなることが問題視され、前者の案が採用された。 横坑、斜坑、立坑を比較すると、横坑は排水も掘削もしやすいが、長大となりやすく、都市部では作業坑口付近の設備用地を得るのが難しいという問題がある。立坑は延長を短くしやすく比較的地質の良好な場所に位置を選べるが、運搬効率上の問題から断面積を大きくしなければならず、湧水対策が困難という問題もある。六甲トンネルでは、たとえば鶴甲斜坑を横坑にする検討もしたが、斜坑ならば約450メートルで済むところが横坑では約1,300メートルとなり、採用されなかった。また芦屋斜坑を立坑にする検討もされたが、約640メートルの斜坑に対し約280メートルの立坑となり、工費工期とも斜坑が有利であると結論された。 脚注を付した箇所以外は、『山陽新幹線 新大阪・岡山間 建設工事誌』640ページの表より作成。 六甲トンネル付近の地質は、大阪側からおおむね西宮市上ヶ原台地付近の大阪層群、六甲山系の主要な地質となる六甲型花崗岩、六甲山南縁部の布引型花崗岩の3種類に分けられる。またおおむね北東から南西方向に伸びる多数の断層がトンネルと斜交し、大阪側から甲陽断層、芦屋断層、渦ヶ森断層、五助橋断層、大月断層、土橋断層、布引断層などがある。甲陽断層が大阪層群と六甲型花崗岩の境界で、布引断層が六甲型花崗岩と布引型花崗岩の境界である。 大阪層群は、花崗岩質の砂、淡青色のシルト、粘土、礫交じりの砂などの互層[注 2]で形成されている。地表から浅い部分では二次的に堆積したものでN値が20未満となる柔らかい土質であるが、深い部分ではN値が30を超えるようになる。六甲型花崗岩は六甲山地の大部分を形成し、いわゆる「本御影」と呼ばれるものである。布引型花崗岩は六甲山南縁に分布し、「黒御影」とも呼ばれる。花崗岩は節理が発達し、深いところまで風化が進んでいる状態であった。 断層は、傾斜が30度から80度と変化が大きく、上部では特に破砕が激しくて、破砕帯の幅は100メートル以上にも達していた。また主断層に伴う副断層も相当な数があって、地質を非常に複雑化していた。トンネル区間の岩質のうち、弾性波速度[注 3]が4.3キロメートル毎秒 (km/s) 以上に達する良好な堅岩の区間は全延長の32パーセント程度で、破砕帯区間と分類される弾性波速度2.9 km/s未満の区間は全延長の24パーセントを占めていた。特に、鶴甲工区では断層が集中し、断層破砕帯に高圧湧水が存在して工事に困難をきたした。 1967年（昭和42年）3月16日に山陽新幹線建設工事の起工式が帆坂トンネル東口で挙行され、新大阪 - 岡山間の工事に着手した。この時点で、1972年（昭和47年）4月が開業目標とされていた。この区間の工事の中でも、設計協議および用地買収が難航した阪神間市街地の高架橋と、長大な六甲トンネルは、工程上の問題点とされた。開業時期を左右すると考えられた長大トンネルは真っ先に工事の発注が行われた。 六甲トンネルも、1967年（昭和42年）3月に契約して着工され、新技術の導入なども行われた結果1970年（昭和45年）10月2日に導坑が貫通した。1971年（昭和46年）8月31日に全区間のレールが締結され、電気設備などの工事を待って試運転が開始された。1972年（昭和47年）3月15日に当初の工期に間に合って開業となった。 上ヶ原工区は、新大阪起点16K020Mから17K250Mまでの延長1,230メートルを掘削する工区である。大成建設が施工を担当した。大阪層群と呼ばれる洪積層を主に掘削する区間で、固結度[注 4]の低い地盤に多量の地下水を含有し、しかもトンネルからの土被りの薄い地表に人家が密集しているという悪条件で、六甲トンネルの各工区の中でも難工事となった。坑口付近にも民家が密集していたため、坑口から300メートル程度離れた場所に延長145メートル、断面積20.5平方メートルの横坑を設けることになった。 1968年（昭和43年）11月17日に工事に着手し、横坑の実際の掘削は1969年（昭和44年）7月7日に開始された。最初の1か月ほどは順調に掘削が進行したが、途中で砂質シルト層が緩み始め、8月6日から9月23日までに計6回の土砂流出を起こした。そこで断面積を3.4平方メートルまで減らした補助横坑やさらに複数の調査坑を掘削した。最低限の作業が可能な3.4平方メートルの断面であれば安定した粘土層の中を掘進できたが、9.2平方メートルの断面に広げるとシルト層が現れて土砂の流出を起こした。水抜き工法を行ったものの効果は小さく、数十メートル進行するたびに流出が起きて、しばらく放置すると半月程度で再度掘進が可能になるという繰り返しであった。土砂流出のためにトンネル上部が空洞化してしまうため、モルタル注入を約1,000立方メートルに渡って実施した。水抜きボーリングや薬液注入などを施工して、1970年（昭和45年）1月頃にようやく本坑との交点に坑道が到達した。以降、本坑の導坑掘削を開始したが、相変わらず掘削不能となる坑道が多く、順調に掘削していたのは頂設導坑など一部であった。結果的に本坑を本格的に掘削開始できたのは、1970年（昭和45年）3月に入ってからであった。 本坑は、ルーフシールド工法[注 5]やライナープレート工法[注 6]などを検討したが、最終的に側壁導坑先進工法[注 7]を採用することになった。覆工[注 8]の巻厚は、地表部に家屋が存在しない区間では70センチメートル、存在する区間では90センチメートルとした。地質がシルトや粘土質で、盤ぶくれ[注 9]が発生する可能性があるとして、インバートコンクリート[注 10]を全区間で施工することになった。 しかし実際に本坑の掘削にかかる段階になると、当初計画していた側壁導坑先進を実施することは湧水状況から不可能であると判断された。そこで本坑の中心から15メートル海側の位置に海側調査坑を先に掘削した。この調査坑は予想したほど湧水がなく、調査により本坑のスプリングライン[注 11]付近に多量の水を含む帯水層があることが判明し、調査坑からウェルポイント[注 12]を実施して揚水しながら本坑の側壁導坑を掘削した。さらにウェルポイントによる揚水の効果の関係から、本坑より山側にも山側調査坑を掘削してそこからもウェルポイントを実施し、本坑上部にも上部調査坑を設けてウェルポイントを実施した。これにより、まず海側の側壁導坑を推進し、続いて山側の側壁導坑を2段サイロット工法によって掘削した。ウェルポイントで水を抜いた後は、本坑の断面を掘削するのは予想以上に順調に進捗し、覆工やインバートコンクリートの打設まで進めることができた。 なお、新大阪方の坑口から横坑の本坑との交点までの間の地表に灌漑用水池があり、この部分については開削工法が実施された。また、甲陽工区の掘削が先に上ヶ原工区との工区境に到達しており、甲陽工区側から上ヶ原工区へ向けての迎え掘りが実施された。 上ヶ原工区の地表部は住宅密集地であり、土被りは20 - 25メートル程度であった。さらに横断道路にはガス管や水道管が埋設されており、中でも阪神上水の高圧給水管は直径1,500ミリメートルもある大きなものであった。そのため地表部の沈下には注意が必要であった。掘削中の地表観測を行い、掘削後すぐに仮巻コンクリートを実施して地山を固めて掘削するなどの対策を実施した。また覆工完了後に全区間に渡って裏込注入を実施した。こうした対策により地表沈下は最大5センチメートル程度に収まり、地表に大きな影響を出すことなく工事が完了した。 1971年（昭和46年）5月20日に上ヶ原工区は竣工した。工区の工費は21億8300万円であった。 甲陽工区は、新大阪起点17K250Mから19K450Mまでの延長2,200メートルを掘削する工区である。大成建設が施工を担当した。工区の所在地は、西宮市上ヶ原山手町、甲陽園東山町、甲陽園山王町、甲陽園目神山町甲陽園北山町にわたっている。地質は、起点側500メートルほどは上ヶ原工区と同じく大阪層群に属しているが、そこから西は六甲山の基盤である六甲花崗岩となる。土被りは5メートルから最大130メートルほどであった。 甲陽工区は地形上、土被りの薄い場所で上部から開削工法で取り付くことが可能であった。実際に立坑を設置した17K492M50地点では、地表から施工基面までが16