関門トンネル (山陽本線)
トンネルの断面については、普通工法区間と圧気工法区間は馬蹄形の断面で馬蹄形断面は、トンネルの断面形状が内面高さと有効幅が同じ逆U形の断面よりも下部が狭まっている、馬の蹄鉄形の断面形状で、側面もアーチ状構造のため外圧を受ける構造強度効率が高い。「普通工法区間の断面図」を参照のこと。、第一号型断面を水圧に対抗するためにやや幅方向に広げ、起拱線より上で半径2.6メートルの半円として、軌条面での幅は3.5メートルである。シールド工法区間では、シールドの蛇行を最大で15センチメートルとして、内部の半径を3.0メートル、環片(セグメント)の厚さを0.5メートルとして外径は7メートルとなった。潜函工法および開削工法の区間ではいずれも、トンネル内側で幅4.8メートル、高さ5.75メートルの断面とした。
トンネルの建設前に、関門海峡の海底に対してボーリングにより地質調査を行った。ボーリング作業は、水深が浅い場所では海底に杭を打ち込んで海面上に足場を仮設し、その上にボーリングマシンを据えて実施した。水深が深い場所では、従来は船やポンツーン上にボーリングマシンを据え付け、作業位置に錨を入れて固定して実施していたが、関門海峡の潮流は激しく到底1か所に浮足場を固定することはできなかった。そこで空気タンクを備えた鉄筋コンクリート製の櫓を建造し、タンクに圧縮空気を入れたときは海上に浮きあがって目的地まで船で曳航することができ、タンクから空気を抜くと海底に着底して櫓の上部が作業用の足場となるようにした。高さは約20メートル、重量約480トンある櫓で、1か所でのボーリング作業完了後は海峡の海流が向きを変える(転流する)時間帯を見計らって空気タンクに空気を送り込んで浮上させ、新たな作業地点へ曳航した。櫓は三菱造船彦島工場で製作された。作業に使ったボーリングマシンは、スウェディッシュ・ロック・ドリリング製のクレリウス式A-B型で、当初は日本国外から雇い入れた技術者の指導を仰いでボーリングを行った。
1919年(大正8年)から1920年(大正9年)にかけての調査では、田ノ首 - 新町線の計画経路に沿って4か所のボーリング調査を行った。続いて1927年(昭和2年)3月23日から1929年(昭和4年)7月20日までかけて、大正時代の調査とはやや異なる経路で19か所におよぶボーリング調査を行った。さらに1935年(昭和10年)8月13日から11月28日にかけて、弟子待 - 小森江線の経路を調査するため、下関側陸上2か所、海底7か所、門司側陸上6か所の合計15か所でボーリング調査を行った。この際海底ボーリングには、前回の調査後宇部沖ノ山炭鉱に譲渡されていた櫓を借り受けてきて使用した。この際は、田ノ首 - 新町線との比較であったため、実際の弟子待 - 小森江線経路上での海底ボーリング調査は4か所であった。
ダイナマイトによって人工地震を起こし、その振動を地震計で記録し分析することによって地質を推測する弾性波調査も実施された。1936年(昭和11年)10月から12月にかけて、東京帝国大学(東京大学)地震研究所および鉄道省大臣官房研究所、本省建設局の3者によって海底部の弾性波調査が実施された。船からダイナマイトを海底に沈め、爆破と同時に無線でそれを通報し、弟子待と小森江に備えつけられた地震計でその揺れを計測した。また巌流島と門司の防波堤上のトランシットを用いて船の位置を測量して爆破位置を確定した。地質が堅いほど弾性波は速く、花崗岩や玢岩、変成岩などでは秒速5キロメートルを超えるが、軟らかい岩石では秒速3キロメートル程度、風化帯や土砂では秒速1.5キロメートル程度であり、測定された弾性波速度から各地点の地質を特定した。また、下関方の取付トンネルにおいても、1938年(昭和13年)3月6日から月末にかけて弾性波調査が行われ、トンネル坑口から約500メートルの地点に大きな断層があることが発見された。
一方、水中微動計を用いた調査も実施した。海底に微動計(振動を測定する機械)を沈め、門司方試掘坑道内のダイナマイトを爆破してその振動を計測するもので、1939年(昭和14年)2月6日から3月5日にかけて実施した。しかし、試掘坑道においてズリ(トンネル掘削によって掘り出される岩石や土砂)を運搬するトロッコの振動が伝わるため、坑内の作業を打ち切るタイミングと海上の潮流が収まって測定に好都合なタイミングを一致させなければならず、船と坑内の連絡がうまくいかないために測定は困難で、途中で打ち切られた。そのため、下関方で微動計を用いた調査を6月9日から36日間にわたって行った際には、試掘坑道ではなく海底にダイナマイトを据えつけて観測を実施した。これにより、510K540M付近に幅約15メートルの断層破砕帯が、510K700M付近から先に軟弱地帯があることが判明した。
関門海峡の潮流は速く、海底に漂砂があるとは考えられなかったが、念のために西村深海研究所所有の西村式潜水艇を用いて海底の調査を実施した。西村式潜水艇は、下関市出身で当時は東京で水産業を営んでいた西村一松が開発したもので、全長10メートル弱、幅2メートル、21トンあり、魚類や水棲植物の観察を目的としたものであった。この潜水艇を借り受けて海底の調査を行うことにし、真鶴半島から17日かけて母船の第六松丸に曳航されて関門海峡へ到着した。潜水艇は、操縦士のほかには2人が乗れるだけの大きさで、3,000ワットの電灯で照らされる海中を小さなガラス窓から観察した。海流があるときは潜航できないため、調査は転流時の30分ほどに限られた。1937年(昭和12年)1月15日から2月2日までかけて潜水艇による海底調査を実施し、事前の予想通り漂砂はないことが判明した。
下関方の作業場所は、彦島の弟子待に建設された。1937年(昭和12年)1月6日に、現地の民家を借り受けて弟子待見張所(のちに弟子待出張所)が設置され、諸建物類の建設を行って8月下旬に竣功した。各種の倉庫、労務者の宿舎、機械類の修理工場、削岩機修理工場、木工所、コンクリート混和設備などが建設された。セメントやズリの運搬には川崎車輛製の蓄電池式機関車を4両使用し、軌間は坑内・坑外ともに610ミリメートルとした。現地付近の海底が浅く浚渫も困難であったことから、ズリを船舶で運び出すことは困難とされ、現地付近でズリを処分することになった。当初は出張所敷地内の建物用地の埋立造成にズリを利用し、それが完了すると出張所から約600メートル離れた水田を埋め立てる契約をして捨て場とした。
坑内で消費する圧縮空気を供給するために、空気圧縮機を設置した。日立製作所製150馬力のものを3台設置したが、次第に空気消費量が増大したため、インガーソル・ランド製の150馬力のものと75馬力のものを順次増設した。また立坑にはエレベーターを設置した。試掘坑道用の立坑エレベーターは三菱電機製で、昇降距離55メートル、最大荷重3トン、電動機30馬力であった。下り線用の立坑エレベーターは、6トンの能力のものが必要と計算されたが、当時日本ではこの規模のものの製作が難しかった。しかし為替の都合などから輸入も難しいとされたため、三菱電機が新たに開発を行って当時の日本で最大規模のエレベーターを完成させた。昇降距離39.44メートル、最大荷重6トン、電動機60馬力のものを2組設備した。上り線用には下り線用のものを移設して使用した。
弟子待出張所は離島の彦島にあり、当時は民間の小船舶が本土との間を運航していたが、少しの時化でも欠航して不便な状態であった。機材の運搬は船に拠らなければならなかったので、弟子待出張所の海岸に桟橋を建設し運用した。
門司方の作業場所については、試掘坑道への立坑を鹿児島本線より海岸側に設置した。当初は試掘坑道立坑付近に本線用の立坑も設置する予定であったが、試掘坑道用立坑の地質が予想外に悪かったこともあり、立坑の位置を鹿児島本線より内陸側に変更することになった。そこで、当初は試掘坑道立坑付近に仮設備を配置し、のちに一部を本坑の立坑位置付近に移設した。試掘坑道用立坑以外の門司出張所の建物類はほとんどが鹿児島本線と国道に挟まれた土地に建設されることになった。こちらにも下関方と同様に各種の倉庫、修理工場、コンクリート混和設備などが建設された。シールドトンネル内では、おもに川崎車輛製および日立製作所製の蓄電池式機関車を用い、軌間は610ミリメートルであった。大里駅から門司出張所内へ専用線を敷設し、工事用臨時列車を門司鉄道局に委託して運行してズリの搬出作業を行った。専用線内の入換作業は現場の担当であったため、入換用小型機関車を15トン機と10トン機の2両準備して使用した。ズリは門司操車場に運搬して盛土に使用した。
門司側でも下関側同様に坑内で消費する圧縮空気を供給するための空気圧縮機を設置した。試掘坑道用にはインガーソル・ランド製75馬力のものを2台設置し、本線用にはおもにシールドマシンの動作のために日立製作所製150馬力3台、インガーソル・ランド製400馬力6台、日立製作所製400馬力2台と多数の空気圧縮機を設置した。また試掘坑道用および下り線用にそれぞれ立坑エレベーターを設置し、上り線工事時には下り線用のものを転用した。小森江の海岸付近にも桟橋を造成して使用した。
前述したように、門司方海底区間ではシールド工法が採用された。シールド工法は、1825年からのテムズトンネルの建設工事に初めて用いられ、欧米諸国で次第に発展して普及したトンネル工法であった。日本では1919年(大正8年)に羽越本線折渡トンネルで初めて横河橋梁製のシールドマシンを使った掘削が行われたが、予定の300メートルを掘削できずに推進不能となり、その場で埋め殺し掘削の際に使用した仮設構造物や機材を回収せずにそのまま埋めてしまうこと。となった。また丹那トンネルの建設工事の際には、水抜き坑の建設のためにシールド工法を採用した実績があった。このように、シールドトンネルの技術は日本では未熟であり、関門トンネルの工事においても当初は日本国外の業者に請け負わせるか、機械を輸入して専門の技術者を招聘するという意見も根強かった。しかし、丹那トンネルの工事を経験してトンネル工事の技術に日本の土木技術者が自信を持つようになってきていたことや、軍事上重要な要塞地帯であった関門地区の鉄道建設に対して日本国外を関与させることが望ましくなかったことから、日本の技術でシールドマシンを製作して工事を行うことに決定した。
シールドマシンの設計は、村山朔郎が担当した。村山は、1935年(昭和10年)に京都帝国大学土木工学科を卒業して鉄道省に入省した若手土木技術者で、おもにアメリカ合衆国で発行された技術文献を参考にシールドマシンの設計に取り組んだ。設計されたシールドマシンの本体は三菱重工業、シールドジャッキは神戸製鋼所、環片(セグメント)は久保田鉄工所が担当して製作した。
シールドマシンは、初期には様々な形状のものがあったが、関門トンネル工事の時点では諸国とも円形断面のものがほとんどであり、関門トンネル用のシールドマシンも同様に円形断面を採用した。セグメントリングの外径は7メートルであり、各国の例を参考に22ミリメートル厚の鉄板3枚を重ねた尾部ここでいう尾部とは、岩盤を削る切削面とは反対側の筒の部分のこと。を採用し、またセグメントリングに対する余裕を50ミリメートル見込んだため、合計してシールドの外径は7,182ミリメートルとなった。尾部の長さは、下り線用について環片2個分の1,500ミリメートルに余裕250ミリメートル、シールドジャッキの沓の長さ310ミリメートル、環片とシールドジャッキの間の余裕50ミリメートルとして合計2110ミリメートルとし、上り線用については環片2個分を1,600ミリメートルに余裕を200ミリメートル、環片とシールドジャッキの間の余裕を100ミリメートルとしたため合計2,210ミリメートルとなった(シールドマシンの側面図を参照)。ジャッキ本体部の長さは上下線とも1,700ミリメートル、この先に地山盛り土や堆積土に対する対義語。もとからある自然の地盤のこと。に食い込む刄口が設けられ、また作業員が安全に作業できるように上部はひさしのように伸ばしたことから、この部分の長さは上部で1,600ミリメートル、下部で800ミリメートルとされた。この結果、シールドマシンの全長は下り線用で下部5,010ミリメートル、上部5,810ミリメートル、上り線用で下部5,110ミリメートル、上部5,910ミリメートルとなった。総重量は約200トンである。
シールドマシンを推進するシールドジャッキは、200トンの能力のものを下り線用で24本、上り線で22本装備した。イギリス・アメリカ・フランスなどシールドトンネルの施工実績のある国の例を参考に研究して、推進能力を設定した。常用水圧は400 kg/cm2、シリンダー有効直径は250ミリメートル、最大衝程1,110ミリメートルであった。また、シールドマシン内部の作業床の出し入れをする可動床ジャッキと、山留に使用する山留ジャッキを装備した。また水圧動作で環片を組み立てる環片組立機(セグメントエレクター)を装備した。小規模のシールドマシンでは人力でセグメントを組み立てる例もあるが、関門トンネルの規模では機械力によるのは必須であった。シールドとは別に移動式の組立機を用意する例もあるが、関門トンネルではシールドに固定された組立機を採用した。また、電力によって動作する組立機の実例もあったが、ほかのジャッキ類がすべて水圧動作であるため水圧式の組立機を採用した。組立機は、伸び縮みするアームを回転させられるようになっており、環片をアームの先でつかんで固定して所定の位置へアームを回転させ、アームを伸ばしてトンネル壁面の所定の位置へ環片を据えつける動作をした。
シールドトンネルにおいて壁面を形成する覆工は、環片(セグメント)と呼ばれるブロックを組み立てて構成し、さらにその内側に第二次覆工としてコンクリートを巻きたてることが普通である。環片の組み立ては、シールドマシンの尾部内側で行われ、輪環(リング)を構成したあと、シールドジャッキをリングに押し当ててシールドマシンの推進を行う。第一次覆工として組み立てる環片の材料は木材、コンクリート、鋼鉄、鋳鉄などの種類があるが、関門トンネルにおいては結果的に鋳鉄を採用し、のちに鉄材節約の目的で一部に鉄筋コンクリート製の環片を採用した。
輪環は外径7メートルで、1つの輪環を構成するためにA型9個、B型2個、K型1個の合計12個の環片を使用した。A型は通常の環片で、トンネル断面方向から見ると扇形になっており、これに対してB型は隣にK型を嵌め込むために一方の端の傾きが逆になっている。K型は、A型とB型を嵌め込む作業が終わったあとに最後に挿入して輪環を完成させる部位に使うものである。トンネルの進行方向を調整するために、環片の長さを変えた異形環片も用意された。環片の外周部における円周方向長さはA型で1,969.2ミリメートル、B型で1989.2ミリメートル、K型で288.2ミリメートルであった。また環片のトンネル長方向の長さは、シールドジャッキの繰り出し長さに影響するため、下り線トンネルにおいては慎重を期して750ミリメートルとし、自信を得たため上り線トンネルにおいては800ミリメートルとした。環片の厚さは280ミリメートルあり、1個の重量は約1トンであった。環片の総製作数は約1万3,000個に上った。ただし、上り線トンネルの陸上部においては、鉄材節約の目的で1輪環の重量を約4割減らした薄型の環片を10組分試作して使用した。同様に鉄筋コンクリート環片も製作され、1個の重量を1トン以内に収める目的でこの区間については1輪環を13環片で構成した。鉄筋コンクリート環片は破損しやすく、組み立てた後の輪環形状の修正が困難で形が狂いやすいといった欠点があり、上り線トンネルにおいて17輪環のみ施工された。
関門トンネルではシールド工法に圧気工法を併用したため、シールド工法区間の端に隔壁を設けた。想定圧力は40ポンド重毎平方インチ(約27万6,000パスカル=約2.72気圧)とした。隔壁の直径は6.44メートルで、想定圧力の時約920トンの力を受け、厚さ3メートルのコンクリートで隔壁を構築した。この隔壁を通過するために気閘(エアロック)を3組装備した。材料気閘は大型材料や資材運搬のトロッコを通過させるための気閘で、運搬車の幅0.98メートル、高さ1メートルに対して開口部を1.3メートル×1.55メートルとし、気閘内径は2.48メートル、長さは11.8メートルであった。トロッコの線路は扉の開閉のたびにはめ外しを行う必要があり、空気ピストンを利用した仕組みを準備した。作業員気閘は作業員を通過させるための気閘で、40人を収容できるものとして長さ7,800ミリメートル、内径1,780ミリメートルのものを設置した。非常気閘は、坑内の噴発や火災の事故に備えて作業員の避難用としたもので、長さ8,800ミリメートル、内径1,780ミリメートルあり、事故に備えて常時坑内側に扉を開けた状態にしてあった。また非常気閘の坑外側は2,070ミリメートルの位置で区切って扉を設けてあり、少人数の出入り用の職員気閘としても使えるようにしてあった。
関門トンネルの工事では、シールド工法および圧気工法を採用した区間があるため、常時多量の電力を必要とし、空気圧縮機や排水ポンプが停止する事故は避けなければならなかった。このため周辺の変電所や余剰電力の状況を調査して電力供給の計画を立てた。
第二次世界大戦後の日本では、地域別に商用電源周波数の統一作業が進められ、九州地方では60ヘルツ電源へと統一された。しかし統一作業が実施される以前は、北九州地区は50ヘルツで電力供給されており、下関側の60ヘルツと周波数の相違が存在していた。そのままでは機械の運用上不便で、試掘坑道貫通後に双方の工事現場を単一配電にして電力の融通を図ることができなくなるため、下関側の変電所に周波数変換機を設置して、工事現場はすべて50ヘルツの電源に統一することにした。
下関側は山口県電気局(のちに中国配電)、門司側は九州電気軌道(のちに九州配電)が電力供給を行った。山口県電気局側では、電力は前田火力発電所から彦島変電所を経由して3,300ボルトで受電し、工事最盛期には1,000キロワットの消費を見込んだ。九州電気軌道側では、当初は大里変電所と門司第二変電所からの受電を想定したが、最終的に小倉火力発電所および大門火力発電所から特別高圧送電線特別高圧とは、7000ボルトを超える高電圧のことで、送電線は発電所から変電所へ電力を送る電線路のことである。電気設備技術基準で定義されている。を経て鉄道省の小森江変電所で受電する方式を選択し、大里変電所および門司第二変電所からの受電は予備電源とすることにした。3,300ボルトで現場へ供給し、工事最盛期には2,000キロワットの消費を見込んだ。
下関側は彦島変電所からの1回線のみであるため、停電に備えるためにディーゼルエンジンによる非常用の発電所を受電設備に併設することになり、鉄道省営の弟子待発電所とされた。非常用発電所は、どうしても停電を避けなければならない設備である、排水ポンプ、エレベーター、坑内電灯に限って電力を供給できる容量で設計することになり、余力がある時に空気圧縮機やセメント注入などの設備に回すこととされた。試算の結果、最小限維持する必要がある設備の電力消費は191キロワットとされたため、200キロワットの発電機を予備を含めて2機設置した。ディーゼルエンジンは池貝鉄工所製、発電機および配電盤は富士電機製、付属ポンプ類は荏原製作所製であった。
諸般の地質調査により、ある程度海峡の地質は把握できており、小規模の坑道であれば掘ることができるという自信を得たため、本線坑道より深い場所に試掘坑道を先に掘削することにした。試掘坑道は、本坑掘削の前にあらかじめ地質を確認して本坑の施工計画を立て、必要に応じてセメントの注入作業を行い、また本坑工事の際の排水路となることを目的としていた。さらに可能であれば、試掘坑道から本坑に取りついて、掘削箇所を増やすことで工期を短縮することも狙い、本坑完成後は電力・通信ケーブルを収容し排水路とすることも目的としていた。この試掘坑道は、取材の新聞記者により「豆トンネル」という愛称がつけられた。試掘坑道は、下関方・門司方それぞれで立坑を掘削し、そこから海峡を横断する形で建設されている。本坑が、両側から海峡中央付近へ下って行く線形をしているのに対して、試掘坑道は立坑の位置がもっとも低くなっており、両側から海峡中央へ向かって上っていく線形となっている。これは、本坑工事中の湧水を試掘坑道に落とすことで、水が試掘坑道両端に自然に流れて、そこからポンプで排水ができるようにするためである。
下関方の立坑は、1937年(昭和12年)1月に弟子待出張所を開設するとすぐの1月7日に掘削工事を開始し、7月に掘削工事完了、11月5日に竣功した。立坑の内径は4.2メートル、深さは55.14メートルであった。工事は素掘りであり、ダイナマイトで発破をかけてズリを運び出して次第に下って行った。覆工は、途中3か所に足をつけてそこから上部へ施工していく方法で実施した。掘削量は2,250立方メートルで延べ人員6,030人を使用し、覆工量は650立方メートルで延べ人員3,040人を使用した。
門司方の立坑は、1936年(昭和11年)10月7日に着工したが、予想以上に地質が悪くて難航し、1937年(昭和12年)6月には近隣火災のために出張所の建物が類焼するという被害もあり、立坑すべての竣功は1938年(昭和13年)6月5日となった。施工の都合上、立坑の内径は上部で5.2メートル、下部で4.2メートルとし、当初は深さは43.5メートルの予定であったが、坑道縦断勾配の変更に伴い45.8メートルになった。当初、地表から8メートル付近まで素掘りを行い、以降井筒工法(オープンケーソン工法)に切り替える予定であったが、地質の悪化により地表から6.2メートルで素掘りを打ち切って井筒工法に切り替えた。井筒は内径5.2メートル、外径6.4メートルの鉄筋コンクリートで、1回に3メートルずつ沈下させた。しかし約300トンの荷重をかけて実施した8回目の沈降途中に井筒に亀裂が入り、深さ24.5メートルの位置で井筒工法は打ち切られた。以降は再び素掘りに切り替えて掘削し、1937年(昭和12年)9月30日に予定の45.8メートルまでの掘削を完了した。
試掘坑道は全長1,322メートルで、勾配は当初両側から2.5パーミルを予定していた。しかし相当の湧水が想定されたことから、勾配をきつくして7パーミルに変更した。工事中に下関方の坑道で崩壊事故が発生して進行が遅れた結果貫通点が変更され、門司方の勾配は途中で5パーミル、さらに3パーミルへと変更した。試掘坑道内は、軌間610ミリメートルの資材運搬線路を複線で敷設しさらに内径57センチメートルの換気管を設置するものとして、幅2.5メートル、高さ2.5メートル、上部を半円形とした断面で施工した。
下関方からは、立坑が完成するとすぐに1937年(昭和12年)11月18日から坑道の水平掘削を開始した。当初は湧水は少なく、全断面掘削で順調に進行した。途中、ボーリングにより前方の地質を探りながら進行した。やがて断層破砕帯に差し掛かり湧水量も増加したため、セメント注入を繰り返しながら前進するようになった。次第に湧水が増加し、地質が軟弱となってきて覆工作業を急いでいた1938年(昭和13年)10月4日4時ごろ、416メートル地点において突発的に濁水が噴出し、土砂が流出し始めた。作業員を非常呼集して流出防止の土留を設置し、次第に湧水が減少したこともあり崩壊量は約60立方メートルで済み、10月8日までに391メートル地点に厚さ3メートルのコンクリート隔壁を建設して残りの埋め戻し作業を行った。以降、ほぼ2か月かけてコンクリート隔壁内にセメントの注入作業を行った。セメント注入量のあまりの多さに海底を調査したところ、セメントの噴出物が固まった形跡が海底に見つかるほどであった。1939年(昭和14年)1月から掘削作業を再開して、セメントの周りもよく無事に元の掘削地点を通過し、土圧が大きくなるたびにセメント注入を実施して掘削を推進した。
門司方からは、1938年(昭和13年)4月26日から坑道の水平掘削を開始した。立坑から230 - 400メートルの間は湧水量も多く二段掘りにしたが、それ以外の区間は地質は良好で、全断面掘削で順調に進捗した。
1939年(昭和14年)4月に入ると双方とも順調な掘削状況となっていた。ちょうどこのころ、内務省により国道関門トンネルの試掘坑道も早鞆の瀬戸で掘削が進んでいた。4月6日の時点で、内務省の国道トンネルは残り79メートル、鉄道省の鉄道トンネルは残り189メートルとなっており、世間では国道トンネルの方が先に貫通するものと見ていた。しかし国道側は地質の悪い場所に差しかかって進捗が鈍っており、鉄道側では下関側・門司側で進行量の大きかった現場に日当の1割増しを行うとして、猛烈な巻き返しを図った。双方の現場を合わせて1日の掘削距離が19.3メートルに達する日も出た。4月17日夜半、残り約10メートルの段階で門司側からボーリングにより穴が通り、その後、下関側から掘削を進めて残りを1メートルとした。4月19日10時、東京の鉄道省大臣室から前田米蔵鉄道大臣の電鈴を合図に最後の発破を行い、試掘坑道は貫通した。下関立坑中心から569メートル、門司立坑中心から753メートル地点で、双方の坑道のずれは水平に405ミリメートル、垂直に182ミリメートルであった。国道の試掘坑道が貫通したのは、鉄道に遅れること1週間であった。門司方の試掘坑道は7月31日、下関方の試掘坑道は8月5日に竣功となった。
本線トンネルの工事に利用したあとも、排水に利用するために試掘坑道は修築のうえ存置された。すべての排水ポンプが機能を停止したとしても、本坑より低い位置にある試掘坑道に水を流すことで本線トンネルの浸水まで時間を稼ぐことができる。この当時計測されたトンネル内の湧水量に加えて、トンネル外の雨量が1時間に30ミリメートルのときに、ポンプ所に到達する水の量は下関側2.46個(1秒間に2.46立方尺=約68.5リットル)、門司側0.17個(1秒間に0.17立方尺=約4.7リットル)となり、試掘坑道が満水になって上り本線の軌条面まで水が達し、より高い位置にある下関側の最後のポンプが浸水して運転不能になるまで17時間かかる計算とされた。こうしたこともあり、第二次世界大戦後も引き続き試掘坑道の修築工事が行われ、二次覆工の施工、不要な待避所の埋戻し、覆工裏側への豆砂利・セメント・火山灰などの注入作業が実施された。
試掘坑道が全体の5分の1程度までしか掘削が進んでいない時点で、本トンネルの掘削にも着手することになった。海底トンネルという特殊な環境下での工事で、慎重な推進を求める意見も国鉄内部にはあったが、戦時下でもあり軍部から工事促進への圧力もかかっているという事情があった。
下関方立坑は510K271M地点に設置し、海底部の地質が予想以上に悪く将来シールド工法を採用しなければならなくなった場合に備えて、シールドマシンの部品を通せる寸法を考えて、内径を7メートルとした。地表面から約15メートルまでは花崗岩の風化帯、それ以下は硬質な花崗岩であった。湧水により作業を妨げられないように、あらかじめ100ミリメートル径の水抜き坑をボーリングしておき、これを試掘坑道立坑から建設した横穴に連絡させて水を抜くようにした。1937年(昭和12年)11月に地上部のエレベーター設備から準備を開始し、12月1日から掘削を開始し、翌1938年(昭和13年)2月28日に縦坑底部まで到達した。竣工は5月31日である。