関門トンネル (山陽本線)
下り線トンネルにおいては貝殻層において漏気が激しくなって一時シールドの停止を余儀なくされたことから、上り線トンネルにおいては試掘坑道からのボーリングで地質調査が入念に実施され、事前に薬液の注入を行った。10月16日からまず洪積層に突入し、圧気で区切られている区間の長さや残りの掘削距離を考慮して10月末から第2隔壁の構築を行った。11月に入るといよいよ貝殻層に入り、湧水の増加を抑え込むために坑内気圧を上昇させて進行したが、漏気量は少なく薬液注入の効果もあって順調に進行することができた。次第に岩盤層に入り、12月20日の時点で切羽が511K181M50に到達した。この時点で下関方からは底設導坑が511K160Mまで到達しており、残り21.5メートルとなった。下関方では貫通に備えて、気閘を設置して圧気をかけて準備し、さらに底設導坑を511K168Mまで推進したが、これ以上の掘削を断念して待機することになった。
12月31日9時、門司方からシールドによる体当たりで貫通した。そのままさらにシールドで前進を続け、用意してあった環片を使い切る第494輪環まで進めて1月27日にシールド工法を終了した。以降、覆工や清掃、排気、シールドの解体と隔壁の撤去などを進めた。
シールド工法部は、1943年(昭和18年)5月4日着工、1944年(昭和19年)8月8日竣功となった。
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。
1938年(昭和13年)10月1日から、斜坑から下関方入口へ向けて導坑掘削を開始し、10月28日には下関方入口からの導坑掘削も開始した。1939年(昭和14年)5月20日に入口から263メートル、斜坑から708メートルの地点で貫通した。また斜坑から立坑へ向かっては、斜坑から約90メートル掘削した時点で縦坑側から直轄で掘削してきた底設導坑と1938年(昭和13年)12月23日に貫通した。以降、底設導坑を本断面へ切り広げ、覆工を実施した。
覆工作業中、1940年(昭和15年)2月15日12時45分ごろに509K126M付近において、延長約36メートルにわたって約1,000立方メートルの土砂が崩壊する事故が発生した。崩壊の数日前から降雨が続いて付近一帯の地盤に緩みが生じ、切り広げ工事により平衡を失って崩壊したものと推定された。作業員は坑道を出ていたため人的被害はなかった。この区間の突破作業には65日間を要した。
下関方取付部の工事に伴い、地下水位が低下して井戸が枯渇する被害が発生した。このため下関市に委託して水道の工事を行うとともに見舞金を支払った。また地下水位低下に伴って土地が乾燥し陥没を来たして家屋が傾くなどの被害も生じ、見舞金と復旧工事費を支払った。
下関方取付部は、1940年(昭和15年)6月28日に竣功となった。掘削土砂量約3万2,000立方メートル、覆工コンクリート量約9,400立方メートルで、請負金額は57万7,000円であった。
下り線トンネルの511K875M50から512K016M50までの延長141メートルは圧気工法で施工した。この区間では、当初は潜函工法の採用を予定していたが、玉石が埋まっていたことや深部の風化が進んでいないことなどから潜函工法採用の最終決定ができず、水抜坑を掘削して地下水位を低下させれば普通工法で掘れるのではないかとの意見が出て水抜坑を掘削する方針に変更となった。
水抜坑を普通工法で単純に掘り抜くことはできないと考えられたため、圧気工法を採用することにした。この区間に着手した時点で、門司方立坑の井筒は沈降済みで蓋を外してエレベーターを設置する工事が始まっていたため、立坑側から圧力をかけた状態で掘削を開始することはできなかった。一方、終点方にある潜函工法で沈降させた単線潜函には、圧気をかけて作業をするための設備が整っていたため、これをそのまま利用して潜函側から立坑へ向けて水抜坑を掘削することにした。水抜坑は本線トンネルの施工基面の下3メートルの位置に掘削された。
6月9日 - 下関方海底部の水中微動計調査開始(36日間)。 6月25日 - 斉藤眞平技師が門司方立坑で墜落し、殉職する。 7月31日 - 試掘坑道門司方竣功。 8月5日 - 試掘坑道下関方竣功。 8月21日 - 門司方シールド工法部切羽において落盤事故発生。 8月30日 - 下関改良事務所を下関工事事務所に改称。 12月12日 - 下り線トンネル門司方開削工法部着工。
1940年(昭和15年) 1月15日 - 下り線トンネル門司方シールド工法部で第1隔壁構築完了、シールド推進再開。 2月15日 - 下り線トンネル下関方取付部509K126M付近において崩壊事故発生。 6月13日 - 上り線トンネル下関方取付部着工。 6月28日 - 下り線トンネル下関方取付部完成。 7月 - 上り線トンネル杉田斜坑着工。 8月15日 - 上り線トンネル下関方立坑着工。 8月31日 - 下り線トンネル門司方シールド工法部で第2隔壁構築完了、シールド推進再開。 9月1日 - 試掘坑道下関方排水ポンプの停止事故により坑内に水が溢れる。 9月8日 - 試掘坑道下関方排水ポンプの停止事故の復旧作業完了。 9月 - 上り線トンネル杉田斜坑竣功。 11月1日 - 下り線トンネル門司方圧気工法部着工、下り線トンネル電気設備着工。 12月1日 - 上り線トンネル下関方海底部着工。 12月10日 - 関門海峡において4,000トン級貨物船の衝突事故、本線トンネル上の海底に溝をえぐられる。 12月22日 - 門司側で停電事故発生、シールドの推進を一時中断して漏気対策を実施。
1941年(昭和16年) 1月 - 上り線トンネル下関方取付部で斜坑から坑口へ向かって底設導坑着工。 2月1日 - 下り線トンネル軌道工事着工。
門司変電区の周波数変更が迅速に行われたのは、もともと信号機や排水ポンプなどの電源は当初から両周波数に対応するように設計されていたこと、列車走行用の電力供給についても変圧器のみ交換すれば済んだこと、国の機関として率先して周波数変更に対応する立場であったことなどが挙げられる。一方で、関門トンネルの輸送量は低迷していたため、この機会に変電所の容量は削減され、水銀整流器が下関と門司の両方から1台ずつ1949年(昭和24年)に東海道本線電化用に静岡県の藤枝変電所と磐田変電所に移設された。1951年(昭和26年)5月に電力事業再編成が行われ、下関変電区、門司変電区はそれぞれ中国電力、九州電力から受電することになった。
海水に常時さらされている関門トンネル内のレールは、電気車の運転電流が漏洩しやすく、電気化学的な作用により金属イオンが溶け出す電蝕が発生するという問題を抱えていた。このため戦中戦後の2回にわたり、通常は架線側がプラス、レール側がマイナスに印加されている直流1,500ボルトの電気の極性を逆転させて、レールをプラス、架線をマイナスにする極性変換試験が実施され、摩耗の軽減は見られた。また、1954年(昭和29年)に強制排流器が設置された。これは外部直流電源をレールと接地点の間につなぎ、運転電流の漏洩分を相殺してレールの電位を負にするものである。
1950年(昭和25年)6月25日に朝鮮戦争が勃発すると、九州北部の駅は朝鮮半島方面へのアメリカ軍やイギリス軍の部隊の出動や補給の拠点となり、本州方面から北部九州への軍事輸送列車が多数関門トンネルを通過することになった。この際に、それまで関門トンネルには火薬類の通過制限が設定されていたが、アメリカ軍は火薬類通過制限の無条件解除を6月28日に指令し、危険を冒して輸送が実施されることになった。
上り線下関方取付部は全長1,419.40メートルあり、地質は下り線の取付部と同様で、また同じく間組の請負により施工された。坑口から650メートルの509K505M地点の下り列車進行方向に向かって本線右側から、勾配3分の1で総延長51.2メートルの杉田斜坑を建設して取り付いた。ここから2.10メートル×2.40メートルの底設導坑を下関方立坑に向かって掘削し、1941年(昭和16年)10月7日に立坑下部へ到達した。この途中、6月26日に豪雨により、コンクリート搬入用の立坑から浸水して14日間掘削作業が中断する事故があった。1941年(昭和16年)1月には斜坑から坑口へ向かって、11月には坑口から斜坑へ向かっての底設導坑も着工し、1942年(昭和17年)4月20日に坑口から188メートル、斜坑から460メートルの地点で貫通した。
1941年(昭和16年)12月16日に、斜坑から立坑へ向かって約300メートルの地点で、覆工作業中に約10メートルにわたって600立方メートルの岩石が崩落し、奥で作業していた5名が閉じ込められる事故が発生した。当時、試掘坑道側に水抜き坑が掘ってあったため奥に水が溜まるおそれはなく、また下関方立坑から垂直の水抜き坑も掘ってあったため、ここから食料を送り込むことができた。崩落事故発生現場と試掘坑道側の両方から救出坑の掘削が進められ、事故発生から約60時間後に崩落事故現場側からの坑道が開通して5名を救出することができた。上り線下関方取付部は、1940年(昭和15年)6月13日に着工し、1943年(昭和18年)9月14日竣功となった。
下関方からの底設導坑は、511K139Mまで掘削して打ち切ってあった。残りの区間はシールドを使用しなくても圧気工法で掘削できる見込みが立ったため、門司方からのシールドは511K140M付近で打ち切った。シールドの停止後、門司方から今度は頂設導坑を掘削し、下関方から掘削した底設導坑の上を掘り進んでいった。下関方の気閘は511K110Mに建設されており、その上を通り越して511K104M20まで門司方からの頂設導坑を掘削した。これは厚さ2.6メートルほどの地山で圧力差を支えている状態となる。6月2日に圧気工法完了により坑内の減圧が行われた。
排気後にさらに掘削を行い、下関方との残り距離を1メートルまで短縮した。ちょうどこのころ、下関方の第三紀層地帯の掘削も隔壁を残すばかりとなっていたため、同じ日に貫通発破を行うことになった。1941年(昭和16年)7月10日9時、まず第三紀層地帯の貫通発破が行われ、続いて10時に下関方と門司方の間の貫通発破が行われた。貫通点は511K102M50であった。貫通後、切り広げや覆工などを実施するのに約3か月かかった。下り線トンネルの貫通を見届けるように、初代下関工事事務所長だった釘宮磐は8月1日付で退任して東京帝国大学工学部で指導を行うことになり、後任に星野茂樹が着任した。
この時点ではまだ門司方の潜函工法の区間が完成しておらず、潜函工法区間の最後の隔壁が貫通して関門トンネル下り線の全区間がつながるのは1942年(昭和17年)3月27日であった。
52気圧)まで坑内気圧を上昇させた。このような高気圧を採用したことでついに湧水量も減少するようになり、作業が順調に進行するようになった。11月18日から5交代制を、12月2日から6交代制を採用できるようになり、1日2輪環程度の進行となった。しかし、貝殻交じりの層がさらに増えてきて空気の漏洩が増え、坑内気圧を維持するために空気圧縮機の運転台数が増大していった。シールド内の高圧空気が貝殻層を通じて漏れ、気泡が海面に溢れている状況であり、仮に坑内の気圧を下げると、この空気が漏れていく経路は一転して水の流入経路となってしまうのは明らかであった。
12月9日になり、立坑から671メートル付近で第883輪環を掘削しているときに、下部から腐食した変成岩が現れ、その後次第に上に上ってきた。この層は掘削が容易でかつ湧水がなく、下関側の岩盤に達するまで残り約50メートルであったことから、これで下関側まで容易に到達できるめどが立ったと楽観するようになった。しかし12月10日の深夜、海上において4,000トン級の貨物船の衝突事故があり、船の舳を海底に引きずって流されるという事件があった。早速潜水夫を送って調査したところ、シールドの先端から約25メートルの海底に幅3メートル、深さ2、3メートル程度の大きな溝ができていることが判明した。シールドとはまだ距離があり、漏気量も変化しないため、そのまま掘削を続けながら、並行してこの部分に捨て粘土を行うことになった。
関門連絡線は今日も多数の列車を走らせています」と答えたという。
戦争が終結すると、引揚者の帰還輸送と、日本で働いていた朝鮮人・中国人の帰還輸送が開始され、そのための臨時列車が関門トンネルを通過して設定された。また、日本を占領下においた連合国軍最高司令官総司令部(GHQ)は、連合軍専用列車の設定を要求し、関東と九州を結ぶ専用列車が定期化された。1946年(昭和21年)から1947年(昭和22年)にかけて極端な石炭不足により、急行列車の全廃、二等車の連結全廃などの措置がとられて鉄道の輸送力は大幅に減少したが、それでも関門トンネルを通過して東京と九州を結ぶ輸送だけは最低限確保されていた。しかしこのころ、貨物輸送の減少もあって関門トンネルの通過列車は減少し、EF10形も一部が他の機関区に転属して、関門地区での配置数が減少した。
もともと北九州地区の商用電源周波数は50ヘルツであり、関門トンネルに九州側から電力を供給する門司変電区の受電周波数も50ヘルツであった。しかし第二次世界大戦後、北九州地区の電力需要は増加の一途をたどり、九州島内の電力網の連系を行い、また中国地方からの受電を行うことも急務となったこともあって、1949年(昭和24年)の閣議決定で九州地方の電源周波数を60ヘルツに統一することになった。これに前後して、九州地区の実際の60ヘルツへの周波数変更作業が進められ、門司変電区の受電周波数も1948年(昭和23年)2月に60ヘルツ化された。