福岡トンネル
東工区は、1971年(昭和46年)4月に着工し、5月に掘削を開始した。着工の条件を巡って折り合いがつかなかったため、西工区に対して約5か月遅れての着手となった。
坑口から20メートルの間は土被りがほとんどなく、地質もマサ土であったことから、開削工法で施工した。その後は底設導坑先進上部半断面工法で掘削した。坑口から約600メートルにわたり花崗岩が風化したマサ土区間であり、順調に掘進した。この間、1分間に1トン程度の湧水があった。 533K710M付近(東工区坑口から680メートル)から地質は緑色片岩に変わり、しばらくの間は軟質になったことからかえって進捗はよくなった。しかし次第に湧水は増大し、533K780M付近では1分間に約2トンの湧水が出る破砕帯に突入した。そこで下り列車進行方向右側に断面約4平方メートルの水抜き坑を掘削し、22.
1999年(平成11年)6月27日に、福岡トンネル内の覆工コンクリートの一部が剥落し、走行中だった「ひかり351号」を直撃し、車両の屋根やパンタグラフを破損する事故が発生した。落下したコンクリート塊は車両を次々に損壊させたのち、大きく3個に分割された状態で発見された。車両の脱線転覆などには至らず、死傷者も発生しなかったが、ダイヤを大きく混乱させて十数万人の乗客に影響を与えることになった。
現場は、博多側坑口から2,035メートル地点で、建設時は西工区だった場所であった。この付近の地質条件は良く、順調に施工された区間であった。落下したコンクリート塊は長さ約2メートル、重さ約200キログラムで、トンネル覆工のアーチコンクリートと側壁コンクリートの間の肩の部分、レール面から高さ約5.5メートルの位置から脱落していた。剥離面はほぼ水平な面と鉛直な面で構成され、元のトンネル表面と合わせてほぼ三角形の断面となっていた。このうち、水平剥離面はコンクリートの連続打設ができなかったために生じたコールドジョイントであるとされ、建設当時から存在していたものとされた。一方鉛直側の剥離面は、事故発生のかなり前から空気と接触して中性化しており、こちらもかなり古い時代に発生したものと推定された。これに対して現場付近ではトンネル背面からの湧水はなく、コンクリートは乾燥状態で、水による劣化現象は生じていないとされた。
建設時には工程が非常に厳しく、西工区でも1日当たりの工事量を増加させて工期を回復する必要に迫られ、途中でアーチコンクリートの打設を同時に2か所で行っていた時期があった。剥落現場もこの2か所同時施工時期の施工であり、こうした工事量の増加が影響を及ぼしたものと見込まれた。このため本来連続的に行われるべきコンクリート打設作業が、コンクリート供給速度の低下やポンプのつまりなどによって中断し、コールドジョイント発生に影響したと推定された。ただし、落下したコンクリート塊から採取したコアの圧縮強度は、設計基準強度の160 kgf/cmを上回る280 kgf/cm程度であり、塩化物イオン量も小さく、アルカリ骨材反応による膨張圧も計測されておらず、コンクリートそのものの材料的原因ではないとされた。
最終的に推定された原因は、アーチ部コンクリートを打設する際に下部にコンクリートが打設された時点でいったん打設が中断され、下部が硬化した後に打設が再開されたため、この部分がコールドジョイントとなった。またアーチ上部コンクリートの打設に際して自重により型枠が変形・沈下し、硬化したとはいえ強度発現がまだ不十分だったアーチ下部コンクリートを引っ張る応力が発生して、鉛直面にひび割れが発生した。
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、続いて岡山 - 博多間についても1970年(昭和45年)2月10日に起工することになった。
西工区は、1970年(昭和45年)11月に着手、翌12月から導坑の掘削を開始した。騒音や振動の対策のために、地元住民との協定で夜間の工事を制約されたが、工事進行上の大きな問題とはならず、順調に工事が進行した。東工区の着工が遅れたことやその後の工事進捗の難航により、工期が間に合わない恐れが出てきたことから、西工区からの応援を行うことになり、工区が延長されることになった。
この工区延長により、導坑掘削完了は遅れることになった。上半断面掘削も遅れることになったため、上半断面へ切りあがる場所も増設して工程の短縮に努めた。さらに後続の路盤コンクリートや中央通路、下水などの作業は競合することになり、施工に頭を悩ませることになった。コンクリートの同時施工箇所が増加したことから、当初準備した坑外設備のコンクリート製造能力では追いつかないことになり、夜間騒音問題から昼夜兼行の稼働はできないことから、昼間の作業時間延長で対応した。機械器具類を長期酷使したにもかかわらず、幸運にも大きな故障なしに済んだ。さらに軌道工事とも競合して作業する必要に迫られたが、トンネル工事と軌道工事が同一業者であったことからなんとか作業を進めることができた。このように無理を重ねたことから、軌道工事は管内最後の完了となった。
導坑掘削が予定の工区延長まであとわずかに迫った時点で工区延長となったことから、作業員の士気が落ちることや、あまりに長い工区で坑口と簡単に連絡が取れない不安感などが懸念された。しかし岡山 - 博多間の他のトンネル工事の最盛期が過ぎた時期であったため、熟練した作業員を投入することができ、問題にはならずに済んだ。
そこで導坑の再掘削に着手したが、再度毎分約2.5トンの出水があったため断念し、迂回坑側からの掘削を継続した。その迂回坑でも湧水量は次第に毎分8トンへと増大して進行が遅れ、作業員の疲労が激しく離散していくものが多くなり、新たな作業員の確保に苦労することになった。しかし水抜きボーリングと迂回坑からの水抜きがようやく効果を見せて導坑に再着手して破砕帯を突破することに成功した。この間約60万トンの湧水が出て、約4か月の進捗遅れとなった。崩壊地点の200メートル上にある沢は、渇水期でも最低毎分2トンの流量があったが、崩壊4か月後には毎分0.1トンまで減水してしまった。
この破砕帯は、導坑を切り広げる際に問題になると想定されたため、事前に注入を行うことにした。注入ボーリングは計62本で、セメント220トン、砂52トン、水ガラス47立方メートルを注入した。注入材はよく浸透しており、実際の掘削は大きな問題もなく約1か月で作業が完了した。
このような破砕帯からの湧水は作業を非常に困難にし、進捗を遅らせる要因となっていた。地質調査の結果、534K026M地点の破砕帯と同規模の破砕帯がさらに数か所予想されており、これまでと同様の方式で個別に対応していたのでは工期に間に合わないことになる。そこで、後述する調査坑、高速先進ボーリング、強制排水の3種類の工法を組み合わせて対応することにした。この3種類の工法の組み合わせを福岡トンネル方式と称する。
534K026M破砕帯を突破するために掘削した迂回坑は、湧水対策に効果があったため、そのまま導坑に先行して調査坑として掘削を継続することにした。