六甲トンネル
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。
これは最大幅9メートルの被圧帯水層があり、坑道掘削が接近するにつれて周辺の地山が緩んで湧水となったものとされた。
この出水後、断層の状況把握と水圧低下のために、斜坑から両側に離れたところに地質調査坑を掘削し、そこからボーリングを行って調査した。しかしボーリングロッドが水圧で押し返され、さらにその穴から土砂が噴出する状況であり、やがて大量の土砂で地質調査坑も埋まってしまった。4月10日に地質調査坑の掘削を開始して以来、12月までの7か月をかけて、右側に6本、左側に6本で計367メートルの地質調査坑を熊手のように広げて掘削を実施した。地質調査坑と水抜きボーリングを行っても十分な水圧低下を期待できないため、崩壊層・軟弱層の止水と地質強化を目的として薬液注入を3回にわけて実施した。その後掘削断面積を分割して徐々に掘進し、この9メートルの断層を約10か月かけて1969年(昭和44年)1月24日に突破することに成功した。斜坑の掘削開始から約19か月を費やして、1969年(昭和44年)5月12日に坑底に到達した。
以降、本坑の掘削に取り掛かり、底設導坑先進上部半断面工法を採用した。本坑においても断層に悩まされ続け、そのたびに地質調査坑を両側に掘削して水を抜いて突破することの繰り返しで、岡山側の鶴甲工区との境界には1970年(昭和45年)9月12日に到達した。
この工区は大きな断層が集中しており、工区延長の大半で破砕帯の中を掘削することになった。そのため側壁導坑方式の掘削工法を採用し、川側と山側の側壁導坑をそれぞれ掘進した。斜坑交点から400メートルほど掘進したところで大月断層に入った。
山側側壁導坑は26K700Mまで掘削した1969年(昭和44年)2月18日に、川側側壁導坑は26K730Mまで掘削した同年2月27日に湧水や支保工の変状といった状況となり、ボーリングで帯水状況を調査するとともに、両側に地質調査坑の掘削を開始した。こうした地質調査坑も各所で湧水、土砂の流出に見舞われ、地質調査坑からさらに別の地質調査坑を分岐させて、熊手状のトンネルで本坑の両側から断層に取り付き、多数の先進ボーリングを行って水抜きを図った。また本坑では薬液注入を実施し、水抜きの効果と相まって掘削を再開したが、薬液注入範囲を過ぎると再び土砂の流出に見舞われた。
大月断層の破砕帯は26K550M付近までで、それを過ぎると寒天橋断層破砕帯に突入した。引き続き水を抜くことが基本的な対策で、水抜き用の迂回坑・地質調査坑の掘削と水抜きボーリングを実施した。工期が逼迫していることから、それまで2交代だった作業を変則4交代制にしてひたすら掘削に邁進することになった。山側側壁導坑の26K498Mより南側に分岐させた川側迂回坑では、引き続き多数の分岐迂回坑を建設して水抜きを図り、分岐してから350メートルほどで地質が変化したことから、寒天橋断層から次の五助橋断層に入ったと判断された。
新大阪側でも1969年(昭和44年)9月9日に着手し、1970年(昭和45年)1月30日に導坑掘削が完成した。そして10月2日に芦屋工区と鶴甲工区の間が貫通し、これで六甲トンネルの全区間が貫通した。
導坑掘削と並行して上部半断面掘削、下部半断面掘削、側壁コンクリートの打設、下水掘削、下水コンクリートの打設と様々な工事が競合して行われた。軌道工事の工期が決定されているため、トンネル工事史上稀にみる大突貫工事を余儀なくされ、1日400人の労働者を投入することになった。
芦屋工区の工期は遅延する一方で、そのままでは開業に影響を及ぼしかねない状況であった。芦屋斜坑から岡山側へは2,326メートルの工区長さがあり、斜坑からコンクリートを運搬していると掘削やずりだしと競合して工期短縮が困難であると判断された。そこで住吉川流域から立坑を建設してコンクリート投入口とすることにした。坑内から横に160メートルの横坑を掘削し、また地上からボーリングで深さ180メートルの立坑を建設してコンクリート投入管と通信管を設けた。1971年(昭和46年)1月21日に完成し、これにより斜坑と立坑の両方からコンクリートを搬入して打設作業を突貫工事で行い、工期を挽回した。
1971年(昭和46年)7月31日に芦屋工区は竣工した。工区の工費は29億3600万円であった。
こうした破砕帯であっても水がなければ掘削は容易であるため、地下水を絞り出す対策を取ることになった。まず斜坑の両側に地質調査坑を掘削して、そちらからも水抜きを図った。地質調査坑は、斜坑と同じ勾配で下れば効率が良いが、突発的出水の際に危険となることから、水平に掘削して斜坑と位置が離れてくると再び斜坑から新しい地質調査坑を分岐させる方法を取った。またボーリングを実施してそこから水を抜く、水抜きボーリングも実施した。しかし粘性土のある場所ではボーリング穴の直近の地下水しか絞り出すことができず、また穴を開けて時間が経つと穴が閉塞して水が出なくなる傾向にあった。そしてこのボーリング穴から薬液の注入も実施して、止水と地盤強化を図った。
3月10日から崩壊区間の再掘削を開始したが、272.6メートル付近まで到達した3月28日に再び1分間に3トンの出水が起きた。そこで再度の薬液注入を行うとともにもう1本の地質調査坑を掘削して水抜きを行い、4月21日から斜坑を再掘削して今度は湧水が見られず、5月8日に290メートルまで到達して破砕帯を突破した。
その後も斜坑では湧水と土砂の流出に苦しめられながら掘削し、特に状態が悪い場所では全断面掘削を止めて頂設導坑を先進させるようにした。7月23日になり、斜坑末端の水平区間に入ったが、再び湧水が増大して地質調査坑の掘削を行った。着工から13か月を要して9月5日にようやく本坑に到達した。
本坑到達後、坑底設備を建設し、1968年(昭和43年)9月18日に新大阪方面へ本坑の導坑を掘削開始した。以降、斜坑掘削での遅れを取り戻すべく、鋭意掘削を進めていった。