関門トンネル (山陽本線)
7輪環程度の進行が得られるようになった。立坑のデリッククレーンによるズリ搬出・資材搬入によって進行速度が制約されるようになったことから、9月に入り坑内に圧気作業を区切る第1隔壁を構築する作業を開始し、立坑はエレベーターに改築することになった。
第1隔壁の構築完了後、一時的にシールド作業を中止して、第1隔壁より立坑側を排気し、立坑仮蓋を撤去してエレベーターの設置工事を行った。1940年(昭和15年)1月15日に整備作業が完了してシールド工事が再開された。エレベーターの整備が完了したことにより、搬出入作業にはほとんど制約を受けることがなくなり、これ以降の作業の進行はほぼ掘削作業に左右されることになった。以降は1日平均2.87輪環の進捗を記録するようになった。これは、1日3交代制で各交代ごとに1輪環進行する作業を1週間継続し、そのうち1交代分だけ作業を停止するのに相当する進行度である。湧水量は少なく、気圧を12ポンド重毎平方インチ(約8万2,000パスカル=約0.82気圧)まで下げても問題がなかった。海岸が近づいてきて次第に湧水が増えてきたため、次第に気圧を増加させたが23ポンド重毎平方インチ(約15万8,600パスカル=約1.57気圧)程度で順調に進行することができた。1940年(昭和15年)7月19日、シールドが立坑から460メートルに達して海底下30メートル程度まで進行した時点で、おおむね海岸線の位置に第2隔壁の構築を始め、8月31日から掘削を再開した。
1945年(昭和20年)2月1日、石炭を満載した貨物列車が上り線トンネルの上り勾配で立ち往生し、再度の発進に失敗したためトンネル内に退行したところ、連絡不足と安全確認の不徹底のため、閉塞信号により停車中だった後続列車と衝突する事故があった。
第二次世界大戦末期に九州の電力事情が逼迫したため、中国地方から電力の送電を図ることになり、下関立坑と門司第2立坑の間の上り線トンネル内に、日本発送電の彦島変電所と新大里変電所を結ぶ22キロボルト特別高圧送電線1回線が敷設された。しかしこの回線はまもなく、12月に110キロボルト関門幹線(関門海峡を横断する架空送電線)に置き換えられ、撤去された。
終戦直前には交通の重要施設として、本土決戦に備えて北九州高射隊の13ミリ高射機関砲4門、将校1、下士官1、兵12が関門トンネルの防衛用に配置された。一方の連合国軍は関門トンネルの破壊作戦を立案していた。1945年(昭和20年)7月31日には、沖縄の基地を離陸したアメリカ陸軍のB-24爆撃機の編隊が、下関方のトンネル入口と橋梁を爆撃する作戦を実行しようとしたが、悪天候のために中止された。1945年(昭和20年)8月5日付のアメリカ陸軍太平洋軍司令官から極東航空軍あての電文では、関門トンネルに対する爆破計画が指示されていた。これは日本船に偽装した航空機救助船4隻に各25トンの爆薬を積んで送り込み、トンネル付近に沈めてリモコンで爆破するという作戦であった。第二次世界大戦後、日本に進駐した連合国軍の中で工兵のヒュー・ジョン・ケイシー少将が、進駐直後に国鉄の現状を把握するために、当時の停車場課長立花次郎を呼び出して最初に質問したのが「関門トンネルは無事か」というもので、立花は「もちろん無事であります。
下り線トンネルを建設した際には、下り線下関方立坑から掘削した切羽以外は、試掘坑道から斜坑で取りついて掘削を行った。このため、多くの掘削箇所に対しては試掘坑道の立坑から取りつかねばならず、試掘坑道立坑のエレベーターの能力によって作業の進捗が制約された一方、本坑の立坑ではエレベーターの能力を十分生かすことができなかった。このため、上り線トンネルにおいては本坑立坑のエレベーター2台のうち、1台分については上り線トンネルより深くまで掘り下げて試掘坑道まで連絡できるようにして、試掘坑道への運搬能力を強化することにした。
下り線工事の際に設置した坑外設備をできるだけ流用するために、下り線立坑になるべく近い、510K275M50の位置に上り線立坑を建設した。深さは上り線トンネルまで43.66メートル、試掘坑道までは55.06メートルあり、内径は本トンネルまで7メートル、その先試掘坑道までは2.7メートル×5.25メートルの矩形とした。上部から掘削と覆工を繰り返しながら掘り下げていったが、10メートルほどまで掘り下げた時点で下関方取付部の底設導坑が立坑下部に到達し、10センチメートル径の穴を穿って湧水を底設導坑に流し込むようにした。その後、下関方取付部の崩壊事故により作業員が閉じ込められる事件があったが、この穴を利用して食品を送り込むことができた。また救助作業のために試掘坑道から切り上がる形で本トンネル底設導坑に取りついた穴を利用して、上り線立坑の試掘坑道までの延長を完成させた。上り線立坑は1940年(昭和15年)8月15日に着工したものの、下り線工事に全力を投入した結果労働力が不足し、計3回に渡りのべ13か月半作業中断期間があり、竣功は1942年(昭和17年)6月30日となった。
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。
シールド工法部は、門司方の立坑である511K870M地点から海底部へ向けて発進し、当初は511K100M付近までの770メートルを掘削する予定であったが、実際には725.8メートルを掘削した。
シールド工法に圧気工法を組み合わせる場合、トンネル直径と同じ程度の土被りを確保することが最低限必要であるとされ、実際にトンネルルートはこの条件を満たしていた。しかし土圧がアンバランスにかかるのを防ぎ、土被りの余裕を確保するために、土被りがもっとも少ない海底部には粘土と捨石を投入する粘土被覆(クレインブランケット、海底を粘土で覆うこと)を施工する方針とした。1938年(昭和13年)10月から1940年(昭和15年)1月までかけて、土被りが薄い全長約240メートル区間にわたり、試掘坑道中心から左右それぞれ35メートルの幅に、粘土を約7万立方メートル、捨石を約4万5,000立方メートル投入し、最大4.7メートルの厚さの被覆を行って、土被りとして最低10メートルを確保した。
シールドマシンは、立坑内に組立台を設置してその上で組み立て、その後ろには5輪環(5リング)分の環片をあらかじめ組み立てて、これを利用してシールドジャッキの推進力を立坑に伝えるようにした。組立に2か月、装備品の設置に3か月、推進ジャッキ類の設置に半月、推進準備に半月と、実際に推進できるようになるまで約6か月を要した。装備に3か月かかったのは、山留ジャッキや環片組立機の納入遅れに加えて、こうした作業に不慣れであったことによる。
上り線では、門司方の立坑を2か所建設した。門司方第一立坑は圧気工法の起点とするもので511K900M地点に、門司方第二立坑はシールド工法の起点とするもので511K550M地点に、それぞれ建設した。
第一立坑は潜函工法(ニューマチックケーソン工法)で施工され、地表から6メートルまでは素掘りして、以降蓋と気閘を設置して圧気を掛けて掘削を進めた。掘削は非常に容易で、1942年(昭和17年)3月15日に着工、5月15日に圧気を開始し、7月17日に竣功した。
第二立坑はシールドマシンの組立を行う場所であり、かつ圧気工法の終点となる。圧気工法で建設したトンネルの末端でシールドマシンを組み立てられる大きさに断面を広げる工事を行うのは難しく工期も長いことから、シールドマシンの組立のための立坑を建設することになった。シールドマシンを組み立てられる断面で潜函工法や井筒工法を用いることは不経済であったため、立坑の建設には圧気工法を使用することになった。上部6.5メートルをまず素掘りで掘削し、圧気工法のための蓋を設けて気閘を設置した。以降は圧気をかけて、湧水もほとんどなく順調に掘削を進めた。1942年(昭和17年)4月13日に着工し、7月1日に圧気を開始し、7月22日に竣功した。これ以降に、立坑下部にシールド組立室と、圧気工法区間の終点となる気閘と隔壁を備えた部分を建設した。
掘削の再開まで約2か月、完了までに約4か月の合わせて約6か月ほどかかる見込みとなり、時間がかかる見込みとなったため、第二立坑まで圧気工法での掘削が到達してからシールド工法を開始するのではなく、第二立坑から独自にシールド工法での工事を先行させることになった。
第一立坑との間を埋め戻した1号潜函側からの掘削現場では、中央導坑周辺の掘削を進め、1号潜函と2号潜函の間の壁を破って連絡する工事を進めた。そして第一立坑が再度圧気された際に気圧を合わせて第一立坑との間の接続工事を行った。
一方第一立坑から崩壊区間の掘削は、気圧を下げて頂設導坑式で慎重に進め、当初懸念していた再度の沈下や漏気はほとんどなく、予想していたよりも早く崩壊区間を通過することができた。第一立坑から100メートルほどまで前進したところで、水平部に気閘を新たに設置して第一立坑の排気を行った。以降は順調に掘削を進め、第二立坑側から逆に掘削した部分にも気閘を設置して圧気を行ったうえで、1943年(昭和18年)11月25日に貫通した。1944年(昭和19年)2月4日に覆工が完了し、2月11日に排気された。
圧気工法区間は1942年(昭和17年)4月1日着工、1944年(昭和19年)4月30日竣功となった。
9メートル)、海面上の桁下高さは200フィート(約61.0メートル)で、橋の上には標準軌の鉄道複線、電車用の線路複線、さらに幅12フィート(約3.7メートル)の通路を2本設置する構造とされていた。活荷重についても、当時運行されていた機関車ではクーパーE30(軸重3万ポンド=約13.6トン)で充分であったが、クーパーE60(軸重6万ポンド=約27.2トン)を想定しさらに3割の余裕を見込んでいた。橋への取付は、本州側では一ノ宮駅(のちの新下関駅)の南700フィート(約213メートル)の地点で分岐して10パーミル勾配で全長2.5マイル(約4.0キロメートル)となり、九州側では大里駅(のちの門司駅)で分岐して10パーミル勾配で全長5マイル(約8.0キロメートル)と見込んでいた。総工費は2,142万6,118円と見積もられた。
これに対して岡野がまとめたトンネル案は、大瀬戸を通過するものであった。これは早鞆の瀬戸では水深が15尋(約27.4メートル)あるのに対して大瀬戸では8尋(約14.6メートル)であり、大瀬戸の方が水底トンネル掘削が容易であるという理由であった。路線は甲案と乙案の2案が選定され、いずれも下関駅の手前の山陽本線328マイル7チェーン(約528キロメートル)地点で分岐して彦島に、また彦島南端の田ノ首から南に対岸の新町に渡り、鹿児島本線の5マイル76チェーン(約9.6キロメートル)地点で合流して小倉駅に至る。甲案は乙案より水深が1尋(約1.
下り線の開通に際しては全国的なダイヤ改正を実施して、本州と九州をつなぐ輸送体制が整備され、戦時輸送力増強のためにスピードダウンしたとはいえ史上最高の列車設定キロとなった。しかし1943年(昭和18年)以降は旅客輸送力削減のダイヤ改正が繰り返され、1944年(昭和19年)に入ると深刻な船舶不足から海運の鉄道への転換が進められ、さらに輸送事情は逼迫していった。1945年(昭和20年)になると、全国的なダイヤ改正を実施することもできなくなり、地方ごとに場当たり的なダイヤの変更が繰り返され、空襲によって青函連絡船や関釜連絡船はほとんど運航不能となる事態となった。連合軍による機雷封鎖と潜水艦攻撃により関門海峡周辺の海上輸送は壊滅的な状態となっていたが(飢餓作戦)、もともと余裕を持って設計されていた関門トンネルは、貨物輸送を終戦まで継続することができた。関門トンネルは、戦争末期から直後にかけての深刻な船舶不足の時期に、国力の維持に多大な貢献をなした。
技術的には、当時トンネルの掘削中に壁面や天井を支える支保工は、松丸太と松板を組み合わせるのが常識であったが、関門トンネルの海底部では鋼製のアーチ支保工を採用し、きわめて慎重に掘削が行われた。鋼製アーチ支保工を本格的に採用して機械式で効率のいい掘削方法を使うようになったのは、日本では第二次世界大戦後のトンネルからであったが、日本で最初の採用は関門トンネルではないかとされている。