技術士は歴史に学ぶ ～夢物語を夢のままで終わらせない～
開通当時、延長53.85kmという世界最長を誇った「青函トンネル」は、調査のための斜杭着工から24年もの歳月をかけて完成した。新たな技術を開発しながら、さまざまな困難を克服して完成したトンネルは、日本の20世紀遺産20選にも選ばれている。
日本の国土を一体化させた意義のあるものとして高い評価を得ているこのトンネルの完成にも、名もなき多くのエンジニアたちの活躍が隠されている。
「青函トンネル」というもの
1988（昭和63）年3月の「津軽海峡線」としての開業。さらに、2016（平成28）年3月には北海道新幹線が開通し、青函トンネルに新幹線が通ることとなった
青函トンネルを取り巻いていた厳しい環境
1983（昭和58）年1月、4度の異常出水を初めとする数々の苦難を克服し、着工以来19年の歳月を経て青函トンネルの先進導坑が貫通した。しかし、赤字に苦しむ国鉄は国鉄改革議論の真っ只中にあり、大プロジェクトの成功も手放しに喜べない状況だった。
しかし、1987年に国鉄は分割民営化する。その後の津軽海峡線と北海道新幹線の開通は、日本の国土を一体化したものとして、日本中を挙げての歓迎ムードに包まれることとなる。
本州と北海道をつなぐ架け橋として
青函トンネルが掘られている部分は、氷河期に本州と北海道を結んでいた山脈の鞍部にあたり、ナウマン象が行き来した道だといわれている。その太古の道筋を、エンジニアの手が復活させていく。
青函トンネル構想の歴史
1908（明治41）年、国によって開設された青森と函館を結ぶ航路が、青函連絡船の始まりと言われている。その後、壮大な大陸縦断超特急による陸路議論もなされたが、戦況の悪化がこれを阻んだ。
終戦後の1946（昭和21）年には、陸路による連絡手段について調査が開始された。しかし、トンネル建設の気運が盛り上がったのは、皮肉にも「洞爺丸事故」の発生であった。
洞爺丸事故
海峡部の地質調査を中心に進められていた1954（昭和29）年9月。襲来した台風15号によって、青函連絡船「洞爺丸」など5隻の青函連絡船が沈没し、1,400人以上が犠牲になる。
この大惨事は船舶事故としては、タイタニック号に次ぐ規模であった。そして、この事故を機に青函トンネルの計画が大きく進展していく。
一気に高まるトンネル建設への機運
事故を機に一気に機運が高まり、本州と北海道を結ぶトンネルに関し、掘削の実現可能性を探る調査が行われる。1964（昭和39）年には北海道側の、その2年後には本州側の竜飛でも調査斜坑掘削が開始された。
1971（昭和46）年4月には、津軽海峡線を工事線とする旨の通達が出され、将来的に新幹線を通す計画として本設工事に着手することになる。
開削ルートと海底地形
候補となった津軽半島を通る西ルートと下北半島を通る東ルートは、路線長もトンネル延長も大きな差はない。しかし、地形地質調査の結果、西ルートの水深は東ルートの半分の140mであった。
さらに、東ルートでは火山作用による非常に難しい地質の中を通らざるを得ないということが判明する。これらのことから、西ルートの採用が決定された。
延長53.85kmの世界最長となるトンネル計画
青函トンネルは、貨物列車や旅客列車、並びに新幹線を共に通すという特殊性から、R6,500mの最小曲線半径が採用された。
また、石炭鉱山安全規則と海底炭鉱での知見、さらには堆積岩層の地質性状などから、海面下240mの地点の通過、車両モーターの温度上昇等の負荷から最急勾配12‰が決定され、世界最長となるトンネル計画となった。
検討された断面形式
単線並列型と複線型で検討された断面形式に関しては、使用面と施工面、将来の揚水の経費など、さまざまな面での勘案が行われた。
また、これまでの施工実績から複線断面トンネルでも十分安全に施工は可能であるという結論が得られ、断面形式は複線型に決定された。
工事の順調なスタート
青函トンネルの建設では、「工期の短縮施工」「施工の安全性」「耐海水性」の3つが主要な課題として挙げられた。そして、海底部においては、先進導坑と作業坑によって本坑工事を支援する計画が立てられる。
先進導坑、作業坑では、掘削に先立ちトンネル両側から交互に先進ボーリングが実施された。それによって把握された地質や湧水等の情報を基に地盤注入が行われ、止水、補強された地山を掘削するというパターンが繰り返された。
3つの主要な課題への対応
本坑切羽が常に3箇所同時に稼働するよう掘削が進められたことと、斜坑、先進導坑、作業坑の有機的な連携や本坑の同時多切羽施工体制により、本坑海底部は13年間で掘削が完了された。
本坑掘削と4回の異常出水
しかし、建設工事は順調な掘削ばかり続いたわけではなく、斜坑、作業坑において4回の異常出水に遭遇した。
底下100メートルでの工事は、出水事故との戦いだった。事故の度に工事は中断し、排水作業に追われる。1976年5月には最大70t/分の大出水が発生し、その後方3,000mを超える区間が水没した。
海底部の生命線であるポンプ座が水没するという危機に直面したが、本坑掘削区間への導水や揚水ポンプの調達など、様々な方法を講じて何とかこの大出水事故を凌ぐことができた。
新たな技術の開発とエンジニアたちの活躍
この工事における幾多の困難を克服し成功に導いたのは、新たな技術の開発とあらゆる世代のエンジニアたちであった。
開発すべき技術と課題の解決
海底トンネル建設のために開発すべき技術を、当時の指導者は調査段階から的確に認識していた。そして、その課題の解決を、20歳代中心の若手技術者たちが実現させた。
地形地質調査、設計・施工から環境対策といった幅広い分野に置いて、高度な技術が実用化された。世界からも注目を集めることとなったこのような技術力が、青函トンネル造りを支えていたのだ。
海底での調査とエンジニアたち
1954（昭和29）年から翌年に行われた海上保安庁水路部による音響測探によって、詳細な海底地形図が出来あがっていた。これは、その後の地質調査やルートを詳細に検討する際のベースとなった。
さらに、海底部の地質調査では、表層地質の分布を把握する目的で、さまざまな調査が行われた。ひとつの調査だけではなく様々な探査方法を組み合わせることによって高い成果が得られているが、ここにも当時のエンジニアたちの地形地質に対する高い知見が見受けられる。
大きな課題であった測量精度の確保
青函トンネルには地球の曲率や光の屈折を考慮した測地測量が必要であり、多くの観測法が採用された。さらに、工事専用の座標系も独自に設けられた。
これらの測量技術を駆使し精度を高めていきながら施工を進めた結果、先進導坑貫通後の確認測量での出合差は、水平方向においても鉛直方向においても、ごくわずかな値となった。
水平先進ボーリング注入の新技術
先進導坑での水平先進ボーリングでは、当初はワイヤーライン工法が採用された。しかし、青函トンネルでの施工条件に合致したリバース工法の開発により、工事の効率化が図れた。
また、注入では、浸透性、早期強度、耐久性を重視した2液を注入孔直前で混合させる方法を採用した。さらに、大量の注入を高圧で行えるポンプの開発も行われた。
現代の技術に繋がる吹付コンクリート
西ドイツから輸入した吹付コンクリート機械は、水の混合も作業員が感覚で直接操作するなど、作業員の腕前に頼る方法であった。
それでも、吹付コンクリートの有効性に早くから着目し、施工実績を踏まえ改良を積み重ねた結果が、現在のNATMにつながったのである。
断層区間の掘削や先進的な計測と環境対策
強大な膨圧に苦労した区間では、円形断面スプリングサイロット工法が採用された。さらに、この工法で使用されるために開発された高強度モルタルは、現在のトンネル施工技術に繋がっている。
また、トンネル本体の工事着手以前から、先進的な計測が取り組まれた。1968（昭和43）年には、試験坑で吹付コンクリートのひずみ測定などが行われた。
さらに、環境対策としては、新しく開発された高pHの排水をCO2で中和する排水処理方法が初めて採用された。
トンネルの開通と開業・そして現在へ
様々な技術開発や工事関係者の努力と奮闘の末、1983（昭和58）年に先進導坑、1985（昭和60）年には本坑が貫通する。
津軽海峡線と北海道新幹線の開業
1988（昭和63）年、津軽海峡線が開業。それから28年を経た2016（平成28）年には、新青森～新函館北斗間の北海道新幹線が開業し、青函トンネルはその一部となる。
青函トンネルの利用者便益の内訳としては、貨物の便益が最も大きくなっている。しかし、トンネル開業前と比較すると、旅客便益と環境便益の拡大もしっかりと実感できている。
長年の観察・計測データの積み重ねによる維持管理
海底下・高水圧下のトンネルであることから、覆工コンクリート、吹付コンクリート、注入域の3つの健全性についてのモニタリングが継続して実施されている。
このように、施工中の段階から現在まで継続して実施している計測と分析の積み重ねが、世界初の長大海底トンネルの維持管理に大いに役立っている。
まとめ
様々な技術開発やエンジニアたちの努力と奮闘の末、開業した青函トンネル。「世紀のプロジェクト」ともいうべきこのトンネルにより、本州と北海道が1本のレールで結ばれることとなった。函館市議会議員の阿部覺治によって出版された「大函館論」に述べられた、ひとつの構想。ともすれば「夢物語」で終わるようなこのプロジェクトを完成に導けたのは、エンジニアたちの活躍であろう。鉄道建設魂をガソリンとして、必要な技術を開発するという意欲のエンジンを動かす。そんなエンジニアたちの姿が、そこにはあったのだ。
