関門トンネル (山陽本線)

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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2023/11/25 07:07 UTC 版)

現状の施設・設備

関門トンネル下関方坑口にて上り線トンネルに下り列車が進入する様子。保守作業のために単線運転となり逆行で使用することがある

関門トンネルの下り線トンネルは全長3,614.04メートル、上り線トンネルは全長3,604.63メートルである^[4]。海底部の延長は上下線とも1,140メートルある^[509]。また本線トンネルよりやや深い場所に、下関方と門司方の立坑の間を結ぶ全長1,322メートルの試掘坑道（通称豆トンネル）が存在し、トンネル完成後は作業用のトンネルとして使用されている^[509]。平均土被りは約11メートルあるが、建設時に粘土被覆を行った箇所では最小9.5メートルとなっている^[510]。

下関方の試掘立坑は彦島の東端の弟子待にあり、JR九州の保守作業用の出入口として使用されている^[511]。ただし、こちらの立坑にはエレベーターの設備がない^[512]。また下関方取付部の建設に際して杉田斜坑が建設されたが、完成後に埋め戻されている^[213]。

門司方の試掘立坑は、国道199号の脇に所在し、昇降機の櫓が設置されており、エレベーターの使える唯一の立坑として、関門トンネルの機能を維持するための重要な施設として使われ続けている^[512]。また鹿児島本線小森江駅東側の駐車場には、立坑にコンクリートで蓋をした構造物が2か所残されている^[513]。北側にある矩形の立坑にかまぼこ形の蓋がしてあるものが下り線トンネル用の門司方立坑で、ここから下り線の海底部を掘削したシールドマシンが搬入されて発進した^[513]。南側の丸い蓋がなされている立坑が上り線トンネル用の門司方第一立坑で、圧気工法の発進拠点として用いられた^[513]。上り線トンネル用の門司方第二立坑は、試掘立坑の近くに所在したが、撤去されて残存していない^[513]。

完成当初、下り線トンネル内のレールは、テルミット溶接により連続敷設されていた^[294]。しかし摩耗が激しく溶接部の破断事故もあったため、上り線の開通時に通常の25メートルレールに交換された^[395]。2006年（平成18年）時点では、1メートルあたりの重量が60キログラムである60キロレールで、全長100メートルのものを使用している^[510]。海水が混入した漏水が排水溝を流れており、また湿度が90パーセントに達する条件のため、レールの腐食が早く通常の5分の1程度の交換周期でレールの交換を行っている^[514]。道床は、トンネル中央部がコンクリート道床、トンネル出入り口から下り線は約250メートル、上り線は約400メートルがバラスト道床になっている^[515]。枕木は、バラスト道床部は通常の並マクラギであるが、コンクリート道床部では関門型特殊短マクラギを採用している^[510]。下り線では25メートルあたり41本、上り線では25メートルあたり45本の枕木を敷設しており、この敷設密度の差は「下り線の成績により密にした」と記録があるだけで、理由は明らかではない^[516]。また締結装置も、関門型特殊レール締結装置を採用している^[510]。この締結装置は、一般型のタイプレートでは摩耗・腐食・折損が著しかったために改良に取り組み、1955年（昭和30年）ころからタイプレートに直接荷重をかけずに枕木に分散させる仕組みのものが開発されたものである^[516]。

関門トンネルを走行する列車への電力供給用に、下関変電所と門司変電所が設置されている^[164]。遠隔制御技術が発達する昭和30年代までは、機器の運転や記録作成のために変電所への運転員の常駐が必要で、これらの変電所は1変電所が1変電区となり、下関変電区・門司変電区として区長以下約20名の職員が配置されて交代制で勤務を行っていた^[517]。開通当初は出力2,000キロワットの水銀整流器をそれぞれ2台ずつ備えており、1944年（昭和19年）5月にそれぞれ1台ずつさらに増設された^[517]。第二次世界大戦末期には、空襲を受けて変電設備が被災することに備えて、彦島に出力4,000キロワットの地下変電所が用意され、終戦後まもなく約20日間だけ実際に運転されたことがあったが、廃止されて設備は従来の変電所に復元された^[430]。第二次世界大戦後は負荷の低下により、1949年（昭和24年）に水銀整流器を1台ずつ東海道本線の電化用に供出している^[429]。1957年（昭和32年）に容量を増強したあと、1961年（昭和36年）6月の山陽本線小郡 - 下関電化と九州島内の交流電化に際して、下関変電所は水銀整流器2台をシリコン整流器に換装し出力増強が実施されて関門トンネル内の大部分の負荷を担うほか、山陽本線側の負荷も担うようになった一方で、門司変電所は直流設備を一部縮小したうえで交流用の変電設備が設置され、以降の門司変電所は関門トンネルに関しては下り線の門司方上り勾配のピーク電力のみを負担するように運用されるようになった^[518]。1961年（昭和36年）12月に両変電所とも無人化された^[517]。下関変電所は彦島の関門トンネル入り口近くに、門司変電所は門司駅構内に位置し、いずれもJR九州博多電力指令から遠隔操作されている^[519]。

関門トンネル内の架線は、下り線開業時はシンプルカテナリ式を採用していた^[520]。しかし開通後予想以上に摩耗が激しかったことや、漏水による碍子の劣化を考慮し、上り線開通時には支持碍子を変更しダブルシンプルカテナリ式を採用した^[520]。上り線開通後、約1か月下り線トンネルの通行を休止して、下り線の架線も同じ仕様に改修した^[521]。トンネル内では、特殊碍子を一部で使用することで、大型貨物の輸送に対応するために架線の高さ4,550ミリメートルを確保している^[522]。トンネル内は列車通過による強風で塵埃^{[注 58]}が巻き上げられて碍子に付着することから、絶縁劣化が激しく、表面にシリコンコンパウンド^{[注 59]}を塗布するといった対策を行っている^[525]。また開業時は架線の引き留めはトンネル内では行わず、両側の出入口から1本で引っ張る構造であったが、饋電吊架線の緩みの調整が難しいという問題があり、1963年（昭和38年）に約500メートルごとに8区分した構造に改造された^[525]。

下関駅と門司駅の間は複線ではあるが、信号方式としては単線自動閉塞が2本並んでいる^[526]双単線である。下り線・上り線とも、駅間に5基の閉塞信号機が下り・上りの双方に向けて建てられている^[526]。これは、改修作業などで1本ずつトンネルを閉鎖して運転することができるようにしたもので、実際に毎月指定された日の保守作業時間帯（2013年時点では12時ごろから15時30分ごろ）には単線運転をして保守作業を行っている^[526]。

トンネルの維持管理のために、おおむね1、2年に1度の坑内調査（外観目視調査、変状調査^{[注 60]}、打音調査^{[注 61]}、トンネル断面測定）、年に3回の漏水量調査、年に1回の関門航路の深浅測量（海の深さの測量）によるトンネル土被り調査、そしておおむね10年ごとの覆工コンクリート^{[注 62]}のコア採取^{[注 63]}による各種試験が実施されている^[531]。漏水量は、完成からまもない1944年（昭和19年）では1,743立方メートル/日あったが、1952年（昭和27年）には2,274立方メートル/日まで増加したあと、2007年（平成19年）には450立方メートル/日程度まで減少している^[532]。これは、地下水位以下に建設されたトンネルとしてはかなり少ないもので、非常に丁寧に施工された結果であると推定されている^[532]。また上り線の方が下り線より漏水量が少なく、先に開通した下り線の結果を受けて上り線では入念な対策が取られた結果だと考えられている^[531]。漏水量の減少は、漏水防止処置が進んだことと、下関側で地上の宅地化が進んだ結果であると推定されている^[533]。湧水中に含まれる海水の量は、1991年（平成3年）時点の調査では、総湧水量が800トン/日程度のうち10パーセント程度の約80トン/日程度であった^[533]。海底トンネルにおいて、コンクリート構造物の管理上問題となるのは、海水からの塩化物イオンの侵入による鉄筋の腐食と硫酸塩によるコンクリートの化学的腐食であるが、2009年（平成21年）までの時点では特に大きな変状はなく、コンクリートの圧縮強度にも低下は見られていない^[532]。トンネルは全体として健全な状態にあり、覆工に大規模な補修・補強対策を施す必要性は認められていない^[514]。なお、1993年（平成5年）時点で関門トンネルの施設修繕費用は年1億円程度とされている^[516]。

脚注

注釈

^ 「土かぶり」（どかぶり）ともいい、トンネルや管路の上の土の深さを示す。これが深いと工事費が増大し、浅ければトンネルや管路の構造が不安定になる恐れがある^[6]^[7]。
^ トンネル工事において坑道の先端部のこと^[51]。
^ 含水軟弱層のように湧水のある地盤にトンネルを掘削する場合、切羽^{[注 2]}の近くに隔壁を設け圧縮空気を送入して、湧水圧と等しくなるまで空気圧を上げ掘削する「圧気工法」という方法がある^[52]。
^ 内閣の各省の会議。またはその議決事項^[54]。
^ 地震探査、弾性波探査ともいう。非破壊検査方法のひとつで、地下で伝わる弾性波が、物性が異なる境界面で屈折や反射が起こる現象を利用している。具体的には、地表付近や海面付近の水中で人工的な衝撃波を起こして、反射波の到達時間を各所で計測して地下の地層構造を調査する^[68]。
^ 輝緑凝灰岩（きろくぎょうがいがん）は玄武岩質（苦鉄質）の火山噴出物（古い時代の玄武岩、塩基性火成岩あるいは凝灰岩）が多少変質したもの。古い時代の地層でよく見られ、シャールスタインともよばれる^[69]。
^ 黒雲母と石英を主成分とする結晶片岩。泥質の岩石が地中深くで変成作用を受けて生成したもので、雲母片が一定方向に配列しているため、はがれやすい^[71]。
^ 貫入（かんにゅう）とは、地下深所のマグマが、岩石の割目や、地層中に押し入って冷え固まること^[72]。
^ 第三紀層は、日本列島のかなりの部分が海の底だった新生代の第三紀に堆積した地層のこと。川が運んだ泥や砂、火山灰などが海底に堆積して、積礫岩、砂岩、泥岩の互層でできている。半固結堆積岩に分類され、もろくて粘土化しやすい性質がある^[76]。
^ トンネル工事における被覆とは、掘削後の坑道内の土砂や岩石面の崩落や出水を防ぐために、コンクリートなどの材料で覆い被せて固めることで、その工事を覆工という。坑道の外殻構造を兼ねる場合もある。
^ 普通工法は、火薬で爆破し、あるいは掘削してトンネルを掘って、天井や壁面を仮の支柱で支えて、その後恒久的なコンクリートの覆工を行う工法である^[78]。
^ 圧気工法は、トンネルや立坑に圧縮空気を送り込んで、その圧力で湧水を排除しながら掘削を進める工法である^[79]。
^ 電気運転は、路線を電化して外部から電力を供給して列車を運転すること、煤煙や排気ガスを出さないという利点がある^[81]。
^ 地表とトンネル（坑道）を結ぶために垂直に設けた坑道^[85]。
^ 開削工法は、地上から地面を掘削して、その中にトンネルを構築してから上部を埋め戻す工法である^[86]。
^ 隅田川河口の霊岩島に設けた量水標で観測した平均潮位のこと^[90]。
^ 馬蹄形断面は、トンネルの断面形状が内面高さと有効幅が同じ逆U形の断面よりも下部が狭まっている、馬の蹄鉄形の断面形状で、側面もアーチ状構造のため外圧を受ける構造強度効率が高い。「普通工法区間の断面図」を参照のこと。
^ 起拱線（ききょうせん）はスプリングラインとも呼び、トンネル断面の上半部のアーチの始まる線を指す^[92]。
^ 雇い入れた技術者は、工事誌『関門隧道』p.25ではノルウェー人であるとしているが、『関門とんねる物語』p.32ではスウェーデン人としている。『海底死闘六年関門トンネル』pp.24 - 25では、スウェーデン人にボーリング技術を習ったのは丹那トンネルの工事の時であるとしている。
^ 掘削の際に使用した仮設構造物や機材を回収せずにそのまま埋めてしまうこと^[134]。
^ ここでいう尾部とは、岩盤を削る切削面とは反対側の筒の部分のこと。
^ 盛り土や堆積土に対する対義語。もとからある自然の地盤のこと^[146]。
^ 特別高圧とは、7000ボルトを超える高電圧のことで、送電線は発電所から変電所へ電力を送る電線路のことである。電気設備技術基準で定義されている。
^ 工事誌『関門隧道』p.181では、1937年（昭和12年）10月に竣功としているが、p.622では1938年（昭和13年）6月5日に竣功としている。p.184では、立坑底部まで1937年9月30日に掘削完了とする一方、立坑底部のポンプ室の工事などは1938年7月までかかったと記載されている。
^ 「個」は流水量の単位で、1秒間に1立方尺（約27.83リットル）に当たる^[205]。
^ 下り線下関方立坑の深さについて、工事誌『関門隧道』p.207では52メートルとしているが、p.178では試掘立坑との位置関係を示す図を掲載した上で深さ39.5メートルとしている。「関門トンネルの立坑を見る(1)」でも深さ約40メートルとしている。
^ トンネル全体に先立って掘削する導坑のうち、トンネル断面の下部中央付近に設けるもの^[214]。
^ 鋼矢板、シートパイルともいう。土木建築材料のひとつで、長い板状の折り曲げ鋼板を、地面対して連続して垂直に深く打ち込んで、土留め壁あるいは止水壁とし、掘削工事を行ったときの土砂崩壊を防ぐ目的で使用する^[232]。
^ 下り線門司方立坑は、その中心が511K870Mにあり^[229]、立坑外形の長さ方向は11メートルあるので^[242]、立坑の終点方のキロ程が511K875M50となる^[243]。「関門トンネル区間別採用工法」に記したように立坑中心で区間を区切るなら、圧気工法の区間の延長は5メートル50が加算されて146メートル50となる。
^ 水の勢いを弱めるために水中に投入される石^[252]。
^ 線形管理上、シールドマシンによる掘進腺が設計計画腺から外れてしまうことを蛇行といい、掘削計画の見直しをかけてシールドマシンを蛇行修正することで許容できる垂直・水平偏差の限界値が蛇行限界となる^[270]。
^ 粘土などの軟弱な地層ではなく、岩石や土砂が堅く締まって掘削時に抵抗があるような密度の高い地層ということ。
^ 圧気工法でトンネルを建設する際に、坑内の圧縮空気が地山を破壊せずに漏れること^[277]。
^ 捨て粘土は、地ならしのために粘土を充てる工事のこと言い表すいわゆる業界用語で、コンクリートを用いた類似用語に捨てコンがある。ここでの場合は、掘削推進先の土被り高さを確保する目的で、船体が引きずられて出来てしまった海底の溝に向かって大量の粘土を播いて被覆する工事のこと。
^ 粘土などが混ざらず、貝類の死骸が堆積してほぼ貝殻のみで出来上がった地層で、純貝層ともいう。「貝層」を参照。
^ 貫通発破は、トンネルの坑道を貫通させるために行う発破のこと。発破とは、坑道掘進の切羽面に数本のダイナマイトを特殊な配置で仕掛けて爆薬を点火し、岩盤を吹き飛ばして破壊すること^[290]。
^ 現在の北九州貨物ターミナル駅の位置にかつて所在した、九州の貨物輸送の玄関口を担う、日本国有鉄道時代の貨物列車の操車場。
^ 停車場間の単線区間を複数の閉塞区間として区分し、各閉塞区間の入り口に列車の進入を許可する閉塞信号機を設けて、列車が通過することによって自動的に線路の閉塞と信号の制御を行う方式。「閉塞 (鉄道)#自動閉塞式」を参照。
^ 戦時の海上輸送力の減少に対応して、鉄道輸送力の増強を図るための体制、1942年（昭和17年）10月6日閣議決定^[316]。
^ アジア諸国の勢いを盛んにすること^[317]。
^ この額は、下り線トンネルと試掘坑道の工費の合計である^[323]
^ コンクリート混和場は、建設現場内で砂利・砂・セメント・水・混和剤を混合攪拌（混和）して生コンクリートを製造する現場練りコンクリート製造所のこと。
^ 頂設導坑式（ちょうせつどうこうしき）は、施工断面分割方式による導坑（どうこう）先進工法の1種で、本坑の全断面積を一度に掘削するのではなく、本抗掘削前に先行する導坑として、本抗頂部を小断面で掘り進めた後、側面や底面へ掘り広げるトンネルの掘削工法である。日本で発達した掘削工法であることから、別名で日本式ともよばれる^[368]^[369]。
^ 1か所に多くの作業員が入って同時進行で様々な作業が行われており、作業場内が大変混み合っているようす。
^ 便利な交通手段が提供されることによって、需要そのものが増大すること。交通経済学を参照。
^ 輸送しきれずに溜まっている貨物のこと^[400]。
^ 重量を軽減するために、内面をくりぬいた形状としたセグメント^[410]。
^ 東山線の池下駅 - 覚王山駅間にある1963年完成のトンネル^[412]。
^ アルミニウムの耐食性を損なうことなく、マグネシウム、ケイ素などの合金元素を添加して、強度を改善した合金^[423]。
^ 平面操車場は、平面で入換え機関車による突き放し作業によって貨車の仕分けを行う操車場。貨車を連結器を切って分解した分解回数だけ、繰り返し機関車で推進運転により引上線に貨車を据え付けて仕分けをする。分解に長時間を要するが、建設費が安い^[425]。
^ ハンプ式操車場は、押上線と仕分け線との間に設けたハンプとよばれる高さ2 - 5メートルの小山から、自然転走によって仕分けを行う操車場。押上線に据え付けた貨車列を入換え機関車によってハンプに押し上げ、貨車の連結器を切って、貨車をハンプ上から仕分け線へ自然転走させる。平面式よりも仕分け作業の所要時分が短く能率的であることから、大規模な操車場で採用されている^[425]。
^ 架空送電線は、発電所から変電所へ電力を送るため、送電鉄塔のアームに高電圧の電線（導体）を碍子で吊り下げて、空中に架線する方式の電線路のこと^[433]。
^ ヒュー・ケイシーは、『関門とんねる物語』p.205では中将とされているが、バーチャル国際典拠ファイルによると最終階級はMajor General（少将）である^[437]。
^ 列車走行によってレールに流れる電流
^ 第327列車の下関発時刻は、当時の新聞では定刻から3分遅れの10時57分としている一方、1972年に国鉄九州総局が発行したリーフレットでは11時24分としている。しかし11時24分発では、トンネル通過中に濁流に遭遇してしまい、つじつまが合わないと指摘されている^[446]。
^ 水や空気を吸い込むためのホース^[461]。
^ 同一の場所（列車）に対して複数の変電所から同時に送電すること^[469]。
^ 空気中に浮遊している、土砂などに由来する非常にきめ細かな塵（ちり）や埃（ほこり）のこと^[523]。
^ シリコンオイルコンパウンドともいい、シリコンオイルを基油にしてシリカ微粉末などを配合したグリース状のもので、電気絶縁性、耐アーク性に優れ、塩分や塵埃付着などによる碍子の絶縁低下を防ぐため、碍子表面のコーティングに塗布するものがある^[524]。
^ コンクリート構造物の状態が、建設初期の状態から劣化、損傷などコンクリート表面に異常が発生した状態を調べる調査^[527]。
^ テストハンマーや打診棒で、コンクリート構造物を直接叩いてみたときの音質で、コンクリート表面近傍の浮き、剥離、空洞の有無などの異常を検知する調査方法^[528]。
^ トンネル掘削後に、最終的にトンネル内部を覆うために現場打ち（覆工）されたコンクリートのこと^[529]。
^ コンクリートの各種試験のために、コアと呼ばれる試料を採取すること^[530]。
^ スリ板はパンタグラフ（集電装置）において架線と直接摺動（しゅうどう）して電力を受け取る部分^[537]。スリ板受けはそれを支えている部材。
^ 引張力（ひっぱりりょく）は、一般的な解釈では物を引っ張る力のこと。ただし、物理学では物体を垂直方向に上下で引っ張りあうときに働く垂直応力のこと^[542]。
^ 列車の耐寒装備には耐寒ブレーキ・半自動ドアなどがあり、耐雪装備には台車付近のスカート（排雪器）につくスノープラウ（雪かき）、耐雪ブレーキなどがある^[543]。
^ 避難誘導のためにトンネル内の位置を示した標識。
^ トンネル内の湧水に含まれる汚物やごみを沈殿させて除去し、上澄みの水を放流するための設備^[497]。
^ 77歳のお祝い。