　シラストンネル


防空壕跡	新幹線薩摩田上トンネル工事

　シラスは昔から直立していても安定していると言われてきました（上田,1984）。手掘りしやすいこともあって、しばしば物置や貯蔵庫として壕が掘られて利用されていました。戦争中は、防空壕としてもたくさん掘られています。トンネルも江戸時代には貫(ぬき)といって、灌漑用水路のショートカットとして掘られましたが、崩落には悩まされました（「シラス文化」参照）。このように土被りが薄すぎると風化部分があるので崩壊しますし、一方、土被りが大きくて50m程度以上になると、地圧に耐えず安定性が著しく低下します。また、水に極端に弱いため、地下水面下では、しばしば崩壊します。そのため、鹿屋分水路トンネルでは、大変苦労しました（露木・他, 1988：林・他,1990）。したがって、国道3号線バイパス武岡トンネルを計画した際には、事前に長期間地下水の観測を行い、地下水面より上になるよう設計されました。
　このようにシラスにトンネルを掘ることは、問題が多いとして避けられてきましたが、1970年代になって、NATM（New Austrian Tunneling Method）工法が導入されて以来、シラス地帯でもトンネルが掘られるようになりました。もちろん、この場合も地下水位低下工法が併用されました。

　シラスの工学的特性

JSF分類	し　ら　す				溶結凝灰岩
JSF分類	極軟質しらす	軟質しらす	中硬質しらす	硬質しらす	溶結凝灰岩
指標硬度（mm）	20以下	20～25	25～30	30～33	33以上

　地質学的な定義は、他のページにあるので省きますが、工学的分類で一般的に使われているのは、土質工学会（現地盤工学会）の山中式硬度計を使用した硬さによる分類（JSF規格：M2-81）です。国土交通省では、下記のように、これに分かりやすい解説を付けています。

極軟質シラス	シラスが風化して粘性土化した風化シラスの中で特に軟らかいもので、含水比も高い。色は淡褐色あるいは淡紅色を呈し、シラス層の上層にあることが多い。
軟質シラス	風化シラスの中で風化の程度が淡いもので、やや細粒分が多くて軟らかく、灰白色ないし淡褐色を呈す。
中硬質シラス	普通シラスとも呼ばれ、一次シラスの代表的なもので、粗粒分に富み、やや硬く灰白色を呈す。植生の生育状況は劣る。
硬質シラス	硬シラス又は固結シラスとも呼ばれ、硬く締って暗灰色を呈し、粗粒分を多く含む。

　しかし、硬さだけが問題なのではありません。シラス地山が極めて小さな強度（q_u=20-100KN/m²程度）にも関わらず、土被り数10m程度の比較的高い応力下（地山強度比0.05程度）でも、切羽面や支保が比較的安定し、従来の弾性論では説明できなかった点がありました（多宝ほか,2012）。特殊土壌と言われてきた所以です。それは一つには、火砕流起源だと言うことに由来します。火山ガラスがインターロッキングしているからだとか、非溶結とは言え、多少は熱の影響で固着しているのだとか、いろいろ推測されてきました。また、硬岩と違って、不攪乱試料の採取が難しいのと、応力解放の影響が大きいことも、解析を困難にしてきました。つまり、室内力学試験だけでは、地山の力学特性を議論しにくいのです。
　シラストンネルの切羽では、硬岩の山ハネのような脆性的な崩落をします。そこで多宝ら（2012）は破壊前の変形係数の変化に着目し、応力依存剛性変化モデルを提案しました。すなわち、拘束圧に応じて全体の変形係数を変化させ、それに応じて応力を修正するのです。
　Dⁿ = f(σ_min^n-1)　：D…変形係数，σ_min…最小主応力（拘束圧）

　シラストンネル工法―新武岡トンネルの場合―

　新武岡トンネルは、国道3号線のバイパスとして1988年（昭和63年）に供用された武岡トンネルが渋滞が激しいため、平行して掘削された全長1,513mの長大超大断面トンネルです。本線とランプ部が合流する部分では、掘削断面積が378m²となり、日本一の掘削断面積だそうです。最近では掘削方法として、全断面工法によりインバート一次閉合を行うケースが増加していますが、シラスの超大断面では問題があるとして、側壁導坑先進工法が採用されました（多宝,2013）。実際、多宝（2013）の数値解析によれば、インバート一次閉合では、下半掘削時に、下半側壁部の地山が崩壊する可能性が高いと出たそうです。なお、新武岡トンネルは2013年（平成25年）に供用開始されました。

文献：

五反田信幸、緒方秀敏、多宝　徹、日向哲朗（2012）, シラス地盤に超大断面378㎡の地中分岐部を建設. トンネルと地下, Vol.43, No.3, p.15-25.
羽田忠彦・徳永康一（1987）, 住宅団地直下のシラス層をNATM で掘る指宿有料道路西陵トンネル. トンネルと地下，Vol. 18，No.12，p.33-42.
花野昭久（1960）, 万江川地区シラス地帯のトンネル施行法 (I) . 農業土木研究 , Vol.27, No.8, p.430-532.
林　重徳・山内豊聡・亀江幸二・松雪清人（1990）, しらす台地の地下水位下に貫通した「鹿屋分水路トンネル」. 土と基礎, Vol.38, No.8, p.13-18.
稲葉秀雄, 鈴木雅行, 多宝徹（1999）, シラス地山におけるトンネル掘削のための地下水低下工法の解析的検討. トンネル工学研究発表会論文・報告集, Vol.9, p.107-112.
北園　猛（）, シラス台地における超大断面トンネルの設計と施工～鹿児島東西道路　新武岡トンネル～
松本雄二・須長誠・大島洋志・加藤僚一（2000）, 地下水面下のシラス地山に透水性路盤を採用, 九州新幹線麦生田トンネル, トンネルと地下, Vol.31, No.8, p.7-14.
松本雄二・神笠自然・黒瀬信弘・井上　司（2000）, シラス盛土を新しい先受け工法で克服―九州新幹線　薩摩田上トンネル―. トンネルと地下, Vol.31, No.12, p.7-15.
大島洋志・松本雄二・市橋　学・柿原　宏（2001）, シラス地帯の新幹線路線計画とトンネル路盤の設計・施工. 応用地質, Vol., No., p..
(社)日本トンネル技術協会(1988): シラス地盤トンネルの施工法に関する調査研究報告書(日本鉄道建設公団委託), 164pp.
瀬戸口忠臣・高木　勇・永倉彰夫（1998）, 土かぶりの浅いシラス地帯を中壁式NATMで挑む―一般国道3号鹿児島バイパス武岡トンネル―. トンネルと地下, Vol.19, No.7, p.55-62.
多宝徹, 鈴木雅行, 菅原健太郎, 北村良介（2012）, しらす地山の特性に着目したトンネルの力学的研究. 土木学会論文集C（地圏工学）, Vol.68, No.2, p.321-340.
多寳　徹（2013）, しらす地山における山岳トンネルの設計・施工法に関する研究. 鹿児島大学学位論文, 178pp.
髙木章次・田中秀之進・緒方秀敏（2011）, 都市部のシラス台地におけるトンネル掘削. 九州技報, No.49, p..
武田幸博, 西山智夫, 藤本孝晴, 小川逸作, 松田康治（1999）, シラス地盤トンネルの設計・施工について. トンネル工学研究発表会論文・報告集, Vol.9, No., p.119-124.
鉄道・運輸機構九州新幹線建設局（2005）, 九州新幹線工事誌（新八代・西鹿児島間）, 294pp.
露木利貞・吉田三郎・羽田忠彦・松雪清人（1988）, しらす地盤地帯における地下水下のトンネル工事. 土と基礎, Vol.32, No.3, p.43-48.
上田通夫（1984）,シラスの力学的性状の解明と防災技術の研究. 上田通夫先生退官記念事業会, 302pp.
山内豊聡・歳田正夫・長野　実・高森彬文（1980）, しらす地盤のトンネル工法. 土木学会誌, Vol.65, 増刊, p.28-35.
国土交通省（1999）, シラス地帯の河川・道路土工指針(案)(改訂).
土質工学会（1981）, 土質工学会基準案「硬さによる地山しらすの判別分類基準，(ＪＳＦ規格：Ｍ2-81)」について. 土と基礎, Vol.29, No.4, p.45-48.
（）, . , Vol., No., p..
（）, . , Vol., No., p..
（）, . , Vol., No., p..

参考サイト

初出日：2016/1/26
更新日：2017/03/30