トンネルとは？定義・種類・掘削方法と世界の代表事例まとめ

トンネルの定義・種類・掘削方法をわかりやすく解説。採石法やカットアンドカバーの違い、費用や施工の特徴、チャンネルトンネル・ゴッタルド等の世界事例も網羅。

トンネルとは、地下の通路のことです。トンネルの中には、自動車の移動に使われるものもあれば、電車の移動に使われるものもあります。また、船の移動にトンネルが使われることもあります。トンネルの中には、通信ケーブルのために作られているものもあれば、電気ケーブルのために作られているものもあります。また、動物のために作られたトンネルもあります。

トンネルは軟らかい砂地から硬い岩盤まで、様々な種類の地盤で掘られています。掘る方法は、地面の種類によって選択されます。掘る方法には、採石場とカットアンドカバーの2つの方法があります。採石では、トンネルの道を水平に掘っていきます。このシステムでは、しっかりとした岩盤の中に深いトンネルを掘る必要があります。カットアンドカバーシステムでは、トンネルが地面に掘られ、その後、トンネルの上に屋根が建設されます。このシステムは、道路トンネルやインフラのように地面に近いトンネルに適しています。

トンネルの建設は、非常に高額な費用がかかる可能性がある大規模な土木事業です。長いトンネルの計画と建設には何年もかかるかもしれません。

フランスとイギリスの間にあるチャンネルトンネルは、世界で最も長いトンネルの一つです。その長さは50キロ。スイスでは、世界最長のトンネル「ゴッタルド基底トンネル」が掘られています。

トンネルの定義と主な用途

トンネルは地形や用途に応じて地下・海底・山岳部などでつくられる人工的な通路です。主な用途は以下の通りです：

• 交通用：道路トンネル、鉄道トンネル（都市地下鉄や高速鉄道）、船舶用の水路トンネルなど。
• インフラ類：上下水道、ガス管、電力・通信ケーブル等の敷設路。
• 防災・避難：避難通路や防空壕、地下施設の連絡通路。
• 生態保全：動物用のアンダーパスなど、道路と生態系をつなぐ目的。

トンネルの種類（構造や形態による分類）

• 単線（単孔）トンネル／複線（複数孔）トンネル
• 片側通行・双方向通行の道路トンネル
• 海底トンネル（沈下トンネル、推進工法、シールド等）
• 覆工（コンクリート等）を持つライニングトンネル／素掘り
• シールドトンネル（機械で掘削する一体構造）や開削（カットアンドカバー）など施工法別の分類

代表的な掘削方法（工法）

地盤条件や周囲環境、トンネルの長さ・深さに応じて複数の工法が選ばれます。代表的な工法は次の通りです。

• カットアンドカバー（開削工法）：地表を掘削してトンネル断面を作り、上部を覆って元に戻す方法。浅い地下の道路や上下水路で用いられます（本文で触れたカットアンドカバー）。
• シールド工法（TBM：トンネルボーリングマシン）：軟弱地盤や地下水位の高い場所で使われ、円形断面を連続して掘り進めながらセグメントを据え付けていきます。都市部の地下鉄や長大トンネルで多用。
• NATM（新オーストリアトンネル工法）：周辺地盤の変形を利用して仮設ライニングを設け、徐々に本設を整えていく工法。山岳トンネルなどで適用されます。
• ドリル＆ブラスト（発破）：硬い岩盤での掘削に適した方法で、掘削→爆破→掻き出し→整形の繰り返し。
• 推進工法・小口径シールド：道路下や河川直下などで、既存構造物に影響を与えずに小径管を推進する手法。通信管路や下水管で使われます。
• 地盤改良・凍結工法：軟弱地盤や地下水対策として地盤を固化したり、施工中に地盤を凍結させたりして安定化する手法。

設計上の重要ポイントと維持管理

• 換気：自動車トンネルでは排気ガス除去と熱管理のため強制換気が不可欠。鉄道や長大トンネルでも空気力学的対策が必要です。
• 排水と防水：地下水の浸入を防ぐ防水設計と、湧水を確実に排除する排水設備。
• 構造安全：ライニング（コンクリート、鉄筋等）の耐久性、地震対策、変形に対する余裕など。
• 防災設備：非常口、避難通路、消火設備、火災検知・監視システム、通信システム。
• 点検・補修：定期的な目視・計測点検、ライニングのひび割れや漏水の補修、換気・照明設備の点検。

環境影響と対策

トンネル建設は周辺地盤や地下水、地表の沈下、騒音・振動、生態系に影響を与える可能性があります。主な対策は以下の通りです：

• 施工時の遮音・低振動工法の採用
• 地下水変動をモニタリングして適切な排水・戻し水処理を行う
• 工事範囲の最小化や段階的な施工で影響を低減
• 生態回復措置（例えば動物の通行を確保する構造など）

世界と日本の代表事例

• チャンネルトンネル（英仏間）— フランスとイギリスの間を結ぶ海底トンネルで、全長はおよそ50 km。1994年に営業運転を開始し、鉄道輸送の海峡横断を実現しました。
• スイスのゴッタルド基底トンネル（Gotthard Base Tunnel）— 現在世界最長級の鉄道トンネル（約57 km）。2016年に開業し、アルプスの貨物・旅客輸送を大幅に短縮しました。
• 青函トンネル（日本）— 本州と北海道を結ぶ海底トンネルで、長さは約53.85 km。鉄道用として世界でも有数の長距離海底トンネルです。
• 関門トンネル（日本）— 本州と九州を結ぶ海底トンネル（鉄道・道路の例あり）。
• その他、都市部の大規模地下鉄トンネルや道路トンネル、港湾を横断する沈埋トンネルなど、世界各地に多様な事例があります。

計画から完成までの流れ（簡略）

• 事前調査（地盤・地下水・環境影響）
• 設計（断面、換気、排水、防災設計）
• 施工計画の策定（工法選定・スケジュール・安全管理）
• 掘削・覆工・設備設置
• 試験運転・検査・維持管理計画の確立

トンネルは都市や国をつなぐ重要なインフラですが、設計・施工・維持の各段階で高度な技術と慎重な管理が求められます。費用・期間・環境影響を総合的に検討して初めて、安全で長寿命なトンネルが実現します。

質問と回答

Q:トンネルは何に使うのですか?

Q:トンネルを掘る「切りばり工法」とは何ですか?

Q:フランスとイギリスを結ぶ英仏海峡トンネルの長さは?

Q:世界で一番長いトンネルの長さは?

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