まえがき 一般国道２３０号青葉トンネル (仮称 )は、

2000 年 3 月の有珠山噴火に伴い通行不能

となった国道 230 号の復旧ルートに新設

される延長 1,719ｍのトンネルである。 復旧ルートは、将来想定される噴火によ

る被害を受けないエリアに計画された。そ

れにより、洞爺湖水を導水して発電を興す

目的で、昭和１４年に建設された内径 3.5ｍの導水路トンネルと鉛直離隔約 11ｍ、

平面角度約 25°で交差する箇所が生じた。

このため既設導水路トンネル（以下導水路

トンネルと称す）に青葉トンネル掘削の影

響が及ぶ可能性があるため、三次元 FEM解析を行い補助工法の計画や、管理基準値

の及び、計測管理手法などを設定し、無事

掘削工が完了したので、その計画と施工事

例について報告するものである。

図－1 現場位置図

１ 地形・地質概要 当該箇所は、火山観光地帯である。青葉

トンネルの起点側坑口は比較的なだらか

な斜面に位置し、坑口から約 450ｍ区間は、

土かぶり 2D 以下と小さく住宅地や河川な

どが分布している。地質的には第四紀更新

世の安山岩等を基盤とし、それらを覆う形

で未固結堆積物が分布している。新期溶岩

類は、月浦溶岩に区分されるもので、トン

ネル縦断方向に緩く傾斜した地質構造を

示し、凝灰岩や凝灰角礫岩を主体とし、下

部には溶岩が存在する。起点側においては、

熱水変質作用を被っており、重金属類の存

在が確認されている。 導水路トンネル交差区間においては、月

浦溶岩の変質岩（明ばん石帯、鉱化帯、ス

メクタイト帯等）から構成され、変質の程

度や分布が複雑で地山性状も不均一なこ

とから、塑性地圧の発生や掘削時の緩み等

に起因した導水路トンネルへの悪影響が

懸念された。

図－2 導水路交差部地質断面図

トンネル工事における近接交差部の計画・施工について ―既設導水路トンネルと交差する青葉トンネルの事例―

室蘭開発建設部 有珠復旧事務所 ○高橋 渉

荒野 広

甲斐 明

洞爺湖

噴火湾

三豊トンネル

青葉トンネル

新国道 230 号

被災した国道 230 号

Ta(p)非変質部

Ta(l)ｽﾒｸﾀｲﾄ帯 ,褐鉄鉱鉱染部

Ta(p)珪化帯 ,明ばん石帯

Ta(l)珪化帯 ,明ばん石帯

Ta(p)珪化帯 ,明ばん石帯 , ｶｵﾘﾝ帯

Ta(l) ｶｵﾘﾝ帯 , ｽﾒｸﾀｲﾄ帯

Ta(p)ｽﾒｸﾀｲﾄ帯 , 明ばん石帯 Ta(p)ｽﾒｸﾀｲﾄ帯

青葉トンネル

既設導水路ﾄﾝﾈﾙ

Wataru Takahashi，Hiroshi Arano，Akira Kai

起点

終点

導水路トンネル 破砕帯

起　点起　点 終　点終　点

２ 既設導水路近接交差部の検討 青葉トンネルの掘削が導水路トンネル

へ与える影響や掘削時の対策工法を検討

するため有識者で構成される『一般国道

230 号洞爺道路トンネル技術検討会』（以

下検討会と称す）において、三次元 FEM解析による影響解析を実施した。この結果、

青葉トンネルの変位が導水路トンネルに

与える影響が大きいことが確認され、青葉

トンネルの変位を抑えるための補助工法

が不可欠となった。このため、青葉トンネ

ルの掘削による変位と導水路トンネルの

沈下との関係を分析、管理基準値を設定し、

施工時における計測管理計画を策定した。

図－4 交差部施工管理までの作業フロー

３ FEM 解析による影響解析

三次元 FEM 解析の解析対象範囲は、導

水路トンネル方向に SP3150～SP3400 の

250m、導水路トンネル直角方向に 240mとした（図－5，図－6）。また、施工時に

おける逆解析や三次元 FEM 解析で表現で

きない詳細な施工ステップを評価するた

め、二次元 FEM 解析を実施した。二次元

FEM 解析は導水路トンネルと青葉トンネ

ルが交差する断面（SP3314，図－3）でモ

デル化した。解析は地質、コンクリートお

よびグラウト（AGF 工法による改良部）を

全て弾性体と仮定した。地質区分を表－1に示す。

解析は、現在の応力状態を適切に表現す

るため、実工程を模擬して段階的に計算を

進めた。

図－5 解析対象腑瞰図

図－3 青葉トンネル縦断図・平面図

三次元 FEM 解析による既設水路トンネ

ルへの影響把握

施工における管理基準の策定 （計測値に対する管理基準値の設定）

補助工法、対策工の設定

試験施工区間での計測値を用いた管理計

画の設定（二次元 FEM 解析による逆解

析及び交差部での予測解析）

導水路トンネル影響区間での現場管理

方法の設定

二次元 FEM 解析と三

次元 FEM 解析の結果

の分析

起　点

起　点

終　点

終　点

国道37号国道37号

洞 爺 湖 側

噴 火 湾 側

導 水 路 ﾄﾝﾈﾙ

導 水 路 ﾄﾝﾈﾙ

交 差 測 点 SP=3,314

SP3400 側

SP3150 側 240ｍ

250ｍ

図－6 三次元 FEM モデル要素分割状況

また、解析ケースについてはＡＧＦ（長

尺鋼管フォアパイリング）工法による改良

範囲を変えて表－2 のように設定し解析を

実施した。

表－1 地質区分および使用物性一覧

＊グラウトの物性は AGF により改良された地盤物

性を示す

表－2 解析ケース

AGF なし 支保工のみ

AGF120°

AGF180°（改良厚 t=0.5ｍ）AGF あり

AGF180°（改良厚 t=1.0ｍ）

表－3 に解析ケースごとの三次元 FEM 解

析結果を示す。また、青葉トンネルの天端 変位と導水路トンネルの底面変位、発生応

力、最大傾斜角それぞれの関係を図－7～9に示す。導水路トンネルの底面変位・発生

応力の関係については、導水路トンネルと

の交差部断面での二次元弾性 FEM 解析に

よる結果も併せて図示する。 すべての結果について青葉トンネルの

天端変位と相関関係があることがわかる。

また、二次元 FEM 解析と三次元 FEM 解

析の結果は、ほぼ傾向として同様の結果と

なっている。三次元 FEM 解析の方が小さ

めの結果となっているのは、トンネルが軸

方向に伸びる連続的な梁の剛性の三次元

効果によるものである。 表－3 三次元 FEM 解析結果

図－7 青葉トンネル天端沈下と

導水路トンネル底面変位の関係

図－8 青葉トンネル天端沈下と

導水路トンネル発生応力の関係

修正地質および 使用材料

単位体積質量 ρ (g/cm3)

変形係数 E (MPa)

ポアソン比 ν

厚さ (mm) 色分け

S 1.60 300 0.35 P 2.00 1,200 0.30 L 2.40 8,000 0.25 D 1.50 80 0.40

青葉トンネル 600 北電導水路トンネル

2.35 20,600 0.20 350

グラウト 2.35 9,310 0.20 1000

地質区分 岩種 変質帯区分 単位体積質量 ρ? (g/cm3)

変形係数 E (MPa)

ポアソン比

ν 修正後

地質区分

硬質珪化帯 A-Si 1.70 8,000 0.30 L 珪化帯 Si 1.50 160 0.35 S

珪化帯(破砕帯) F 1.50 10 0.40 D 明ばん石帯 Al 1.60 150 0.40 S カオリン帯 Ka 1.90 120 0.40 S

スメクタイト帯 Sm 1.90 110 0.40 S

火山砕屑岩類 ( Ta ( p ) )

非変質部 - 2.00 1,400 0.35 P 珪化帯 Si 1.60 180 0.40 S

珪化帯(破砕帯) F 1.60 10 0.40 D 明ばん石帯 Al 1.60 180 0.40 S 褐鉄鉱鉱化帯 Or 2.30 1,100 0.30 P カオリン帯 Ka 2.00 1,000 0.35 P

スメクタイト帯 Sm 2.00 1,000 0.35 P

月浦溶岩 ( Ta )

溶岩 ( Ta ( l ) )

非変質部 - 2.40 8,200 0.30 L 洞爺二次堆積物 ty － － － S 崖錐堆積物 dt － － － S

解析ケース青葉トンネル

天端変位(mm)

北電導水路トンネル底部変位

(mm)

北電導水路トンネル発生応力

(MPa)

最大傾斜角（rad)

AGF無し 支保工のみ -25.1 -11.0 3.1 0.29

AGF120° -18.3 -10.0 2.6 0.24

AGF180°(t=0.5m) -17.5 -8.9 2.3 0.21

AGF180°(t=1.0m) -15.1 -8.3 2.0 0.19

※変位：　＋隆起、－ 沈下、応力：　＋引張、－圧縮　

AGF有り

青葉トンネル天端変位と導水路トンネル底面変位の関係

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

-30 -25 -20 -15 -10

青葉トンネル天端沈下(mm)

導水

路ト

ンネ

ル底

面沈

下(m

m)

　　三次元FEM解析

　　二次元FEM解析

青葉トンネル天端沈下と導水路覆工応力の関係

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

-30 -25 -20 -15 -10

青葉トンネル天端沈下(mm)

導水

路覆

工応

力(M

Pa)

　　三次元FEM解析

　　二次元FEM解析

-15.1

上半施工時

下半施工時

先行変位 6.0mm

安　全　管　理　体　制通常体制 注意体制 要注意体制 厳重注意体制

管理レベルⅠ管理レベルⅡ管理レベルⅢ

7.2mm 10.0mm

Ａ計測管理基準値

7.2mm 8.5mm 12.0mm

9.0mm 10.8mm 15.0mm

天端沈下の全体値 15.0mm 18.0mm 25.0mm

図－9 青葉トンネル天端沈下と

導水路トンネル最大傾斜角の関係

４ 管理基準値の策定 導水路トンネルは昭和初期に建設され、

現在覆工に発生している応力状態が不明

確であり、導水路トンネルに計測器を設置

することができないため、導水路トンネル

の覆工発生応力と傾斜角に着目して、これ

らを管理基準とした。この設定根拠につい

て以下に示す。

４－１．導水路トンネル覆工発生応力によ

る管理基準 導水路トンネルから採取したコアを用

い一軸圧縮強度試験を行った結果、覆工コ

ンクリート強度は 23.1MPa であった。青

葉トンネルの掘削に伴い、導水路トンネル

の底部には引張応力が発生するため、圧縮

強度の 1/10 に当る 2.31MPa 以下に増加発

生引張応力を確保することで、導水路トン

ネルの健全性が確保されるものとしてこ

れを管理する上での目標値とした。 三次元 FEM 解析の結果、導水路の発生

応力と青葉トンネルの天端沈下には相関

性があることから、導水路トンネルの発生

応力が 2.0MPa 発生した時の青葉トンネル

天端沈下量を、管理基準値の一つとして採

用した（表－4）。

４－２．導水路トンネルの傾斜角による管

理基準 導水路トンネルはブロック施工されて

おり、縦断方向に発生する応力はこの継ぎ

目で解放されることから、三次元 FEM 解

析で得られた発生応力よりは小さいもの

と考えられる。 導水路トンネルのように、ブロック間の

目違いによる漏水が重要視される構造物

においては相対変位も重要となるが、この

影響を反映した解析モデルを構築するこ

とは困難である。 このような背景において近年施工され

た近接交差工事では、「建築基礎構造物設

計指針」（日本建築学会）の下限変形角（0.3×10-3rad）を基準管理基準値として施工

し、良好な結果を得ている事例がある。 青葉トンネルにおいては、三次元 FEM

解析により詳細な傾斜角の算出が可能で

あり、より精度の高い基準値となり得ると

考えられることから、管理基準値の一つと

して採用した（表－4）。 ４－３．施工時の管理基準値

解析で求められた青葉トンネルの天端

沈下量は、初期変位も含めた全変位量であ

るため一般的に用いられる先行変位量を

全体の 40％と仮定し、さらに上下半の分

割 表－４ 管理基準値

表‐5 施工時の管理基準

青葉トンネル天端沈下と導水路傾斜角の関係（三次元FEM解析）

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

-30 -25 -20 -15 -10

青葉トンネル天端沈下(mm)

導水

路傾

斜角

(×10

-3 r

ad)

　　三次元FEM解析

-25.1

3 次管理値 2 次管理値 1 次管理値

青葉ト

ンネル

天端部絶対沈下量 (mm)

＋：隆起 －：沈下 ‐25 ‐18 ‐15

覆工発生応力 (MPa)

＋：引張 －：圧縮 ― ― 2.0

導水路トンネル

縦断方向最大傾斜角

（10‐3rad） 0.29 ― ―

計測種別 断　面 数量 測定点数

Ａ計測SP3,215.5～SP3,352.3

坑内 天 端 沈 下 ・ 内 空 変 位 30断面天 端 沈 下 ： 30 点内空変位：120測線

坑外 地 中 沈 下 計 1本 6点

地 中 変 位 計 6本 36点

吹 付 け コ ン ク リ ー ト 応 力 計 7箇所 7点(1点/箇所)

鋼 製 支 保 工 応 力 計 7箇所 14点(2点/箇所)

SP=3,252.0 坑外 地 中 沈 下 計 1本 6点

ス ラ イ デ ィ ン グ ミ ク ロ メ ー タ

デ ジ タ ル Q テ ィ ル ト

SP=3,299.0 坑外 地 中 沈 下 計 1本 6点

1箇所

坑内

仕　様

PM-100G-6　45.0m・6測点

PV-100-6SG　10.0m・6測点

GK-20N-202

ライカジオシステムズTPS1100

Ｂ計測

SP=3,228.0

SP=3,267.0 坑外 ３成分地中沈下計

KM-100B

PM-100G-6　54.5m・6測点

PM-100G-6　73.0m・6測点

項　目

施工の影響を考慮し、施工時の管理基準

値を策定した（表‐5）。 ５ 対策工

三次元 FEM 解析上見込まれていた補助

工法は、ＡＧＦ工法のみであるが、地山は

非常に不均一であり、解析では考慮されな

い脚部の沈下や、支保工と地山の馴染み等

が発生する可能性があった。そのため、許

容沈下量を満足するためには、更なる補助

工法の採用が必要であった。 捕縄工法は図－10 の「標準で行う補助

工法」を基本として施工を行った。また、

導水路トンネルからの漏水による出水が、

沈下を助長する可能性があるため、多量の

出水が発生した場合は止水対策補助工法

を、沈下が許容値を超えることが想定され

た場合は、状況に応じて補助工法の追加や

見直しを行うこととした。 また、施工においては三次元 FEM 解析

の結果より、導水路トンネル交差部の前後

40ｍが掘削の影響が大きく重点管理を必

要とする区間として、影響区間を 80ｍと

し設定した。また、補助工法の妥当性や沈

下量の程度を把握し、地山物性値の評価を

実施する区間として、試験施工区間および

再確認区間を設定した。（図‐12） ６ 計測計画

交差部の施工においては、通常の坑内 A計測の他に坑外から地中沈下計や傾斜計

を設置し影響を監視するとともに、得られ

た値を二次元ＦＥＭ解析による逆解析に

よって地山及び、補助工法の評価に活用し

た。 図－12 に計測平面位置を示す。また、

各断面での計測項目を表－６に、計測頻度

を表－７に示す。

図－10 変形抑制に対する対策工ﾒﾆｭｰ

図－11 補助工法概念図

図－12 計測位置図

表－6 計測項目一覧表

導水路トンネルへの影響の抑制

青葉トンネルの変形の抑制

・AGF（長尺鋼管フォアパイリング）180°2 段 等 ・ウィングリブ ・鏡吹付け ・長尺鏡ボルト ・プレロードシェル ・高強度吹付けコンクリート

（さらなる内空変位の抑制が必要な場合）

・早期併合 ・ミニベンチによる掘削 ・上半仮インバート

（さらなる沈下抑制が必要な場合） ・脚部補強工

標準で行う補助工法

状況に応じた追加対策

・薬液注入工法（改良範囲 0.5D 程度）

止水対策補助工法

表－7 計測頻度

3Dまで 3D～5D 5D以上

Ａ計測 3時間毎 12時間毎 24時間毎

坑内Ｂ計測 2時間毎 3時間毎 4時間毎

坑外Ｂ計測 30分毎

計測断面と切羽の離れ計測種類

※Ｄ :トンネル掘削径 (Ｄ≒12m) A 計測は、内空変位及び天端沈下の状況

を迅速に察知するため、測定方法はオンラ

イン方式とした。Ａ計測のオンライン方式

は坑内に三次元測定器を固定し、３時間間

隔に測定を行い、現場内のパソコンに集約

し、専用回線にて工事事務所内のパソコン

に転送しモニタリングした。 坑外地中沈下計測においても、トンネル

掘削に対し、先行変位の挙動を迅速に察知

するため絶対沈下量をリアルタイムで監

視することなどを目的としてオンライン

方式で行った。 ７ 計測結果 ７－１．補助工法の差異による計測結果 試験施工区間は、前述の「標準で行う補

助 工 法 」 を 全 て 実 施 し た 。 そ の 結 果 、

SP=3228 断面においては、先行変位は微

小であり、切羽通過後も変位は進行せず、

緩み領域も最大でも 4ｍ程度と小さく、沈

下量も 5.7ｍｍ程度と管理レベルⅠ（15ｍｍ）を下回る良好な結果となった（図‐13）。

図－13 SP3228 断面の緩み領域の模式図 この結果、実施した補助工法の有効性は

確認出来たものの、過大な補助工法になっ

ている可能性があるため、先行変位防止目

的で実施した長尺鏡ボルト工及び地山の

早期支保の目的で実施したプレロードシ

ェル工を省略し施工を試みた。この結果

SP＝3252 断面においては先行変位が 6.5ｍｍ程度確認され、最終沈下量も 16.2ｍｍ

と管理レベルⅠを超える値となった。又、

緩み領域もトンネル上方 13ｍにまでおよ

び、導水路トンネルに影響を及ぼす危険性

が生じた。このため長尺鏡ボルトを再施工

し、先行変位を防止することとした（図‐

14）。

図－14 SP3252 断面の緩み領域の模式図

図－15 SP3299 断面の緩み領域の模式図

長尺鏡ボルト再施工後の SP3299 断面に

おいては、先行変位 3.4mm、最終沈下量

8.6mm と小さく抑制することが出来た。 又、緩み領域もトンネル上方 6ｍと小さ

く良好な結果よなった（図‐15）。

７－２．A 計測結果

4.5ｍ間隔 30 断面において実施した A 計

測の結果は、天端・脚部沈下量ともに 6ｍｍ程度に抑制することが出来た。また、変

位も切羽離れ 2D までに収束する傾向にあ

った。図－16 に切羽離れ 0.5D 及び 1D～

2D 時の天端沈下の進行状況を示す。

図－16 切羽離れと天端沈下量の進行

図－17 導水路内測量点

⑰80m⑮60m

⑬40m

⑪20m

⑨0m

(交差部直下)⑦-20m

⑤-40m

③-60m

①-80m

-5mm

-4mm

-3mm

-2mm

-1mm

0mm

1mm

2mm

3mm

4mm

5mm

図－18 導水路トンネル底面沈下量 ７－３．導水路トンネルの沈下測量

掘削前、掘削中の解析上最大沈下量が予

測される位置及び、掘削完了後において、

通水を一時中止し、導水路内部の測量を実

施した。測量点は交差部前後 80ｍとし、

内空変位・底面沈下量及び多角測量を実施

した。 掘削完了後の測量の結果、交差部近傍で

2ｍｍ程度の沈下が観測されたが、新たな

クラックの発生等も見られず、健全性が確

認された。

おわりに

当該交差部は、複雑な変質帯が混在する

不均一な地山であったが、事前調査で想定

し三次元ＦＥＭ解析に用いた物性値は、

Ａ・Ｂ計測結果を利用した逆解析での物性

値とほぼ整合がとれ、又、坑外沈下計計測

の結果と比較しても大凡整合がとれてい

た。このことから、本工事においては適切

な補助工法を選択し、導水路トンネルに影

響を与えることなく施工することができ

た。さらに導水路トンネルが圧力トンネル

であることから、導水路からの漏水による

～0.5D掘削時の天端沈下量

-6.0-4 .3

-2 .0

-5 .5

-2 .8-3 .6-4 .1-4 .2-4 .0-3 .1-3 .5-3 .2-2 .8

-8 .1-6 .1

-3 .8-4 .7-3 .5

-4 .6

-1 .5-2 .9-2 .4-1 .7

-3 .2-3 .8-5 .2-5 .3

-3 .5-2 .3

-7 .2

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

3215.5 3220.0 3224.5 3229.0 3233.5 3238.0 3243.4 3247.9 3252.4 3256.9 3261.4 3265.9 3270.4 3274.9 3279.4 3283.9 3288.4 3292.9 3299.2 3303.7 3309.1 3314.5 3319.9 3325.3 3329.8 3334.3 3338.8 3344.2 3347.8 3352.3

変位

量(m

m)

1 .0D～2.0D掘削時の天端沈下量

0.2 0 .5-1 .9

0 .7 0 .3 -0 .3 0 .4 0 .1 -0 .9-2 .7

-0 .9

-3 .5

-0 .4-0 .2-0 .2-0 .9-0 .9 0 .1-1 .7-0 .7 0 .1

-1 .4-1 .9-1 .40 .2

1 .5

-10.0

-8.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

3215.5 3220.0 3224.5 3229.0 3233.5 3238.0 3243.4 3247.9 3252.4 3256.9 3261.4 3265.9 3270.4 3274.9 3279.4 3283.9 3288.4 3292.9 3299.2 3303.7 3309.1 3314.5 3319.9 3325.3 3329.8 3334.3 3338.8 3344.2 3347.8 3352.3

変位

量(m

m)

突発的湧水の可能性があったことから、掘

削時の湧水にも注意したが、ＡＧＦ施工に

よる改良帯が遮水効果をもたらしたため

と考えられるが、湧水量の増加はわずかで、

無事に掘削を終えることができた。

今回は既設トンネルと近接交差する新

設トンネルの掘削という特異な事象では

あるが、３次元において解析を行い、２次

元において現場施工管理をするという手

法は他の箇所においても十分生かせる手

法と考えている。

おわりに、近接交差部の解析・ご検討頂

いた「洞爺道路トンネル技術検討会」の各

委員の皆様はじめ、ご指導・ご尽力を賜っ

た関係各位に深く感謝いたします。