用戶:Sinsyuan/綜合條目翻譯工作室/中山隧道 (上越新幹線)

內容來源：日語維基百科典範條目W:ja:中山トンネル (上越新幹線)

中山隧道 中山トンネル
中山隧道北口
概覽
地點	群馬県渋川市 吾妻郡高山村 利根郡水上町
座標	南口: 36°32′22.14″N 138°58′10.52″E 北口: 36°40′18.75″N 138°58′50.21″E
狀況	使用中
鐵路線	上越新幹線
起點	群馬県澀川市小野子
終點	群馬県利根郡水上町上津
營運數據
動工於	1972年（昭和47年）2月8日
建設周期	1982年（昭和57年）3月17日
啟用於	1982年（昭和57年）11月15日
業主	東日本旅客鐵道
營運單位	東日本旅客鐵道
技術數據
長度	14.857公里（9.232英里）
軌道數目	2（複線）
軌距	1,435毫米（4英尺8+1⁄2英寸）
電氣化方式	25 kV AC, 50 Hz
營運速度	260公里每小時（160英里每小時）
最高海拔	437.6米（1,436英尺）
最低海拔	260.0米（853.0英尺）
坡度	12‰

群馬縣內上越新幹線的路線及中山隧道的位置

中山隧道（日語：中山トンネル／なかやまトンネル ^{Nakayama Tonneru */?}）是上越新幹線高崎站至上毛高原站間，總長14.857公里（9.232英里）的複線鐵路隧道，這也是日本首座引進新奧工法（NATM）的隧道。

這是從高崎方向的榛名隧道數來第2座隧道，在施工期間發生了兩次嚴重湧水事故，而造成施工難度極大。由於路線改變，在這座隧道內出現了半徑1,500米（4,900英尺）的彎道，因此原本240公里每小時（150英里每小時）的新幹線在通過隧道的彎曲部分時不得不減速至160公里每小時（100英里每小時）。

由於施工難度大大超出最初預期而導致工期延誤，中山隧道的建設對整個上越新幹線的開通影響很大，因此在後續的隧道建設開始前學到要事先進行地質調查等教訓。

興建背景

繼東海道新幹線開通和正在建設中的山陽新幹線之後，為了實現「國家的均衡發展」，在1970年（昭和45年）頒佈了全國新幹線鐵道整備法。根據該法案，決定修建上越新幹線作為連接東京和新潟的高速鐵路，並於1971年1月完成基本計劃。經過僅約10個月的準備期，該項目於同年10月開工，但這個準備期可能過於短暫。此外，在準備階段的同時，也聚焦在與歷經艱難工程的在來線上越線清水隧道和新清水隧道平行的上越新幹線最長隧道--大清水隧道之規劃，因此中山隧道並沒有得到充分的準備。

路線選擇

中山隧道與周邊河川和道路的位置關係

在群馬縣內，上越新幹線的路線選擇以隧道方式穿過月夜野的高原地帶下方，而不是像上越線那樣沿利根川走。有主張認為這是由於與上毛高原站周邊的土地開發利益有關的決定。另一方面，也有人提出與當時計劃的沼田水庫有關的觀點。新潟大學名譽教授大熊孝表示：「據我了解，選擇關越自動車道和新幹線的路線是為了避開群馬縣沼田水庫計劃中的蓄水區域。」。

實際建設的中山隧道選擇了穿過小野子山和子持山之間的火山活動形成的高原地帶下方的路線。關於這一點，曾考慮過沿子持山東側沿利根川修建隧道的方案。然而，實際採用的路線是在平順的高原地帶下方進行建設，因此在建設隧道位置的通道上，由於必須建造斜坑，會變得非常長。考慮到鐵路隧道很少有這樣的先例，因此必須挖掘一個少見的立坑。而在子持山東麓路線中，利根川沿線可以設置通往隧道的通道路線，施工條件較好。根據證言，即使在事前的考慮中，子持山東麓路線也是首選直行線路的備選方案。然而，子持山東麓路線在那之前需要穿越澀川市區，不僅會面臨土地取得困難，還存在與前後站點位置的關係等問題。此外，當時在東北新幹線上，存在設置水澤和花巻等中間站的強烈要求，但日本國鐵對增設中間站會影響新幹線的高速性持否定態度。如果選擇沿利根川北上的路線，會考慮在澀川和水上設置車站，但日本國鐵高層擔心這種站間距離較短的設置方式會對上越新幹線產生影響，而最終選擇了現行路線。

建設計劃

建設擔當

與以往不同的是，上越新幹線是首次由日本鐵道建設公團（以下簡稱公團）擔任監造單位。因此，中山隧道也是由公團負責監造。為了承擔上越新幹線工程，公團在起點位於大宮的126.330公里（78.498英里）（靠近在來線水上站附近）南側設立了東京新幹線建設局。在該局的領導下，實際負責中山隧道建設的是高山鐵道建設所。

建設基準

上越新幹線標準隧道斷面圖

在建設上越新幹線時，考慮到乘坐舒適度、蛇行振盪、粘着力等各種限制條件，並同時考慮到未來可能的改進空間，將計劃最高速度設定為250公里每小時（160英里每小時）。然而，列車自動控制系統（ATC）的制動速度（允許最高速度）為260公里每小時（160英里每小時）。實際上，在開業初期，列車最高速度為210公里每小時（130英里每小時），之後提速至240公里每小時（150英里每小時），從1990年（平成2年）3月10日的時刻表改正開始，僅下行2班列車通過大清水隧道的下坡段實現了275公里每小時（171英里每小時）的運行速度。然而，從1999年（平成11年）12月的時刻表改正開始，275公里每小時（171英里每小時）的運行速度被取消，改為240公里每小時（150英里每小時）。

關於車輛限界和建築限界，考慮到未來的直通運營和提升服務的彈性，以及節約建設成本效果較小的因素，採用了與東海道新幹線和山陽新幹線相同的隧道斷面。軸重方面，東海道新幹線和山陽新幹線的軸重為16噸，而上越新幹線經過雪害防護措施後增加了1噸，達到17噸。相應地，活荷載採用了新P-17標準活荷載和N-16標準活荷載。

關於最小轉彎半徑，遵循山陽新幹線的標準，在車站外設定轉彎半徑為4,000米（13,000英尺）（必要時為3,500米（11,500英尺）），但事實上未能達到此標準，而在該隧道內部設定了轉彎半徑1,500米（4,900英尺）。該隧道的縱向曲線半徑大於15,000米（49,000英尺），最陡坡度小於15‰，平均坡度在長達10公里（6.2英里）的區間內不超過12‰。軌道中心距離為4.3米，軌道全面採用了無砟軌道。隧道斷面基本延續了山陽新幹線的設計。基準寬度在軌面下0.4米（1.3英尺）的高度（基準面）處，直線區間為8.4米（28英尺），彈性線（連接隧道側壁到上部圓形部分的連接點）的高度為從軌面到2.6米（8.5英尺），拱頂（隧道上部的圓形部分）的半徑為4.8米（16英尺）。

線形

中山隧道位於從大宮起點的101.710公里（63.200英里）處到116.540公里（72.415英里）處的區間。根據計劃，隧道的長度應該是14,830米（48,650英尺），但實際上隧道內有兩個重複的里程標（詳細在後面提及），增加了27米（89英尺），總長度為14,857米（48,743英尺）。隧道內的坡度計劃為從大宮方向到新潟方向的上坡坡度為12‰，但實際完成的隧道中部存在一段坡度11.9‰的區間。平面線形計劃中，在隧道中間附近有一個半徑為6,000米（20,000英尺）的曲線，用於下行列車向右偏轉，而在隧道出口附近有一個半徑為4,000米（13,000英尺）的曲線，用於下行列車向左偏轉。在建設過程的兩次路線變更當中插入了半徑1,500米（4,900英尺）的曲線。隧道所通過的地區位於子持山和小野子山之間的鞍部，是一個海拔約400—650米（1,310—2,130英尺）的高原地帶，土壤厚度約為200—400米（660—1,310英尺）。

工區劃分

為了避免僅從兩側坑口進行長隧道興建工程所需耗費較長的時間，通常會在隧道中間進行斜坑或橫坑的工程以利縮短工期。斜坑或橫坑僅用於準備工作，將時間花在這些工程本身上並無意義，因此在選擇隧道路線時通常考慮斜坑或橫坑的建設便利性。然而，中山隧道建設在高原地形區域，並沒有適合建設橫坑或斜坑的山谷，因此必須興建立坑。由於鐵路隧道建設中很少需要開挖豎井，因此缺乏經驗，工程人員被派往煤礦進行培訓以應對這個問題。然而，煤礦的地質時代與中山隧道的新時代地層差異很大，煤礦豎井在開挖時往往缺乏地下水，這對中山隧道的工程造成了巨大的挑戰。

中山隧道最初分為從起點側開始的6個工區：小野上南、小野上北、四方木、高山、中山和名胡桃。其中，除了從兩個坑口開始的小野上南和名胡桃之外，中間的4個工區使用了3個豎井和1個斜坑。其中，豎井的高度達到了300米（980英尺）。

在小野上北工區，發生了一起大規模湧水事故，迫使改變斜坑的路線。然而，即使這樣，挖掘工程仍然無法順利進行，與此同時順利進展的小野上南工區接近小野上北工區的施工範圍，因此在中途解約並廢除該工區。結果，小野上北工區無法對隧道主坑的完工做出任何貢獻，反而導致了隧道周圍的缺水災害等問題。隨後的建設改為從三個豎井和兩個坑口進行，而小野上南工區和中山工區成為援救無法順利進展的其他工區的重任，因此兩個工區的總長度接近5公里。

中山隧道工區劃分

工區名稱		小野上南	小野上北	四方木	高山	中山	名胡桃
動工日期		1972年9月1日	1973年3月1日	1972年2月8日	1972年6月1日	1972年6月1日	1973年1月10日
竣工日期		1982年2月1日	1976年11月18日 （解約）	1982年3月31日	1982年3月31日	1982年3月12日	1976年7月31日
計畫	里程	101.710—104.610公里（63.200—65.002英里）	104.610—106.300公里（65.002—66.052英里）	106.300—109.200公里（66.052—67.854英里）	109.200—112.100公里（67.854—69.656英里）	112.100—114.900公里（69.656—71.396英里）	114.900—116.540公里（71.396—72.415英里）
	長度	2,900米（9,500英尺）	1,690米（5,540英尺）	2,900米（9,500英尺）	2,900米（9,500英尺）	2,800米（9,200英尺）	1,640米（5,380英尺）
實際	里程	101.710—106.430公里（63.200—66.133英里）	（工區廢除）	106.430—107.500公里（66.133—66.797英里）	107.500—110.300公里（66.797—68.537英里）	110.300—114.900公里（68.537—71.396英里）	114.900—116.540公里（71.396—72.415英里）
	長度	4,720米（15,490英尺）	（工區廢除）	1,070米（3,510英尺）	2,827米（9,275英尺）	4,600米（15,100英尺）	1,640米（5,380英尺）
作業坑		橫坑188米（617英尺） 位於101.860公里（63.293英里）處	斜坑（當初）810米（2,660英尺） 位於104.900公里（65.182英里）處 斜坑（變更）626.6米（2,056英尺） 位於104.660公里（65.033英里）處	豎井372米（1,220英尺） 位於107.734公里（66.943英里），主隧道左側20米（66英尺）處	豎井295米（968英尺） 位於109.460公里（68.015英里），主隧道右側20米（66英尺）處	豎井313米（1,027英尺） 位於112.640公里（69.991英里），主隧道右側20米（66英尺）處	無設置
湧水量		40噸/分（最大95噸/分）	8噸/分（異常出水時340噸/分）	7噸/分（異常出水時80噸/分）	15噸/分（異常出水時110噸/分）	0.5噸/分	0.3噸/分
作業軌道軌距		912毫米（2英尺11.91英寸）	-	762毫米（2英尺6英寸）	912毫米（2英尺11.91英寸）	912毫米（2英尺11.91英寸）	912毫米（2英尺11.91英寸）
施工廠商		鐵建建設	三井建設	佐藤工業	大林組	熊谷組	清水建設
平均月進		40米（130英尺）	-	9米（30英尺）	24米（79英尺）	37米（121英尺）	38米（125英尺）
興建經費 （日圓，每公尺）		576萬	-	3467萬	1284萬	470萬	153萬

地質

1973年8月時點での中山トンネル付近地質縦斷面図

1976年2月時點での中山トンネル付近地質縦斷面図

中山トンネル付近では地表付近を火山泥流堆積物が厚く覆っており、また土被りが300 - 400 mにも達することから、地表面からの踏査で地質を調査することは難しかった。そこでボーリングと弾性波探査（人工地震波による調査）による地質調査が実施された。立坑に着手した1971年度（昭和46年度）の時點では12本のボーリングが実施されたが、コアの採取率が悪く詳細な地質は不明のままであった。その後、1972年度（昭和47年度）に追加のボーリング15本と弾性波調査が実施され、1973年度（昭和48年度）に総合解析としてトンネル全區間の地質縦斷面図が作成された。

この當初作成された地質縦斷面図では、トンネル本坑周辺のかなり広い範囲で猿ヶ京層群 (Gf) という堆積岩が分佈していることになっていた。この堆積岩は約3000萬年前に堆積して、長い年月の間に岩石化が進行し、湧水のほとんどないよく固結した良好な岩盤であるとされた。実際に中山立坑では工事中の湧水が少なかったこともあり、當初工事が難航していた四方木立坑や小野上北斜坑も、もう少し深く掘り下げれば堆積岩層に入って好転するものと期待されていた。しかし実際にはいつまでたっても良好な岩盤が現れることはなかった。

1974年（昭和49年）9月に小野上北斜坑において大出水事故が発生し、これを受けて70本以上のボーリング調査が追加実施されて、1976年（昭和51年）に再度地質縦斷面図が作成された。これによれば、當初四方木立坑や小野上北斜坑の下部にあるとされていた緑色凝灰岩を中心とした固結した堆積岩は、実際には未固結凝灰角礫岩（八木沢層、Yg）であることが判明した。八木沢層は古く見積もっても數百萬年前程度に堆積したもので、ほとんど未固結であり、中山トンネルの工事を難航させた最大の原因となった。

また、四方木立坑から高山立坑にかけての本坑付近に閃緑岩類 (Dp) の存在が確認された。この閃緑岩は固くてトンネルを建設するのに適した地層であるが、中山トンネルにおいてはその上部が不整合面を形成していた。不整合面はかつての地表面で、その上に新たに堆積物が積み重なって地層の境界となっている。このためかつての地表面そのままに境界面に山や谷が形成されていて複雑な起伏があり、地表からのボーリング調査によって構造を正確に把握するのは困難であった。そして、トンネル施工基面がこの不整合面にほぼ一致していたため、本坑付近の地質分佈が大変複雑なものとなってしまった。特に問題があったのは、本坑は不整合面の下部の閃緑岩層にあるが、不整合面までの高さが薄くなっている部分で、不整合面の上は20気圧近い水圧のかかった地下水を含む八木沢層であるため、本坑へ水が浸透してくることが問題となった。このため薬液注入を実施して対策を施したが、それでもそうした場所での大出水事故を招くことになった。一方でそうした起伏に富んだ不整合面を把握することで、帯水層までの十分な離隔を置いた位置へのルート変更を行うことが可能となった。

工期

1971年（昭和46年）に當初の工事実施計畫が認可された時點では、上越新幹線の完成は1976年度（昭和51年度）と設定されていた。約5年の工期は、東海道新幹線や山陽新幹線の実績を考えれば、それほど無謀な設定ではなかった。しかし建設中の1973年（昭和48年）には第一次オイルショックに見舞われ、建設予算の削減や新規発注の凍結が行われ、工事の遅れに直結した。中山トンネルでは、當初完成予定のはずの1976年度の時點で四方木や高山の立坑がようやく完成して本坑の工事に入る段階で、工事が大幅に遅れていることは明らかであった。

こうしたことから、1977年（昭和52年）3月24日の工事実施計畫変更申請、同3月30日認可により、完成予定は1980年度（昭和55年度）へと延期となった。しかし出水事故などに見舞われて工期はさらに遅延することになり、1980年（昭和55年）12月24日には1982年（昭和57年）春に東北・上越新幹線を同時開業させる方針が発表された。ところが中山トンネルで2回目の出水事故が発生して、最終的に東北新幹線との同時開業の斷念に追い込まれた。結局上越新幹線は1982年（昭和57年）11月15日の開業と決定し、これに間に合わせるべく突貫工事を続け、中山トンネルを同年3月に完成させた。

建設

建設工事は6つの工區それぞれにおいて行われた。以下工區別に、本坑への取り付きのための立坑や斜坑の工事を四方木、高山、中山、小野上工區の順にまず説明する。続いて本坑の工事を両端から工事した名胡桃工區、小野上南工區を先に説明し、また立坑を用いた工區の本坑工事については、大きな問題のなかった中山工區を最初に、四方木工區における本坑工事と1回目の出水事故とその復舊工事および1回目のルート変更、高山工區における本坑工事と2回目の出水事故とその復舊工事と2回目のルート変更、そしてトンネルの完成の順番で説明する。最後にトンネル工事に伴う渇水対策を説明する。

本坑への取り付き工事

四方木立坑

四方木立坑跡地。立坑は揚水施設として再利用されている。鉄骨ケージの中にワイヤーで吊るされたエレベーターが確認できる。

1972年（昭和47年）2月8日、東京新幹線建設局管內で最初の工事として、四方木工區の工事が佐藤工業に対して発注され、同年4月に着工した。四方木工區は當初計畫では大宮起點106 km300 m地點から109 km200 m地點までの2,900 mを擔當することになっており、107 km734 m地點の下り列車に対して本線左側20 mの離れの地點に立坑を建設して取りついた。立坑の地表面から施工基面までの深さは336.6 m、施工基面より下にさらに35.0 m掘り、総深度は371.6 mである。立坑の內徑は6.0 mである。

立坑を掘るには、20 - 40 m程度掘削してから覆工（コンクリートで巻き立てを行う）するロングステップ工法と、1.5 - 3.0 m程度掘削してすぐに覆工するショートステップ工法があるが、湧水が多く地質の悪い中山トンネルでは地山（トンネル周辺の地盤）の緩みの少ないショートステップ工法が採用され、1回の覆工長を2.4 mに設定した。ただし深度173 m以深は1.5 mピッチとなっている。掘削作業では、穴をあけてダイナマイトを裝填して発破を行い、エキスカベータを底に降ろしてずり（殘土）を集めてキブル（立坑において資材運搬に使用する大きなバケット）を使って搬出し、その後に壁面のコンクリート打設を行うという手順を繰り返して掘り下げていった。掘削中に発生する湧水対策として、揚程40 m、揚水量500リットル/分のタービンポンプを2系統、30 m間隔で設置して地上へ揚水するようにしたが、湧水量の増加に揚水が追い付かなくなり、3回にわたる揚水計畫変更により1,500リットル/分のポンプを6系統備えたものに増強され、これ以外に予備1,500リットル/分、また清水用深井戸ポンプ揚程160 m、3,000リットル/分も備えた當初の12倍の揚水能力へ向上が実施された。

4月の着工後、19.2 m地點まで掘り下げを行うともに立坑掘削の設備の準備を進めて、掘削設備の完成した10月からは本格的に掘削が開始された。掘削が86 mまで進んで地下水位に到達した時點から湧水が始まり、次第に水量が増加していった。深度100.8 mに達した1972年（昭和47年）12月29日より第1回の坑底注入が実施された。坑底注入は、立坑の底から下へ向けて多數のボーリングを実施して、セメントミルクや水ガラスを注入して坑底から約30 mの範囲で地質改良を行って、湧水を止める作業である。坑底注入作業中は坑底がそのための機械に占拠されてしまうため、その期間中掘削は止まってしまうことになった。1973年（昭和48年）1月27日から掘削を再開したが、すぐに湧水が増加してしまい、第2回坑底注入を迫られることになった。こうして工事は掘削と坑底注入の繰り返しで進められることになった。第3回坑底注入では、坑底にカバーコンクリートを打設してからボーリングを実施しようとしたが、厚さ2.4 mのカバーコンクリートが水圧で持ち上がってしまい、7.2 mまで厚さを増加させなければならなかった。深さを増すにつれて水圧はさらに増大して施工條件は悪化していき、當初見込んでいた月間50 mの掘削など到底望めない狀態となった。結局、第1回100.8 m、第2回112.8 m、第3回139.2 m、第4回152.3 m、第5回162.9 m、第6回175.6 m、第7回204.7 m、第8回318.0 mと、都合8回の坑底注入を繰り返すことになった。

深さ158 m付近で堅固な安山岩の層に入ったが、10 mほど下で再び未固結な火山噴出物層に入ることは予測されていたため、この安山岩層を利用して深さ162.9 m地點で立坑周辺に鉢巻狀にトンネルを掘って注入基地を設けることになった。これは坑底で注入を行うとその期間掘削が中斷してしまうため、立坑の周辺に設けた注入基地からボーリングして立坑周辺へ注入を行うことで、注入と掘削を同時並行して進めるものであった。しかし多少の効果はあったものの、注入基地からの注入距離が長くなるにつれて効果が薄れ、期待通りの成果とはならなかった。

こうした悪戦苦闘の末、1976年（昭和51年）8月12日についに371.6 mの立坑の掘削工事を完了した。立坑を建設した後、本坑施工の準備のために立坑設備の工事（バントン工事）を行った。これは立坑にエレベーター、ずりだしスキップ、揚水管、風管、コンクリート管、高圧ケーブルなどを設置するもので、1977年（昭和52年）4月27日に着手し11月30日に完了した。

四方木立坑の工事に際して発生した他の問題としては、排水処理の問題がある。四方木立坑の湧水は、吾妻川の支流である関口沢川に放流されていた。この川はイワナやヤマメの漁場であり、また中流部にわさび田、養鱒場があって、下流では田んぼにも水が使用されているため、排水中の無機物を除去する対策を必要とすることになった。このため毎分10トンの処理能力を持つシックナー（排水処理設備）を設置し、凝集剤としてポリ塩化アルミニウム (PAC) を使用して無機物除去を行った。さらにコンクリート打設に伴って排水のpHが上昇したため、硫酸を投入して中和を行った。ところが立坑內の湧水増大に対応するために注入薬剤を効果の高い有機性薬剤に変更したところ、シックナーの処理効率が低下し放流水の生物化學的酸素要求量 (BOD) が上昇し、川に水わた（鉄バクテリアの一種）が発生して汚染されることになった。これに対して接觸酸化裝置の導入や改良の対策が実施された。さらに湧水量の増大に対応してシックナーの増設や、中和に伴う硫酸イオン増加の悪影響に対処するために炭酸ガスによる中和設備を導入するなど、改良を行ってきた。また排水処理施設の負荷軽減を図るため、注入基地より上部からの綺麗な湧水を別途専用のポンプで揚水して、処理設備を通さずに直接放流するようにしていた。同様の排水対策は、他の工區でも実施されている。

高山立坑

高山立坑跡地。正面は小野子山。

高山工區は大林組に対して発注され、1972年（昭和47年）8月に着工した。高山工區は當初計畫では大宮起點109 km200 m地點から112 km100 m地點までの2,900 mを擔當することになっており、109 km460 m地點の下り列車に対して本線右側20 mの離れの地點に立坑を建設して取りついた。立坑の地表面から施工基面までの深さは260.0 m、施工基面より下にさらに35.0 m掘り、総深度は295.0 mである。立坑の內徑は6.0 mである。

高山立坑では、四方木立坑に比べても淺い位置に地下水位があることが分かっていたため、掘削開始前に地上から注入作業を行った。35 mずつ8ステップに分けて、掘削予定の深さのほぼ全體にわたって薬液の注入を行って、湧水の防止を試みた。しかし、坑底での注入では地下水位の下で作業を行うため、注入用のボーリング穴を開けたときに地下水が噴出してこなくなれば十分薬液が注入されて止水されたと判斷できるが、地下水位の上で作業を行う地上からの注入ではボーリングをしてももともと地下水の噴出が無く、薬液の注入効果を確認できないという問題があった。

1973年（昭和48年）1月になりようやく立坑の掘削工事を開始した。四方木立坑と同様の手順でショートステップ工法により掘削を推進したが、51.8 m地點で約1.5トン/分の湧水に見舞われて掘削不可能となった。そこで高山立坑でも坑底注入を実施することになり、カバーロックコンクリートを施工してボーリングを行い、薬液注入を行ってから掘削し、再びボーリングと注入を行うという段階的な注入方式を実施した。しかし59.8 m地點で再度約0.8トン/分の湧水に見舞われ、経済的にも工期的にも問題のあった段階的な注入方式の見直しが行われた。

続いて採られた対策はディープウェル（深井戸）の掘削である。立坑の周囲に30 cm徑の穴を8本、深さ200 mまで掘削し、ポンプでこの穴から水をくみ上げてしまうことで、地下水位そのものを下げようという対策であった。ディープウェル1本あたり3トン/分のポンプを設置し、8本合計で24トン/分の排水を続けたが、水位は100 m程度までしか下がらなかった。さらに低溫の排水が周辺の水田に低溫障害を引き起こしていたこともあり、これ以上のポンプ増設は困難であった。ともかく、ディープウェルによる汲み上げと坑底注入の併用で、深さ119 mまで掘削を行った。

その後、深さ200 m付近にあることがわかっている安山岩層まで、殘り80 mほどの掘削にあたって、フランスで開発された注入工法であるソレタンシュ式注入工法（ソレタンシュ地盤改良工法）を採用することになった。この工法ではより精密に所定量の薬剤を必要な場所に注入することができるという特徴がある。3回に分けての注入が実施され、1975年（昭和50年）9月に深さ195 m付近で安山岩層に到達し、その後は順調に工事が進められた。1976年（昭和51年）6月4日に坑底に到達した。その後10月15日からバントン工事が行われ、1977年（昭和52年）5月15日に完了した。

中山立坑

中山立坑跡地。

中山工區は熊谷組に対して発注され、1972年（昭和47年）7月20日に着工した。中山工區は當初計畫では大宮起點112 km100 m地點から114 km900 m地點までの2,800 mを擔當することになっており、112 km640 m地點の下り列車に対して本線右側20 mの離れの地點に立坑を建設して取りついた。立坑の地表面から施工基面までの深さは277.9 m、施工基面より下にさらに35.0 m掘り、総深度は312.9 mである。立坑の內徑は6.0 mである。

中山立坑の地點では、基盤となる緑色凝灰岩層が隆起しており、立坑の313 mの深さのうち250 mほどが基盤の中に入っていた。このため四方木・高山の両立坑と異なり、工事中に湧水に悩まされることはほとんどなく順調に工事が進められた。他の立坑が難航を続ける中、中山立坑は1973年（昭和48年）10月12日には深さ313 mまでの掘削を完了した。その後バントン工事を1974年（昭和49年）1月31日から5月3日までかけて施工した。

なおこの中山立坑は、本坑の工事完成後は保線作業や渇水対策事業などで使用する見込みがなかったため、埋戻しが行われている。下部にはコンクリートを流し込み、その上は土砂を上部から投入して、コンクリートで蓋をして埋められている。

小野上北斜坑

小野上北斜坑跡地。正面の杉木立の下部に設けられていた。

小野上北工區は三井建設に対して発注され、1973年（昭和48年）3月1日に着工した。小野上北工區は當初計畫では大宮起點104 km610 m地點から106 km300 m地點までの1,690 mを擔當することになっており、大宮起點104 km900 m地點に取り付く全長810 mの斜坑を建設することになった。中山トンネルで唯一の斜坑であり、その傾斜は14.5度である。

斜坑掘削開始當初から湧水が多く、深くなるにつれてさらに増大していった。457.8 mまで掘削した1974年（昭和49年）9月27日に切羽（トンネル工事の先端部）が崩壊し大出水事故を起こした。出水量は340 t/分にも達し、約10分間にわたって坑口から水が噴き出した。この水量は、100萬人規模の都市の水道水を供給できる量である。出水事故當時先端にいた作業員は水に追われて斜坑を走って脫出することになった。また流出した水が斜坑付近にあった民家の床下浸水をもたらしている。

出水後、復舊工事を進めるとともにボーリング調査により地質を調査したところ、出水地點付近に20萬立方メートルに及ぶ大滯水塊が存在することが判明した。ほとんど地中湖同然の水塊であり、その水圧が地山強度を超えたことが出水事故の原因であった。

現行ルートでの斜坑掘削継続は不可能とされたが、しかし隣接する小野上南工區も難航していたことから、雙方の進捗狀況を検討した上で、小野上北斜坑のルート変更を行って建設を継続する方針となった。斜坑口から188 mの位置で大宮方へ20度で分岐し、勾配18度で本坑へ到達する、分岐後の延長447 mの新斜坑の計畫が決定され、1975年（昭和50年）11月に着手した。ところが新斜坑を掘るにつれて、舊斜坑の湧水量が減少してその分が新斜坑に出てくるような狀態となり、再び難航するようになった。1976年（昭和51年）7月5日、新斜坑の掘削を中止し、再度検討を行った。その結果新斜坑であっても、舊斜坑の中止原因となった滯水塊の影響を受ける範囲を外れておらず危険であることがわかり、掘削を継続するためには注入作業を併用しなければならないことが判明した。一方でこの間に小野上南工區は順調に進行するようになっており、7月10日時點では工區境まで510 mのところまで來ていた。雙方の進捗を考慮すると、小野上北斜坑が本坑位置に到達して本坑の掘削を開始できるよりも先に、小野上南工區からの掘削が到達すると考えられたことから、小野上北斜坑の工事継続を斷念することになり、1976年（昭和51年）11月18日に契約解除となった。小野上北工區が擔當するはずだった本坑の區間は、結果的に小野上南工區により建設されている。

本坑工事

名胡桃工區

名胡桃工區の開削工法工事跡。トンネル北口付近から南方向を望む。

名胡桃工區は清水建設に対して発注され、1973年（昭和48年）1月10日に着工した。大宮起點114 km900 m地點から116 km540 m地點までの1,640 mを擔當する工區で、新潟方の坑口からの工事となった。坑口側340 mを開削工法で施工した他は、底設導坑先進工法による機械掘削で順調に工事が進められた。下り勾配區間であったが、湧水の量は少なく問題とならなかった。1976年（昭和51年）7月31日に竣工した。結局、ほぼ予定通りに完成したのは名胡桃工區だけであった。

小野上南工區

小野上南橫坑。

小野上南工區は鉄建建設に対して発注され、1972年（昭和47年）9月1日に着工した。小野上南工區は當初の計畫では大宮起點101 km710 m地點から104 km610 m地點までの2,900 mを擔當することになっていた。大宮方の坑口を擔當する工區であるが、坑口のすぐ前を國道353號（着工當時は主要地方道渋川中之條線）が通っており設備を設置できなかったため、下り列車に対して本線左側の丘陵から188 mの橫坑を掘って本線の101 km860 m地點に取り付いて掘削工事を行った。この橫坑は、後にトンネル巡迴車両の基地として再利用された。

本坑は上り12パーミルの片勾配での掘削を進め、當初は底設導坑先進工法を使用した。土被りが厚くなり八木沢層に入るにつれて湧水量が増大したため、103 km760 m付近からサイロット工法（側壁導坑先進工法）に切り替え、水抜坑を掘りながら掘削を続けた。この際掘られた水抜坑は、高山工區本坑の同様の水抜坑とともに、トンネル微気圧波対策のために存置されている。小野上南工區が立坑による工區と異なるのは、上り勾配であるため湧水をポンプによらず自然排水できて、水沒することがないということである。

こうして平均60 m/月で進行してきたが、105 km600 m付近で四方木累層泥岩部に遭遇し、安山岩部からの高圧湧水により掘進が困難となった。水抜き坑や止水注入を行い、吹付コンクリートによる支保を採用するなどして約6か月かけて突破した。その先では綾戸安山岩層に入り、柱狀節理が発達していたため周辺からの湧水が多く、約4か月にわたって水抜きを続けてようやく水が止まり、この層を突破した。105 km950 m付近からは、水のほとんどない堆積岩層に入り順調に工事が進められたが、約20 m上は水を大量に含んだ八木沢層であり、やはり境界が不整合面を形成していた。このため慎重な掘削が行われ、一部で新オーストリアトンネル工法 (NATM) も採用された。106 km410 m付近からは八木沢層に入ることから、約4か月かけて薬液注入を実施し、これを完成させた。

中山工區本坑

中山工區は1974年（昭和49年）7月から導坑掘削に着手した。この工區は湧水はあまりなかったが、膨圧および高熱に苦しめられることになった。地質は緑色凝灰岩であったが、強度が弱く土被りの大きさによる大きな圧力により掘削した區間の岩肌が次第に膨張してきて坑道が狹くなってきてしまうという問題が発生した。こうした膨圧の強い區間の対応として、サイロット工法が選択された。サイロット工法は側壁導坑先進工法とも呼ばれ、全斷面のうち両側の壁になる部分に先に導坑を掘って壁面の覆工を行い、それから天井部分を掘ってアーチを形成し、最後に中央を掘削する方法である。しかしその導坑も膨圧により縮小が発生し、支保工は折り曲げられトロッコを走らせる線路は持ち上がり、通行も困難な狀態となってしまった。このため既に掘った區間の掘削作業をやり直す「縫い返し」が必要になり、作業は一進一退となった。1975年（昭和50年）7月に113 km328 m地點までたどりついたが、その後約1年間前進することができなくなった。

また岩盤の膨張に伴い山からの発熱があり、坑內の溫度が上昇したことも問題となった。コンクリートの硬化熱もあるため、坑內の溫度は摂氏40度を超え、しかも濕度も100パーセントという狀況になった。坑內にエアコンを設置してみたが、切羽部分だけ冷卻しても、エアコンの排熱が他の部分を溫めて灼熱となるため失敗した。また液體空気を散佈する方法も試したが、局所的にしか役に立たず、霧が発生して作業に支障をきたして失敗した。結局坑內に氷柱をおき、作業員は水を浴びながら作業を続けることになった。しかし特に冬期には、坑內と坑外の気溫差で體調を崩す作業員が続出した。

側壁導坑の膨圧対策として、1976年（昭和51年）5月からロックボルトと可縮支保工の試験施工を開始した。ロックボルトは、トンネル周辺の岩に2 - 3 mのボルトを打ち込んで人工的に岩の強度を強化しようというものである。一方可縮支保工は、周囲の岩盤を支えている柱（支保工）が圧力で座屈するのを避けるために、支保工の柱に可縮継手を入れて小さくできるようにしたものである。これにより、掘削後膨張が止まるまで1年ほどかかっていたのが、80日程度に短縮され、またその膨張量も抑えられて効果を上げることができた。

この成果を基に、新オーストリアトンネル工法 (NATM) を導入することになった。NATMでは、ロックボルトに加えて表面に吹付コンクリートを施工することで、さらにうまく膨圧に対処することができる。NATMは日本では中山トンネルにおいて初めて施工された。サイロット工法における導坑においても吹付コンクリートを併用することが検討されたが、溫度が高いことや換気に問題があること、立坑の輸送能力の制約などから見送られている。すでに掘削を終えていた名胡桃工區側から、1977年（昭和52年）3月に斷面90平方メートルのショートベンチ工法（斷面を2段または3段に分割して順次掘削していく工法）でNATMの使用を開始した。これは成果を上げ、平均月進65 mを達成して延長800 mを施工し、中山工區と名胡桃工區の間が1977年（昭和52年）10月に貫通した。この日本初のNATM導入に対して、「強膨張性地山における吹付コンクリートとロックボルト併用を主體とするトンネル工法の設計・施工」という名目で、日本鉄道建設公団東京新幹線建設局および熊谷組に対して昭和53年度土木學會賞技術賞が與えられている。

一方中山立坑より大宮方では、四方木・高山の両工區の工事が難航していたこともあり、工區割の変更が行われて4回に渡る追加発注が行われ、當初の2,800 mの工區長に1,800 mが追加されて4,600 mとなった。1981年（昭和56年）12月に中山工區の工事が完成した。

四方木工區本坑工事と1回目の出水事故

四方木工區では立坑着工以來5年10か月を要して、1977年（昭和52年）12月にようやく本坑掘削工事に着手した。四方木立坑の本坑基面高さ付近には八木沢層が存在して、その湧水が立坑の工事に大変な障害となったが、本坑周辺の地質は地上からのボーリング調査だけでは把握することが困難であった。そのため立坑坑底設備を準備している段階から、周辺に対して水平ボーリングを実施して地質調査を行い、下り列車に対して本線右側（東側）に堅固な閃緑玢岩が存在することが判明した。そこで工期を短縮するため、本坑東側の堅固な岩盤に迂迴坑を掘って八木沢層を迂迴し、隣接工區と連絡を図るとともに注入作業を行う基地を増やすことを狙った。こうして本坑の掘削と並行する形で、1978年（昭和53年）4月に迂迴坑に着手された。

迂迴坑は大宮起點106 km759 m40の地點から分岐し、四方木立坑から東へ伸ばしてその先で曲がり、新潟方は100 m、大宮方は140 m本坑から下り列車に対して右側に離れた位置を本坑に平行に伸ばして行った。當初はこのまま伸ばして本坑へ戻るようにする計畫であったが、前方をボーリングで探りながら掘削していき、八木沢層があることが判明すると迂迴するように曲げたため複雑な経路となった。新潟方の迂迴坑は1979年（昭和54年）2月23日、全長822.9 mで本坑大宮起點107 km394 m74の地點に到達して完成した。また迂迴坑より本坑に近いところに、本坑に対する注入を行うための注入基地を建設する工事を行った。

こうして迂迴坑と本坑を並行して作業を行っていた1979年（昭和54年）3月18日に出水事故が発生した。この時點で新潟方は、迂迴坑が本坑へ到達し、その先大宮起點107 km481 mの地點まで掘削が進んでいた。また立坑から直接新潟方への本坑は106 km804 m地點に到達していた。これに対して大宮方は、本坑が106 km661 m地點、迂迴坑が410.4 m（本坑の位置にして106 km455 m地點）まで掘削が行われていた。

出水事故を起こしたのは、本坑掘削予定地點に対して側面から薬液注入を実施するために、新潟方迂迴坑から分岐して掘削した注入基地であった。1979年（昭和54年）2月21日までに107 km086 m地點まで掘削した時點で、やや風化した岩盤が現れてきたために掘削を中止し、その地點で注入基地を設置する準備を進めていた。この時點では湧水はほとんどなかった。しかし3月16日になり100リットル/分ほどの湧水が発見されたため補強作業が開始された。17日には湧水が2トン/分に増加したこともあり、コンクリート覆工を行うことにし18日にその用意が整った。21時30分に確認した時點ではまだ湧水量は2トン/分程度であったが、22時に確認した時點では80トン/分にも及ぶ濁流が溢れだしていた。ただちに作業員の非常呼集がかけられ、51名の作業員が現場に急行して出水の阻止作業をしようとした。しかし出水現場の注入基地にたどり着くのも困難な狀況で、そのうちに照明が消えたことから現場へ行くのを斷念し、ポンプ室と変電施設の死守に方針を切り替えた。それでもあまりに水量が多く、水が止水壁を越えてポンプ室に流れ込み始めたため、23時45分に退避指令が出された。ところが、ポンプ室への浸水により電気系統がショートしており、立坑のエレベーターは動かなくなっていた。さらに立坑內の揚水ポンプの機能が停止したため、中継ポンプ室から溢れた水が滝のようにエレベーターに降り注ぎ、エレベーター內は大混亂に陥った。

地上では非常用発電機が立ち上がったが、坑內で電気系統がショートしているためすぐに停止してしまい、電気系統の切り替えが必要とされた。擔當している電気主任は渋川市內の自宅におり、緊急連絡を受けて現地へ自動車で駆け付けた。この際に、現場までの山道を全速で走ったためにパトカーの追跡を受け、それを振り切って現地へ駆けつけるほどであった。電気主任の系統切り替え作業により3月19日0時25分にエレベーターが動き始め、かろうじて51名は無事救出された。朝の8時35分の時點で、立坑の底から約250 mのところまで水位が來て安定していることがわかり、四方木工區は完全に水沒してしまった。

出水事故の原因は、注入基地建設の際にボーリングで八木沢層までの間隔を確認して掘削を止める位置を決めた際、間隔を4 m程度確保したつもりであったが、ボーリングの間隙に被りが薄くなっている地點があり、そこが水圧に耐えられなくなって崩壊し水が噴出したものと推定された。

四方木工區復舊工事と1回目のルート変更

出水事故で水沒した四方木工區を復舊するために、出水場所となった注入基地を閉塞する作業が行われた。これには、注入基地の360 m上部の地上からボーリングを行い、セメントミルクおよびモルタルを流し込むことで行われた。その上で、立坑に設置したポンプからの揚水量や、隣接する高山工區から行ったボーリングで排水された量と、立坑の水位の変化を比べることで、閉塞が確実に行われ水が止まったことが確認された。そこでポンプを設置し排水作業を行い、1979年（昭和54年）9月17日、出水事故から6か月後に排水作業を完了することができた。

排水完了後、損傷していたエレベーター関係の迴路復舊や高圧ケーブルの敷設しなおし、損傷ポンプの撤去や代替ポンプの新設などの作業を行い工區の復舊を進めた。坑內の點検と清掃も行ったが、地上から閉塞のために注入した注入剤が迂迴坑に流れ込んで堆積しており、その撤去まで新潟方への掘削作業を再開することができなかった。このため隣接する高山工區から導坑を貫通させ、新潟方からも応援の掘削を行った。最終的に四方木工區の復舊工事が完了したのは1980年（昭和55年）2月末のことであった。

なおこの四方木工區水沒事故において水沒した機材の費用は、工區を請け負っていた佐藤工業から公団に対して請求されたが、機材価格を偽るなどして総額6億2814萬4000円の請求額のうち約1億5000萬円が水増し請求であったことが會計検査院の調査で発覚し、1981年（昭和56年）11月26日の參議院大蔵委員會において追及を受けることになった。

中山トンネルのうち、四方木工區に屬する大宮起點106 km400 mから107 km300 mほどの區間は、高圧の湧水を伴う過酷な地質條件にあることがこれまでに明らかになっていた。一方で迂迴坑の掘削およびその際の地質調査により、本線より東側（下り列車に対して右側）には良好な地質の層が存在していることも明白になっていた。地質條件の悪い區間を直接掘削することも注入作業を行えば可能ではあったが、工期の短縮および工費の節約を図るためにはトンネルのルート変更を行って、地質の良い東側に本坑を移すことが有効であると考えられるようになった。四方木工區の水沒事故をきっかけにルート変更の方針となり、1979年（昭和54年）9月20日に公団総裁に上申され、9月27日に承認されてルート変更が決定した。

地質分佈の分析から、106 km600 m地點において従來の本坑から75 m東に移す方針が決定された。この時點で、大宮方に隣接する小野上南工區は105 km600 m付近まで接近してきており、その工事のやり直しをできるだけ少なくするように新たなルートを設定する必要があった。一方で新潟方に隣接する高山工區でも、108 km130 m地點付近において半徑6,000 mの曲線の設定があり、それに牴觸しないように設定する必要もあった。これに加えて、新幹線鉄道構造規則により最小曲線半徑は4,000 mと規定されており、これを順守する必要があった。

こうして、下り列車に対して半徑6,000 mの曲線で右へ曲がり、半徑4,000 mの曲線で左へ曲がり、再び半徑6,000 mの曲線で右へ曲がって元の本坑ルートへ戻る経路が決定された。従來の本坑より最大で85.81 m東にずれ、従來は八木沢層通過區間が約780 mであったところを約280 mに短縮した。

高山工區本坑工事と2回目の出水事故

高山工區では、1977年（昭和52年）6月から本坑掘削に着手した。高山立坑の底付近は堅固な安山岩や閃緑玢岩であったこともあり、本坑工事は順調に進められた。

立坑より新潟方では、大宮起點109 km600 m付近から古子持火砕岩層に入った。湧水は少なかったが水圧が高いままであり、水抜きが困難で、しばしば土砂流出を繰り返した。迂迴坑を建設したが、これも行き詰った。結局注入によって突破することになった。ソレタンシュ式注入工法を採用したが、工費が膨大であり月進6 - 10 m程度でしか前進できなかったため、異なる工法が検討された。その結果、ボーリング穴に真空ポンプを接続する水平バキューム排水工法（真空水抜工法）を採用することで月進30 m程度を達成することができた。1981年（昭和56年）10月に高山工區の新潟方が完成した。

一方高山工區の大宮方は良好な地質で順調に掘削を進めることができた。底設導坑先進上半工法により掘削を進めてきたが、108 km000 mから300 m付近には八木沢層が分佈していることがわかり、108 km380 m付近からサイロット工法に切り替えた。ここでも迂迴坑を掘ることが検討された。下り列車に対して本線右側（東側）の方が不整合面の尾根になっていると考えられたことから、東側に向かって迂迴坑を掘ってみたが、ボーリングにより前方に八木沢層があることが確認され前進できなくなった。當初の見込みとは逆に、下り列車に対して本線左側（西側）に閃緑岩があることが判明し、こちら側に迂迴坑が建設された。最大で180 mほど本坑から離れた場所を迂迴して、1979年（昭和54年）10月に107 km900 m付近に到達することに成功した。これにより八木沢層の背後に回ることができたため、八木沢層を両側から攻略するとともに、この間に出水事故を起こして停滯していた四方木工區へ向けて掘削を進めることになった。

迂迴坑により回り込んだ先で新潟方へ逆戻りするように本坑工事を進めて行ったが、108 km100 m付近で探りボーリングにより八木沢層が近づいていることが判明した。このため注入を実施して前進することになった。1980年（昭和55年）3月6日、108 km125 mまで導坑を前進させ、次のボーリングとコンクリート覆工を行う準備を進めていた。3月7日23時30分頃、108 km110 m付近で変狀が見られ始め、補強作業を行ったものの8日9時30分頃40トン/分の大出水となった。この當時、四方木工區と高山工區の間の坑道がつながったばかりであったため、この水は両方の工區に流れ込んでいった。出水から1日半の間は両工區の揚水能力の範囲內であったため完全水沒は免れていたが、3月9日17時30分に2次崩壊が発生し、110トン/分の大出水となって四方木工區と高山工區のすべてが水沒した。四方木工區がようやく復舊したばかりの時期の出水事故であったため、関係者に大きな衝撃をあたえた。前年12月24日に、1982年（昭和57年）春に東北新幹線と上越新幹線を同時開業させる方針が発表された直後であったが、この時期に再度の出水事故の打撃は大きく、ついに上越新幹線は東北新幹線との同時開業を斷念することになった。

今回の出水事故は、閃緑岩が半島狀に伸びているところにトンネルの本坑を掘る形となったため、両側面から水圧がかかって岩盤が劣化したことが原因と考えられた。

中山銀座と2回目のルート変更

前年の四方木工區出水事故の復舊工事と同様に、トンネル上部の地上からボーリングを行って閉塞作業を行うことになった。さらにこの作業期間を利用して、今後の本坑掘削工事に障害となる八木沢層の區間に対して地上から薬液注入作業を行っておくことになった。この注入作業を行うに際しては、その範囲をできるだけ少なくすることが求められた。このため、2回目のルート変更が決斷されることになった。ルート変更は八木沢層を通過する區間をできるだけ少なくすることが目的であった。小野上南工區と四方木工區の境界付近にある100 mほどの八木沢層の區間はどうやっても避けることができないが、高山工區の八木沢層區間は迴避して閃緑岩の層を通すことは可能であった。そのために80 km/h程度の速度制限を甘受して半徑500 mの曲線を挿入することさえ議論された。殘りの工程を詳細に検討した結果、高山工區の八木沢層は迴避しなくても小野上南工區と四方木工區の境界付近の八木沢層よりは先に掘り抜ける見込みとなったことから、制限速度160 km/hで半徑1,500 mの曲線を挿入することになった。1981年（昭和56年）1月7日に公団総裁に上申され、1月30日に承認されている。

注入ボーリングが行われたノーザンカントリークラブ上毛のスタートティーグラウンド。ボーリングが行われた地點は2018年現在、IN、OUTスタートホールに挾まれたパット練習場（畫像中央）になっている。

このルート変更により、下り列車に対して半徑6,000 mの曲線で右に曲がり、さらに半徑2,000 mの曲線で右に曲がって、半徑1,500 mの曲線で左へ、続いて右へ曲がって元の半徑6,000 mの右曲線につなぐ複雑な迂迴経路が設定された。2回のルート変更の結果、2か所の重キロ程が発生した。108 km120 m60地點でキロ程が20 m60巻き戻されて108 km100 m00となり、また108 km476 m67地點でやはり6 m32巻き戻されて108 km470 m35となって、都合26 m92のキロ程が重複している。この変更により、八木沢層を通過する區間は最終的に約140 mにまで短縮された。

こうして変更されたルート上の八木沢層區間に対して、地上からの注入作業が始められることになった。注入區間は106 km422 m - 106 km550 mの144 m、106 km638 m - 106 km692 mの54 m、108 km031 m - 108 km229 mの198 mの合計396 mとされた。そのために注入箇所の直上に敷地が必要とされた。前の2區間は直上が県道と國有林であったため、借地しあるいは道路を付け替えることで対処することができた。しかし最後の1區間は直上がゴルフ場（ノーザンカントリークラブ上毛ゴルフ場）であった。しかも直上にあたるのはスタートホールのティーグラウンドで、仮に営業休止となれば補償額が大きくなることは免れなかった。しかしゴルフ場側の理解を得て、ティーグラウンドを通常より前に出してボーリング作業を行うことができた。

外部圖片連結
中山銀座の坑外注入作業（最下部）

こうして注入作業が開始された。日本全國からボーリングマシンが100台以上集められ、ボーリング技術者の90パーセント以上が中山に集結した。作業は晝夜兼行で行われ、多數のやぐら群が煌々と照明で照らし出される幻想的な夜景は、誰からともなく「中山銀座」と稱されるようになった。平均360 mの深さのボーリングを643本行い、16萬立方メートルに及ぶ薬液を注入した。このための費用は257億円にも上ったとされる。坑外からの注入は、長いボーリングが必要であることや効果を確認しづらいこと、薬液の注入の無駄があることなど、費用面では明らかに不経済な方法であったが、上越新幹線全體の開業時期が中山トンネルの完成にかかっている以上やむを得ないものであった。この時期新潟県內の平野部ではすでに線路が完成し、1980年（昭和55年）11月5日からは試運転が始まっていたのである。注入作業は工區が復舊した後の1981年（昭和56年）6月まで継続された。

揚水量と水位の変化などから閉塞が完了したことが見込まれると、ポンプを増設して揚水量が増やされ、1980年（昭和55年）8月20日に高山工區、8月27日に四方木工區の排水がそれぞれ完了した。11月上旬に両工區の復舊作業が完了した。

トンネルの完成

中山トンネル北口。

中山トンネルの完成に上越新幹線全體の開通時期が依存していたこともあり、水沒した工區の復舊後は工事が急ピッチで進められた。地質・殘工事量・後続作業との兼ね合いなどを検討の上で工區割が再編された。作業員約2,000名が投入され、迂迴坑を利用して増やされた本坑掘削現場で24時間3交代制の猛スピードで工事が進められた。四方木工區では、立坑でズリを運ぶ裝置の稼働率が93パーセントに達するという記録的な値となった。1981年（昭和56年）8月、上越新幹線の開業予定が翌1982年（昭和57年）の11月と発表された。これに間に合わせるためには、トンネルを3月までに完成させて後工程の軌道工事・電気工事に引き渡す必要があった。

1981年（昭和56年）10月から12月にかけて、中山工區と高山工區の本坑工事が順次完了していき、殘されたのは四方木工區と小野上南工區の境界付近となった。この區間では1981年（昭和56年）7月27日に迂迴坑が貫通した。これは、迂迴坑ではあったが中山トンネルの全區間が貫通したことを意味し、また四方木・高山の両工區が下流の小野上南工區とつながったことで、水沒の恐れがなくなったことも意味した。小野上南工區の本坑工事は11月末まで続けられ、106 km430 m地點で完了した。これは當初設定の工區では小野上北工區を完全に含み、四方木工區の大宮方130 mまでをも含むもので、総延長は4,720 mとなった。そして四方木工區側から殘り40 mの工事が行われ、12月23日に貫通してようやく中山トンネル全區間の本坑が貫通した。

1982年（昭和57年）3月17日、群馬県知事や近隣町村長、公団総裁や請負會社の社長らが臨席して、中山トンネル完成式が行われた。代表者により最後の軌道用コンクリートの打設が行われた。これによりトンネルは土木工事から軌道工事に引き渡された。

トンネルの建設がまだ行われている中でも、既に完成した區間では軌道の敷設が始められていた。引き渡しを受けて最後の區間の工事が進められ、4月に軌道工事が、5月に電気工事が完了した。7月23日に試運転が開始され、11月15日についに開通を迎えることができた。

14,857 mのトンネルに、約10年の歳月とのべ230萬人の作業員が投入された。中山トンネルのメートル當たりの建設費は約839萬円に上り、上越新幹線の全トンネルの平均約330萬円を大きく上回った。わけても2回水沒し、八木沢層に苦しめられた四方木工區の建設費はメートル當たり3467萬円という多額に上った。トンネルの長さ14,857 mをかけると、総額は1246億5023萬円となる。この他に、渇水対策費として約119億円を費やしている。これだけの難工事であった中山トンネルであるが、上越新幹線全體で72名の殉職者を出しているのに対して、2名（資料によっては4名）の犠牲に留まっている。2回の水沒事故も犠牲者を出すことがなかった。このトンネルを、新幹線は約4分で走り抜ける。

渇水対策

八木沢揚水立坑。八木沢谷底かつトンネルの真上に立地する。

トンネル工事に伴い、地表では渇水の被害が広がった。特に小野上南工區では、坑口からの自然排水によりどんどん水を抜いていたので、その上部にあたる小野上村・子持村において深刻な被害が発生した。沢が1本幹上がり、その他の沢も水量が減少し、水道用の揚水井戸では水位が下がってポンプによる汲み出しができなくなった。こうした問題の対処のために給水車が隨時出動した。代掻きをする時期には農業用水の不足が問題となり、トンネル湧水や近くの川の水をポンプアップして対応したが、水量の不足に対処するために各農家での代掻きの時期の調整が必要となった。小野上南工區が柱狀節理にぶつかって大量の湧水が発生した際には、小野上村の基幹水源地の水源が枯渇し、トンネル湧水を水源地に送る全長約5 kmの配管を村道に沿って急遽建設して斷水を防いだ。

中山トンネル工事に伴う渇水で、高山村・小野上村・子持村の3村で合計約6,300人に何らかの飲料水被害が生じた。また農業用水被害を受けた面積は83ヘクタールに上る。期間中のべ4,600回の給水車出動があった。飲料水対策として水源地の付け替えなどが行われ、農業用水対策としても立坑の底に設置されたタービンポンプにより揚水して給水するようになっている。トンネル完成後も、高山立坑と四方木立坑は水道用の揚水施設として使用が継続されている。農業用水に関しては、17億3200萬円の渡し切り補償が村に対して行われ、これを原資に基金を設立して運用益により立坑と揚水施設の維持管理が行われてきた。しかし金融情勢の変化により、年間數千萬円に上る維持管理費を基金の運用で生み出すことは困難となってきた。また建設以來30年以上が経過して、安全性にも懸念がもたれるようになってきた。今後のことを考えると地下350メートルにある揚水ポンプを維持しながら農業経営を続けていくことは困難との考えになり、2015年度（平成27年度）までに維持管理費の少ない3か所の深井戸を掘って、ここからの給水に切り替えが行われた。それから3年を経ても特段水不足などの問題は生じなかったことから、揚水場を廃止する方向で村とJRの間で協議が行われている。

中山トンネル南口と放流塔。すぐ下に吾妻川が流れる。

完成後の坑內湧水は54トン/分程度で、このうち30トン/分程度は吾妻川に放流されている。本線101 km740 m地點に立坑が設置され、そこから國道353號の下を通って受水槽へ送られ、放流塔から吾妻川に放流されている。

年表

• 1972年（昭和47年）
  • 2月8日 - 四方木工區発注。
  • 4月 - 四方木立坑着工。
  • 7月20日 - 中山立坑着工。
  • 8月 - 高山立坑着工。
  • 9月1日 - 小野上南工區着工。
• 1973年（昭和48年）
  • 1月10日 - 名胡桃工區着工。
  • 1月27日 - 高山立坑掘削開始。
  • 3月1日 - 小野上北斜坑着工。
  • 10月12日 - 中山立坑坑底到達。
• 1974年（昭和49年）
  • 1月31日 - 中山立坑バントン工事着手。
  • 5月3日 - 中山立坑バントン工事完了。
  • 7月 - 中山工區本坑掘削開始。
  • 9月27日 - 小野上北斜坑出水事故。
• 1975年（昭和50年）
  • 11月 - 小野上北斜坑経路変更工事着手。
• 1976年（昭和51年）
  • 5月 - 中山工區側壁導坑においてロックボルト試験施工開始。
  • 6月4日 - 高山立坑坑底到達。
  • 7月5日 - 小野上北斜坑掘削中止。
  • 7月31日 - 名胡桃工區竣工。
  • 8月12日 - 四方木立坑坑底到達。
  • 10月15日 - 高山立坑バントン工事着手。
  • 11月18日 - 小野上北斜坑の継続を斷念、小野上北工區の契約を解除し廃止。
• 1977年（昭和52年）
  • 3月 - 名胡桃工區側から中山工區のNATMによる掘削を開始。
  • 4月27日 - 四方木立坑バントン工事着手。
  • 5月15日 - 高山立坑バントン工事完了。
  • 6月 - 高山工區本坑掘削開始。
  • 10月 - 名胡桃工區側からの迎え掘りにより中山工區まで貫通。
  • 11月30日 - 四方木立坑バントン工事完了。
  • 12月 - 四方木工區本坑掘削開始。
• 1978年（昭和53年）
  • 4月 - 四方木工區迂迴坑着工。
• 1979年（昭和54年）
  • 2月23日 - 四方木工區新潟方迂迴坑完成。
  • 3月18日 - 四方木工區出水事故。
  • 5月1日 - 四方木工區出水地點の閉塞のためのボーリング作業開始。
  • 9月17日 - 四方木工區排水完了。
  • 9月20日 - 1回目のルート変更を公団総裁に上申。
  • 9月27日 - 1回目のルート変更を承認。
  • 10月 - 高山工區大宮方迂迴坑完成。
• 1980年（昭和55年）
  • 2月末 - 四方木工區復舊工事完了。
  • 3月8日 - 高山工區出水事故。
  • 4月23日 - 高山工區出水地點の閉塞のためのボーリング作業開始。
  • 8月20日 - 高山工區排水完了。
  • 8月27日 - 四方木工區排水完了。
  • 11月上旬 - 四方木・高山両工區復舊工事完了。
  • 11月27日 - 施工再開。
• 1981年（昭和56年）
  • 1月7日 - 2回目のルート変更を公団総裁に上申。
  • 1月30日 - 2回目のルート変更を承認。
  • 6月 - 坑外注入を完了。
  • 7月27日 - 四方木工區と小野上南工區の間の迂迴坑が貫通、これにより全工區の間が貫通。
  • 10月 - 高山工區新潟方本坑掘削完了。
  • 11月 - 高山工區大宮方本坑掘削完了。
  • 11月末 - 小野上南工區本坑掘削完了。
  • 12月 - 中山工區本坑完成。
  • 12月23日 - 四方木工區と小野上南工區の間の本坑が貫通、中山トンネル全區間の本坑が貫通。
• 1982年（昭和57年）
  • 3月17日 - 中山トンネル完成式。
  • 4月 - 軌道敷設工事完了。
  • 5月 - 電気工事完了。
  • 7月23日 - 全線試運転開始。
  • 11月15日 - 供用開始。

技術的な影響と教訓

中山トンネルは、日本のトンネル建設史上屈指の難工事として知られるようになった。これは事前の地質調査をろくに行わずに建設するという、技術の基本を無視した行いの結果であった。中山トンネルや、ちょうど同時期に公団が建設を進めていた北越急行ほくほく線で建設に19年を要した鍋立山トンネルの教訓を受けて、改めて事前の地質調査と慎重なルート選定の重要性が広く認識されることになった。以降は、新幹線といえども直線的なルート選定に必ずしもこだわらず、北陸新幹線飯山トンネルのように難工事となる地層を最短距離で橫斷できるように曲線を描いた線形が採用されるようになった。これにより建設費の低減にも効果を発揮している。

新たに導入された工法

今回の中山トンネル工事では日本で初めて、新オーストリアトンネル工法 (NATM) が導入された。これは巨大な膨圧に対応するために導入された一手法であったが、その成功にトンネル技術者からの注目が集まった。さらに同時期に、オーストリアでNATMの視察をして帰國した日本國有鉄道（國鉄）の技術者が、多くのトンネルでNATMによる施工に切り替えを斷行したこともあり、NATMの採用が広がっていった。當初は慣れない吹付コンクリートの作業に手間取り、工期が長引いて工費が高騰するとの反対もあったが、慣れるにつれて作業が1か所に集中して管理しやすいことや作業員を減らせること、落石による事故を防げること、そして工費も低減できることがわかってきた。

本格導入から10年も経たない1987年度（昭和62年度）、土木學會はトンネル標準示方書を改定し、NATMをトンネル工事の標準工法と定め、従來の鋼製支保工を用いた工法を特殊工法とした。中山トンネルでのNATM施工は、それまで個別作業員の能力に頼ることの多かったトンネル掘削を初めて工學と呼べる水準に引き上げ、その後の日本のトンネル工學の発展に大きく寄與した。

薬液を注入する工法についても、中山トンネルが大きな役割を果たした。注入工法は古くから地質の悪いところを改良する方法として使われてきたが、信頼性のある手法とは言えなかった。中山トンネルの厳しい條件下で失敗を繰り返しながら注入剤と注入方法の改良が進められ、初めて信頼性のある工法として定着することになった。有機廃液によるバクテリア発生の問題を解決するために、実験段階であった新しい注入剤を試行し、これは後のトンネル工事において広く使われるようになった。中山トンネル以降では、注入工法はトンネル工事だけではなく地盤改良などにも多用される技術となった。

參考文獻

書籍

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雑誌記事・論文

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• 北向きのshinkansen. 鉄道ピクトリアル (電気車研究會). 2005-12-01, (769): 1 – 7 （日語）. 

相關條目

• 鐵道與政治
• 新奧工法
• 最長隧道列表
• 日本隧道
• 丹那隧道 - 伴隨着洪水事故的艱難隧道工程

外部連結

• Treasure Reports 第五章 中山トンネル