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九州新幹線(博多・新八代間)の工事概況(来春の開業に向けて)
長谷川雅彦

キーワード:九州新幹線(鹿児島ルート)、路線・計画概要、主な構造物施工概要

1.はじめに

鉄道建設・運輸施設整備支援機構は、現在、北海道、東北、北陸、九州(鹿児島、西九州)の5線の整備新幹線の建設を行っている。
九州新幹線鹿児島ルートは、福岡市から鹿児島市に至る延長約257㎞の路線であるが、先行して工事を行ってきた新八代・鹿児島中央間は平成16年3月13日に開業している。残る博多・新八代間は工事が概ね完成し、平成23年3月12日の全線完成に向けて、諸準備を進めている(図-1)。

2.路線概要

九州新幹線鹿児島ルートは、昭和47年6月に基本計画決定および調査の指示、昭和48年11月に整備計画決定および建設の指示を受け、旧国鉄において昭和61年8月に工事実施計画の認可申請(博多・西鹿児島間)が行われた。
昭和62年9月、新幹線鉄道の建設は鉄道・建設運輸施設整備支援機構(平成15年10月1日に日本鉄道建設公団と運輸施設整備支援事業団を統合して発足)において一元的に行うこととなり、引き続き建設推進準備事業を進めた。八代・西鹿児島間は、平成3年8月22日に工事実施計画の認可を得て、鹿児島市において起工式を行い、工事に着手した。
その後、平成10年3月に船小屋・新八代間の工事実施計画認可を得て、筑後市で起工式を実施、さらに、平成13年4月に博多・船小屋間の追加、新鳥栖駅の整備が認可され、鹿児島ルートは、博多・西鹿児島間全線で整備を進めることとなった。
また、平成16年6月に博多駅のホームの増設および船小屋駅の設置が認可され、平成17年12月には博多・新八代間の開業設備関係の工事実施計画ならびに完成期限を平成22年度末とすることが認可された。
なお、先行して整備を進めた新八代・鹿児島中央間は平成16年3月13日に開業し約7年を迎えるが、予想を上回る多くのお客様のご利用をいただいている。全線開業時には、山陽新幹線と相互直通運転を行う計画となっている。
沿線には、政令指定都市である福岡市をはじめ熊本市、鹿児島市など60万人以上を擁する都市が連なり、沿線人口の合計は約500万人にも達することから、九州内の都市間の結びつきを高めるとともに、これらの都市が関西圏と直結することにより、地域経済の発展に大きく貢献するものと期待している。

3.計画概要

現在建設を進めている博多・新八代間(線路延長約130㎞)は、博多駅から博多総合車両所までの約8㎞は、山陽新幹線として昭和50年に完成しているため、工事延長は約121㎞となる。
設置される駅は、博多・新鳥栖・久留米・筑後船小屋・新大牟田・新玉名・熊本の7駅である。
このうち、新鳥栖駅では交差する長崎本線に新駅を設置し、また、筑後船小屋駅は並行する鹿児島本線の船小屋駅を移設し、在来線との接続を図る計画である。さらに、久留米駅と熊本駅は在来線駅舎と併設され、自由通路で結ばれる計画である。
車庫検査修繕施設としては、新鳥栖・新大牟田・熊本に保守基地を新設し、熊本駅の新八代方約9㎞に車両検査、修繕等を行う基地として、熊本総合車両基地を新設する。
路線の基本的な緒元は以下のとおりである。
最小曲線半径 4,000m
最急勾配    35‰
軌条の種類   60㎏レール
軌間        1,435㎜
設計最高速度 260㎞/時
到着時分 博多・鹿児島中央間1時間19分
(現在2時間12分)(開業前3時間40分)
熊本・新大阪間2時間59分
(現在3時間57分)
新大阪・鹿児島中央間3時間45分
(現在5時間2分)

4.土木構造物の概要
4-1 構造種別毎の延長と割合

当該区間は、福岡市、鳥栖市、久留米市、筑後市、大牟田市、玉名市、熊本市および八代市などの各都市を通過し、九州を代表する筑紫平野、筑後平野、八代平野等の平野部を通過することから、全延長の約7割(約84㎞)が明かり区間となっている。トンネル区間は、九州で最長となる延長約12㎞の筑紫トンネルをはじめ16本の合計で約37㎞となる。構造種別毎の延長と割合は以下のとおりである(表-1、2に主な構造物を記す)。
・路  盤  約 6㎞   約 5%
・橋  梁  約17㎞  約14%
・高架橋   約61㎞  約50%
・トンネル 約37㎞  約31%

4-2 主なトンネル及び橋りょうの施工概要
4-2-1 筑紫トンネル

筑紫トンネルは福岡県那珂川町から佐賀県鳥栖市に至る延長12,115mの九州内で最長となる山岳トンネルで、周辺には4箇所のダムや多数の河川の支流が存在し、福岡都市圏や近隣都市の水瓶になっている背振山系の東端を貫いている。
地質は中生代白亜紀に形成された3種類の花崗岩類を主体とし、5箇所の大きな断層破砕帯の存在が確認された。また、トンネル延長の40%が水源涵養林となっており、自噴水も見受けられることから地山全体にわたって被圧地下水を賦存しているものと想定された。
そこで断層破砕帯箇所の施工方法、並びにトンネル掘削時の湧水によって発生が懸念される地下水位の低下、ダムおよび河川流量の減少、生活・農業用水への影響等について検討・整理を行い、トンネルの経済的かつ合理的な設計・施工の実施に向けて、九州新幹線筑紫トンネル特別委員会(委員長樗木武九州大学名誉教授)を設置し、技術的な深度化を図り、以下の対策を講じた。
ルート選定において、平面線形では周辺にある4箇所のダムから離隔を確保し、縦断線形では最急勾配の35‰を採用して土かぶりを小さくすることで地下水への影響範囲の低減を図るよう計画した。
詳細かつ広範囲に実施した地質調査に基づき、東西15㎞・南北15㎞・鉛直方向1,300mに及ぶ3次元ブロックモデルに切羽位置・掘削速度・覆工の有無等を組み込み、予測期間を15年とした高精度の水収支シミュレーション解析を実施した。
断層破砕帯の詳細な性状を把握するため、延長35㎞に及ぶ高密度電気探査、孔芯制御ボーリングや長尺斜めボーリング等を実施し、地質の劣化位置や滞水位置を正確に特定し解析に反映させた。
掘削にあたっては、解析で得られた湧水位置・量・地山劣化状況を施工に反映させることで、水抜きボーリングや鏡ボルト等の通常の補助工法を効果的に組み合わせた施工法の採用が可能となった。
また、解析により、適切な観測井戸等の配置や渇水の応急対策設備の事前検討が可能となり、継続的に実施した観察・測定により、必要に応じて迅速かつ的確に渇水応急対策を実施することができた。
トンネルの施工は、福岡県側2工区、佐賀県側2工区の4工区で、平成15年6月より本坑掘削を開始し、ベルトコンベアによるずり搬出や大型集塵機の採用など環境負荷低減に努めながら工事を進め、平成19年12月に県境部で全貫通させた。

4-2-2 松原線路橋

松原線路橋は、福岡県久留米市に位置し、九州新幹線がJR鹿児島本線(複線)、久大本線(単線)の在来3線を跨ぐ線路橋で、縄手架道橋(単純合成桁1連 L=85m)と松原線路橋(連続合成桁3スパン×4連、4スパン×2連の計21連 L=1,158m)からなる総延長1,243mの線路橋である(図-2、写真-1)。
在来線上の連続合成桁での線路橋としては国内最長の施工である。

下部工は、門型鋼ラーメン橋脚16基、壁式橋脚5基からなっており、市街地での狭隘な場所での営業線近接工事となることや、タイトな工程等などの課題を解決する必要から、スリムケーソンや大口径場所打ち杭(φ2.5m)を採用し、工期の短縮を図った(写真-2)。

在来線3線を跨ぐ16基の門型橋脚の架設には、短時間での架設が可能な横梁回転架設工法を新たに技術開発し、実証実験後採用した(特許取得済み)(図-3)。

合成桁の架設は、起終点の作業ヤードから、桁の擬似連結とエンドレス滑り装置の採用による多径間一括送り出し(片押し出長648,595m)工法を採用した。

4-2-3 大野川橋りょう

大野川橋りょうは、熊本県宇城市内を流れる二級河川大野川を27゚52’で渡河する橋りょうである。新幹線の平面線形はR=4,000mの緩和曲線中に位置している。景観・騒音・塩害等の環境対策が課題であった。
河川協議により堤体内に橋脚を設置することが不可となったため、「2径間連続トラス桁+PC桁(L=113m+113m+30m)」と「PC4径間連続エクストラドーズド橋L=286m(30m+113m+113m+30m)」を比較検討した結果、近隣の新幹線騒音の環境基準(Ⅰ類型70db)を満足させるため、PC4径間連続エクストラドーズド橋を採用した(写真-3)。

一体型の下部工はケーソン基礎とし、躯体は河積阻害率を満足させるため、流心方向を長辺とした小判型とし、主塔を橋りょう直角方向に設置するためコーベル構造とした。
1年間にわたる風観測を実施した結果、自然風によりレインバイブレーション(斜材の振動)が発生しやすい地形であることが判明したため、制振装置を設置して対応することとした。
斜材は、エポキシ樹脂塗装・ポリエチレン被覆の2重防錆ケーブルとし、斜材ケーブル保護管の色調についての景観検討委員会を九州新幹線建設局において開催し、検討を行った。
委員会では、①日射による温度変化を受け、斜材ケーブルが伸縮し、主桁に影響を及ぼさないよう淡い色調とする、②基本色調はオレンジ色(火の国・宇城不知火・デコポン)とする、ことを色調の選定条件とし、淡いオレンジ色を採用することとした。
外見は景観を考慮し、橋脚躯体や桁外面について、丸みを付けることによって、全体に柔らかみのある橋りょうとなっている。
また、防音壁(全高3m)の上部1mは「透明板」とし、電気設備である架線も主塔部分では電柱建植を行わず、主塔から吊架することで外観をすっきりさせている。
施工は、大野川河口部で海苔養殖が行われているため「9月末~翌年3月の河川内工事は不可」であり、河川管理者との協議により出水期である4月~9月を施工期間として、平成21年8月に無事しゅん功した。

4-3 九州新幹線と在来線連続立体交差事業

九州新幹線の熊本連立並行区間は、熊本駅北側約5㎞付近から熊本駅南側約1㎞付近までの6㎞区間にわたり、JR鹿児島本線の高架化と並行して建設される区間である。全国で初めて、新幹線事業と在来線高架化事業(熊本県が施工主体)を同時に進めるものであり、街づくりの推進に寄与するとともに、互いの事業の効率性や経済性を高めることが可能となっている(図-4)。

連立並行区間の特徴は、連立区間始点から約4㎞にわたり在来線の仮線切り替え後に新幹線本体の施工を行い、完成した新幹線高架橋下に再度在来線の仮線を切り替え、在来線の高架橋の建設を行うことで工期や用地の工夫を図ったことである。また、同時に進めることにより、両事業共同で幹線下水道の移設、3箇所の陸橋の撤去・移設を行うことなどが可能となった。
仮線の切り替え手順を下記に記す(図-5)。
②現況在来線東側の支障家屋を移設する。③そこに在来1次仮線を敷設し、④現況在来線の跡地に新幹線高架橋を建設する。⑤新幹線高架完成後に、新幹線の高架下に在来2次仮線を敷設する。⑥1次仮線の跡地に在来線高架橋を建設する。⑦在来線高架橋の供用を開始し、2次仮線を撤去する。

この4㎞にわたる区間の新幹線の高架橋は、在来線2次仮線が直下を走行できるように、高架橋の柱間隔を広げた構造として設計した。
都市部で営業線に近接した狭隘なヤードでの施工環境などの制約が多い中で、平成22年度末完成に向け最短の工区では約15ヶ月という厳しい工程であったが、関係者の協力を得て、埋設管や3陸橋等の支障する設備の撤去・移設に伴う多岐にわたる協議・工程調整を図り、平成21年4月に土木工事を完成することができた。

4-4 熊本総合車両基地

熊本総合車両基地は熊本県熊本市富合町に位置し、長さ約1.4㎞、幅約150m、敷地面積約20万㎡を有する日本で3番目の新幹線総合車両基地である。
本基地は、発着収容線13線、仕業検査線、交番検査線各2線、臨時修繕線、車輪転削線、台車検査線、全般検査線が設備され、検車庫、台車検修場、車体研修場、車体塗装場等の設備を持ち、九州新幹線車両の検査・修繕業務の要となる施設となる(写真-4)。

工事は、平成18年8月に盛土工事から開始し、開業をにらんだ厳しい工程管理のもと、敷地内を縦横に走る道水路等付替を行いながら盛土・基礎工事を進めた。
土木工事の特徴は、①軟弱な有明粘土層が約10~15mの厚さで現地地盤に厚く堆積し、盛土による大きな圧密沈下が予想されたこと ②車両基地用地に近接して土構造のJR鹿児島本線等が存在するため、盛土による変状の影響を抑制する必要があったこと ③開業工程から、盛土工事を約2年で完了させるとともに、設備工事との競合等綿密な工程管理が求められたことがあげられる。
これらの課題を克服するため、現地試験盛土によって粘土層の沈下性状と沈下促進効果を精度よく把握した上で、近接構造物、競合工事等の条件に応じて工事エリアを約30にブロック分けし、工程・安全性・経済性を総合的に勘案して最適な施工順序と沈下促進工法を決定した。
沈下促進工法はプレロード工法を基本としつつ、特に急速施工が必要な箇所は、鉛直ドレーンと真空ポンプによって地盤内の水と空気を直接排出することで、急速な圧密効果を期待できる真空圧密工法を採用した(写真-6)。

実施工では、徹底した工程管理と計測管理の結果、JR鹿児島本線の走行に影響を与えることなく、所定工期内に盛土工事を完了することができた。

5.おわりに

関係者の長年にわたるご尽力により、平成16年3月に無事開業した新八代・鹿児島中央間は、通勤・通学定期のお客様の数も増加するなど、地域の足としてもご利用いただいている。
博多・新八代間においても沿線地域はもとより多くの皆様から寄せられる期待に応えるべく、安全で経済的に、より良い施設を提供できるように心懸け、山陽新幹線と相互直通運転となる全線開業後は、環境にやさしい21世紀の九州の高速交通体系の骨格として、地域の発展に大きく寄与することを心より願うものである。

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