鹿児島市域は、鹿児島湾岸に低平な沖積低地が展開しているが、沖積低地の三方は台地・丘陵地で囲まれており、市域の大部分を台地・丘陵地が占める。鹿児島東西道路は、この台地を貫いて鹿児島市の郊外と中心部を結ぶ延長約3.4㎞の道路で、郊外側の約0.7㎞を除いた約2.7㎞がトンネルとなる。約2.7㎞のトンネルのうち、郊外側の約1.5㎞が比高30～80ｍのシラス台地を貫く山岳トンネルで、残りの約1.2㎞は市街地直下の沖積層に構築される都市トンネルとなる。最終的に、山岳トンネルと都市トンネルはつながった一本のトンネルとなるが、山岳トンネルの中央付近ではランプトンネルが分岐し、地上にアプローチする。

新武岡トンネルは、ランプトンネル（2車線）を用いて山岳トンネル区間の暫定供用をめざすもので、鹿児島東西道路のうち本線約900ｍとランプトンネル約700ｍが該当する。鹿児島東西道路概念図を図－１に、位置図を図－２に示す。

本稿では、新武岡トンネルの施工において、主に特殊部の施工結果について述べる。

鹿児島市域の地形は、鹿児島湾岸に展開する低平な沖積低地と海抜標高50～200ｍの台地または丘陵地（シラス台地）に代表される。

本トンネルはこのシラス台地を貫く形で計画されている。シラスは、後期更新世に姶良火山（現在、姶良カルデラとして鹿児島湾の桜島より北部に形を残す）から流出した入戸火砕流の堆積物を起源とし、この入戸火砕流堆積物の大部分を占める非溶結部もしくは弱溶結部分がシラス（一次シラス）と定義される。シラスは、地山深部でも未固結の土砂状を呈すというのが特徴を有する（写真－１参照）。

小土被りでの軟質なシラス地山を掘削することは、地形・地質条件的に厳しく、地表の沈下対策が課題となった。

住宅直下区間に続く市道横断区間は、トンネル上部の市道との離隔が5ｍと極めて厳しい条件でのトンネル掘削となった。市道は、朝夕の混雑が激しく、路線バスや10ｔダンプ等の大型車両が多く混入する主要道路であるとともに、市道直下には高圧のガス管、光ケーブルなどの重要保安物件が存在する（図－８参照）。

さらに地質は、市道横断部のトンネルの天端から上半にかけては軟質な沖積層や盛土であった。そのため、切羽天端の崩落から市道の陥没といった大きな事故を回避することが最大の課題であった。

また、当該区間のガス管については、迂回させることが望ましいと考えていたが、幹線のガス管であるため迂回ができず、古いガス管を可とう性の高い管に敷設しなおすという対処に留まった。そのため、地表の陥没に加えて地表面沈下対策が重要な対策課題となった。

このような状況から、トンネル天端の崩落対策として、切羽天端部に長尺先受け工法（住宅直下区間は無拡幅のシングル配置、市道横断部は拡幅のダブル配置）、鏡面に長尺鏡ボルトを採用した（図－９、10参照）。さらに、地表面沈下対策として、補助工法に加えて、上半先進工法（図－11）を補助ベンチ付き全断面掘削に替えて、インバート一次閉合（図－12）を行った。本区間では、これらの対策工により地表面沈下量を20㎜以下に抑えて、無事に掘削を終えることができた。

当該区間の二次シラス（沖積層）は、トンネル断面で、Ｎ値が2程度のトンネル底版部においても2～5程度の極めて軟質なものである（図－13参照）。そのため、本区間のトンネル掘削においては、天端や鏡面の崩落、トンネル脚部沈下、地表面沈下、トンネル掘削によるトンネル管理所の杭基礎への影響が懸念されたことから、表－１に示す施工方法について比較検討を行った。

その結果、対策効果、施工性、工費、工期面で優れる地盤改良工法を採用した。地盤改良施工ヤードの全景を写真－３に示す。トンネル施工時には、地表面の沈下や側方のトンネル管理所の杭基礎への影響もほとんどなく、トンネル直上の地表面沈下量も最大3㎜程度と計画時に想定した以上の効果を得ることができた。

このような状況から、三面水路の撤去方法および水路ボックスの防護方法について表－２に示す検討を行った。事前撤去案については、増水時の水替えの問題、工費面、工期面から不利と判断され、トンネル坑内からの撤去方法について、詳細な検討を行った。その結果、ＡＧＦ等による先受け、長尺鏡ボルトによる鏡面の安定確保および水路ボックスの事前の防水処理により、トンネル施工時の撤去が可能であるとの結論に至った。

トンネル掘削時は、天端部の小崩落等もあったが、水路には大きな変状を与えることなく無事に施工完了した。

起点側坑口から500ｍ付近のトンネル上部は沢地形を埋め戻した、軟質な盛土のり面となっており、のり面の上部には高校建物、のり面の下方には住宅地を抱えている。盛土前の土被りは20ｍ程度と小さく、トンネル天端部の地質は、沢地形に沿って風化が進んだと考えられるＮ値20～30程度の軟質なシラスとなっている。その上部は表土を挟んで盛土地盤が高校となっている。

写真－６に当該区間の航空写真、図－18 に横断図を示す。

また、盛土については荷重としてトンネルに載荷されるため、トンネル支保工に大きな断面力が発生した。発生した軸力からトンネルに載荷する換算緩み高さを求めると20ｍ近い大きな荷重が載荷されていたと考えられる。

本区間では、このような状況から、前述の市道直下区間と同様（ＡＧＦ、インバート一次閉合等）の対策を行った。

施工時のトンネル本体の沈下の経時グラフを図－19に、三次元自動計測機で行ったのり面の地表面沈下計測の経時グラフを図－20に示す。

トンネルの天端沈下については、インバートの一次閉合までに約10㎜の沈下が発生しているのに対し、その後の沈下量は3㎜程度で、インバート閉合から1～2Ｄ程度の進行でほぼ収束していることがわかる。また、地表面沈下については、先行変位が切羽の到達の2Ｄ程度前方から計測され、トンネルの天端沈下の収束とほぼ同じ傾向で収束することが見て取れる。このように、インバート閉合による沈下抑制効果が確認できた。

新武岡トンネル新設（2期）工事では、今後、シラス地盤にて本線とランプトンネルの合流区間（超大断面区間）のトンネル掘削を行う。超大断面区間の掘削断面積は約380㎡と道路トンネルとしては、日本最大級の断面積となる（図－21参照）。

しかも、本区間は未固結のシラス地山で、このような厳しい条件下でのトンネル掘削は日本でも前例のないものとなるが、これまでに蓄積したトンネル掘削のデータを活かして、安全施工を目指したいと考えている。

本稿では、未固結シラス地山で周辺の環境を保全しながら、施工とＮＡＴＭの実施した結果を報告した。南九州特有のシラス地山はＮＡＴＭの対象地山としては極めて軟質であり、しかも、本トンネルのように都市域に位置することも少なくない。そのため、施工には困難を伴う場合が往々にしてあるが、本トンネルでの実績が、今後の類似の工事の参考となれば幸いである。

また、新武岡トンネルは、今後、最大の山場である超大断面掘削の施工に向かう。これについては、また、別の機会に報告させて頂きたい。