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トンネル維持管理の現状と課題― 道路トンネルの点検制度と対策技術 ―

国立研究開発法人土木研究所道路技術研究グループトンネルチーム上席研究員 砂　金　伸　治

１.道路トンネルの現況

道路トンネルは一般に地形に制約をもった箇所にある場合が多い。そのため通行が困難となった場合に適当な迂回路が少なく、交通や物流に与える影響が非常に大きい。2014 年に国土交通省令において道路

の維持または修繕に関する技術基準が定められ、トンネルにおいても一定の知識および技能を有する者によって定期点検を行うことが義務付けられ、定期点検要領１,２）が発出された。その後、研究開発や調査研究から得られた知見等を反映した維持管理便覧３,４）の改訂も行われている。道路トンネルは時代の要請を受けて得

られてきた技術的な知見の蓄積とともに、道路整備の進展の流れと相まって図－１に示すように 1960 年以降急激な伸びで建設されてきた。供用後 30 年以上を経過したトンネルは箇所数ベースで全体の約６割程度に及んでいる。今後もトンネルの箇所数や供用延長、老朽化するトンネル数は増加し、既設トンネルの高齢化が進むものと考えられる。また、道路トンネルに対して求められていた役割は物流や交通をなるべく短い時間や距離で結ぶことであったが、社会環境の変化によ

り更に高度な役割やサービス水準の高い機能が必要とされる場面も見られており、これまで以上にきめ細かい配慮が必要になると考えられる。しかしながら、道路トンネルの維持管理に関しては様々な現場条件や社会条件の制約を受けることが多く、ある一定程度の画一的な考え方を導出しようとした場合、解決すべき課題が残されている。本稿ではトンネル維持管理の現状と課

題として、道路トンネルにおける点検制度、変状の特徴、トンネルの対策技術について概説するとともに、今後の課題について述べる。

２.道路トンネルの点検制度

道路トンネルにおいてはメンテナンスサイクル、すなわち、点検→診断→措置→記録によるサイクルをもとに、継続的な維持管理を行うことが求められている。定期点検要領１,２）では、定期点検の対象となるトンネルは、道路法において規定される道路におけるトンネルとされ、トンネル本体工およびトンネル内に設置されている附属物を取り付けるための金具類やアンカー等を対象として実施するものとされている。なお、定期点検以外の各種の点検については、道路管理者が個別に定めて点検を実施する。

定期点検の頻度は、トンネルの最新の状態を把握するとともに、次回の定期点検までに必要な措置等の判断を行うために必要な情報を得るために行うものとして設定される必要がある。定期点検要領ではこれまでの実績や知見等を踏まえ５年に１回の頻度で実施することが原則とされている。定期点検の方法は、原則としてトンネル本体工の変状を近接目視により観察するものであり、加えて、うきやはく離等が懸念される箇所に対してハンマーで打診し、覆工表面のうきやはく離の有無および範囲等を把握する打音検査を行うものとされている。同時に、利用者被害の可能性のあるコンクリートのうき等を撤去するなどの応急措置を講じる。また、点検の結果、変状の状況をより詳細に把握し、推定される変状原因を確認することを目的に、必要に応じて変状の状況に見合った調査を実施するものとされている。なお、変状原因が明らかになっている場合等は、調査を省略することが可能である。点検の結果を踏まえ、健全性の診断を

行う。健全性の診断は①変状等の健全性の診断と②トンネル毎の健全性の診断に分けられる。①についてはトンネル本体工の場合、材質劣化または漏水に起因する変状はそれぞれの変状単位で、外力に起因する変状は覆工スパン単位で行う。②については、道路管理者が保有するトンネル全体の状況を統計的に把握するなどの目的で総合的な評価を行うものとされている。変状等の健全性がトンネル全体の健全性に及ぼす影響は、環境条件や当該トンネルの重要度等によっても異なるため、トンネル毎で総合的に判断することが必要である。点検結果や健全性の診断結果等を受け

た措置では、トンネルの機能や耐久性等を回復させるための最適な対策方法を、経済性も踏まえて検討する。措置とは対策または監視を指すが、対策の方法とし図－１　道路トンネルの総延長と箇所数の変遷

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ては適用する対策の効果と持続性、即応性、点検後に行われる調査の容易性等から本対策と応急対策に区分して取り扱うこととし、これまでの知見を活用して行われている。

３.トンネルにおける変状の特徴

トンネルにおける代表的な変状は覆工コンクリートに現れることが多い。その原因は、外力の作用等の外因（外的要因）と、使用する材料等の内因（内的要因）に大別できると考えられている。変状の機構や変状区分、変状現象をまとめると図－２のようになる。変状が発生・顕在化する場合、これらの原因が複合的に生じ、明確に原因を特定することが困難であることが多い。しかし、顕在化した現象を整理すると、変状区分として「外力による変状」「材質劣化による変状」「漏水による変状」の３つに集約されると考えてよく、この観点で判定を行うことが示されている。外力による変状に関しては、緩み土圧、

膨張性土圧、偏土圧といった土圧によるもの、また、地すべりの発生やトンネルが置かれている地点における支持力不足、水圧・凍上圧による変状が代表的なものとして挙げられる。トンネルの建設ではトンネル全線の地山の挙動を長期にわたるまで精度よく予測することは技術的にほぼ困難であるとともに、当初は予想できない外力が供用段階において作用する場合もある。また、材質劣化による変状に関しては、

コンクリートの経年劣化、凍害、使用材料および施工方法に起因する変状が多いと考えられている。コンクリートの品質の変化の影響を受けることから時間の推移と密接に関係するが、一般に材質劣化による変状の進行の速度は外力による変状に比較して小さく、適切な対策を講じることで、変状に対処することが可能である場合が多い。さらに、漏水による変状に関しては、

覆工の材質劣化の原因や、背面の土砂の流出による緩みの増加等により外力による変状の原因にもなるが、それ以外にも、漏水自体が問題となる場合と、漏水に伴って土砂流入、滞水、石灰分の溶出、つらら、側氷、氷盤等の二次的な変状が発生する場合がある。

４.トンネルにおける対策技術

点検および調査の結果を受けて行われる対策においては、変状の状況を十分に把握し、対策方法を選定するとともに、対策の目的を満足する範囲で経済性を考慮して規模等を決定する必要がある。対策には、主に覆工の材質劣化や漏水によって低下した機能の回復・維持を目的とした補修対策と、主に覆工の構造的安定性の確保・維持を目的とした補強対策とに区分して取り扱われる。材質劣化や漏水に関する対策は主に前者を、外力対策には後者を適用することが多い。また本対策は、図－２に示したように

期待する対策効果の点から「外力対策」「はく落防止対策」「漏水対策」の３つの対策の区分に分類して考えるのが合理的である。表－１に対策の区分に対応する対策工選定の目安を示す。対策工の選定にあたっては工法の組合せ等についても

十分留意する必要がある。なお、外力対策はトンネルの構造的な安全性確保の観点から覆工の耐荷力の向上（あるいは外力の作用の軽減）を図るものであり、はく落防止対策は利用者への被害防止の観点からコンクリート片の落下を防ぐことを期待する対策である。このことから材質劣化が原因（例えば巻厚不足）の場合でも外力対策が、外力の作用が原因の場合でもはく落防止対策が必要となる場合もある。以下、表－１に示す工法のうち、特に

外力対策とはく落防止対策に着目し、多用される主な対策工に関して対策の分類の観点からその内容について概説する。

図－２　変状原因と変状区分および対策の区分との関係３）

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(１)外力対策「覆工内面の補強対策」の代表的なものとして内面補強工と内巻補強工がある。前者は内空側の覆工表面に補強材を設置し、覆工と一体化を図る工法である。覆工表面の引張ひび割れを抑制し、覆工の耐荷力の向上を期待するメカニズムであるものが多い。後者は覆工内空側に場所打ちコンクリート等により新たな覆工を内巻きして耐荷力を確保する工法であり、特に多用されるのがプレキャスト工や埋設型枠・モルタル充填工、鋼材補強工である。工法によっては覆工と内巻補強工の間に防水シートを併用することで漏水対策も実施できる。覆工内面の補強対策の多くは覆工コン

クリートに対して対策を施すものであるが、断面の切削と地山の掘削を伴うなどの大規模な対策もあり、それは「覆工改築対策」として示されている。覆工改築対策には、覆工そのものを改築する覆工改築工とインバート工が代表的なものと

して挙げられる。前者はトンネルのアーチや側壁部の比較的広範囲にわたって変状や材質劣化が著しく、覆工としての機能を維持できず、他の補強工法では対処できない場合に、アーチや側壁部の既設の覆工コンクリートを部分的あるいは全面的に取り壊し、恒久的な対策として行うものである。また、後者ではインバートの新設または改築を行う。トンネル供用後、写真－１に示すように既設のインバートが破壊して著しい盤ぶくれ現象が発生する場合がある５）が、その盤ぶくれに加え、路面の沈下や側壁の押出し等の変状に対する補強対策として採用し、トンネルを構造体として閉合するものである。また、既にインバートが設置されているにもかかわらず、同様の変状が生じている場合に、その一部を改良したり、厚さを増したりする場合もある。覆工改築対策は大規模な施工となり、施工における安全面や施工性自体を考えると全面車線規制で施工することが望ましいが、

通常は工期が長期間にわたるため、連続的な全面規制を行うのは困難であることが多い。そのため、車両を通行させながらの片側施工や夜間の短時間に短い区間延長で全断面施工が行われる場合が多い。

(２)はく落防止対策はく落防止を考えるにあたっては、「は

く離部の事前除去対策」、「覆工の一体性の回復対策」、「支保材による保持対策」が主に考えられる。はく離部の事前除去対策としては、は

つり落とし工が基本的な対策工法であり、うき・はく離箇所を、ハンマー、電動ピック、ディスクサンダー等を用いて除去する対策である。また、覆工の一体性の回復対策として

はひび割れ注入工が多く用いられる。これはひび割れが発生した覆工で鉄筋が存在する場合の腐食対策や当て板工等の下地処理として適用される場合が多い。

※参考文献３では工法によって適用に注釈が付されている場合があり、適宜参照されたい

表－１　対策の区分と本対策工の種類(参考文献３）を加筆修正)

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さらに、支保材による保持対策としては、金網工やネット工が用いられる。これらはうき・はく離箇所を金網またはネットで覆って、周囲の健全な覆工にコンクリートアンカー等で固定することではく落を防止する工法である。施工性が良好で作業時間も短い場合が多く、はく落防止対策として多用される。最近では、写真－２に示すように防錆対策が不要で、ある程度剛性も期待できる FRP メッシュ（ガラス繊維の FRP グリット筋にガラスメッシュ網を併用したネット）により補修する実績が増えている。本工法は、あくまで劣化箇所を保持してはく落を防ぐ工法であり、劣化部分の改善を図るものではないことに留意する必要がある。ただし、定期的な頻度で対策の効果を確認できる場合で諸条件を満足する場合において本対策工として適用できると判断している３）。同様に、うき・はく離箇所（または断面修復工の適用箇所）を当て板により保持する当て板工がある。当て板の材料としては、パネル系または繊維シート（樹脂含浸による板形成）があり、いずれも補修材料と覆工表面に接着または固定する。

５.維持管理技術に関する今後の課題

維持管理の考え方として、点検→診断→措置→記録といったメンテナンスサイクルが位置付けられた。このサイクルを一層有効にするためには以下の点に関して検討が行われるべきであると考えられる。点検に関しては結果のばらつきを極力

少なくするための方策が求められる。そのためには原因を推定する精度が重要になり、点検業務に従事する技術者のスキ

ルアップを図る必要があることに加え、前回までの点検記録等を参照することが容易となった上での点検の実施とその判定が行われること、また、さらなるデータの蓄積とその活用が図られることが望まれる。加えて、メンテナンスサイクルを支える上で、現場の点検の実情や特性を十分踏まえた形で、自動化・省力化・システム化等を目的とした技術開発が求められる。さらに、新たな知見を踏まえた、現場

の状況に見合った対策手法の確立を図る必要がある。供用中のトンネルで変状原因を究明すると、前述したように過大な土圧の作用、コンクリート覆工の材質、そして漏水に関する原因に大別される。これらに対して用いられる補修・補強工の適用や効果も原因によって異なる。対策手法の開発にあたっては材料の特性のみならず、現地への適用性や実験等を通じた検証を踏まえて行われるのが望ましい。また、中長期的に補修・補強材の劣化が進行し、再補修が必要となる場合が多い。対策工の選定にあたっては、初期工事費のみならず再補修も含めた耐久性の観点から、対策工を選定することが望まれる。道路の特性によっては補修・補強にと

どまらず、大規模な更新を行うことが望ましい場合もあり、設計荷重の評価や、より合理的な工法等、今後の積極的な研究・技術開発が待たれるところである。また、内空断面余裕のないトンネルにおける対策工の破損や、対策工自体が変状箇所を被覆することで、のちの変状の状況や進行の確認が困難となる場合も多く、それらへの対応も不可欠である。加えて、樹脂系接着剤を用いる工法に関しては、冬期の低温下では施工性が著しく低下す

る場合があり、工事時期についても配慮する必要があるものと考える。トンネルの維持管理において解決すべ

き内容は、設計、施工、対策等が行われる時点において、その時代の最新の知見を駆使した、総合的な検討が求められるということが言える。トンネル構造の耐荷力の向上を図ることや、老朽化に向けた対策として経済性を踏まえて安全性を追求していくことにとどまらず、トンネル構造物がさらなる機能を付与できるように考慮する必要もある。供用年数の長い道路トンネルの増加ということに加え、社会情勢の変化に見合った道路やトンネルの利用方法も考えるとともに、上記の課題解決を行いつつ、道路トンネルの合理的な維持管理を進めていく必要がある。

【参考文献】

１）国土交通省道路局：道路トンネル定期点検要領,平成26年6月

２）国土交通省道路局国道・防災課：道路トンネル定期点検要領,平成26年6月

３）　日本道路協会：道路トンネル維持管理便覧【本体工編】,平成27年6月

４）　日本道路協会：道路トンネル維持管理便覧【付属施設編】,平成28年11月

５）奥井,鶴原,太田ら：盃山トンネルに発生した急激な路面隆起変状の計測および解析による変状メカニズムの考察,土木学会トンネル工学報告集第19巻,pp.173-180,2009年11月

写真－１　既設のインバートの破壊事例５） 写真－２　ネット工（FRPメッシュ）の例