橋・トンネル、復旧の最前線

壊れ方を決めて損傷を制御
●設計の想定を超える外力に備える

新しい阿蘇大橋の橋脚付近から橋台側を望む（写真＝日経コンストラクション）

　深さ100mの渓谷の切り立った斜面。時折秒速10mを超える強風が吹き抜ける中で重機がせわしなく動き回り、橋脚基礎の建設が急ピッチで進む。国土交通省九州地方整備局熊本復興事務所が約60億円の工費をかけて整備する国道325号阿蘇大橋の架け替え工事の現場だ。2016年4月16日未明の本震で落橋した旧橋の約600m南側で、分断された南阿蘇村の中心部と熊本市方面をつなぐ。

　20年度の開通を目指す新しい阿蘇大橋（以下、新阿蘇大橋）。設計に当たって最も大きな課題となったのは、熊本県内を南西から北東に横切る布田川断層の存在だ。

橋と活断層が交差

断層が新阿蘇大橋と交差 ●布田川断層と新しい架橋位置 布田川断層は国土地理院が作製した活断層図の位置を示す。国道57号の大分市方面は通行止めが続く	新しい阿蘇大橋のアプローチ部（写真＝日経コンストラクション）
	国土交通省による完成予想図（写真＝日経コンストラクション）

　国土地理院が作成した活断層図によれば、布田川断層は新阿蘇大橋の南側で途切れる。一方、学識者らは現地調査の結果などから、断層がさらに北東まで続いて新阿蘇大橋と交差していると推定した。別のルートも検討したが、最終的には経済性や利便性、工期などを踏まえ、架橋位置をここに決めた。

　布田川断層は地震時に約1.4mの右横ずれが想定される。再び大きな地震が起これば、断層を挟んで立つ2つの橋脚が車道と直角方向に互いに離れる向きに動こうとする。橋げたでつながっているので全体が引きずられるように動いて落橋する恐れがあった。

　そこで18年3月、断層をまたぐ部分の支承（橋げたと橋脚をつなぐ部材）を“壊れやすく”設計して橋全体の損傷を最小限にすることを決めた。具体的には、支承と橋脚を固定する取り付けボルトの耐力を他の部材の耐力より低くしておき、断層が変位した際に真っ先に破断するように設計する。あらかじめ壊れる部材や壊れ方を決めておいて、設計の想定を超える外力や変位が作用した時、損傷を制御する。こうした考え方は今後の耐震設計のトレンドの一つになるかもしれない。

　国交省が17年に改定した道路橋示方書では、橋の設計手法を従来の許容応力度設計法から限界状態設計法へと大きく転換した。これまで道路橋の設計に用いてきた許容応力度設計法では、全ての部材に作用する最大の応力をそれぞれの許容値以下に抑えるという考え方に基づいていた。そのため、部材の耐力に序列を付けるという発想は受け入れられにくかった。

　これに対して新しい設計法では、強烈な地震動が作用した場合にある部材は無傷に抑え、別の部材は損傷を許容するといった「限界状態」を部材ごとに設定できる。それぞれの限界状態に差を付けることができるので、部材が壊れる順番を決めることが可能だ。

トンネル急速施工の秘密

　九州を東西につなぐ動脈である国道57号は、阿蘇大橋地区の斜面崩壊によって分断された。国交省九州地方整備局は、現道の北側に新しく延長13kmの「北側復旧ルート」を建設中だ。崩壊箇所を迂回して熊本県大津町と阿蘇市を結ぶ。

●国道57号北側の復旧ルート

　ルート上では橋の建設や土工事など大小合わせて30件の工事が急ピッチで進む。なかでも全長の3分の1を占める二重峠トンネルは、阿蘇の外輪山を挟んだ2つの坑口から昼夜を問わず掘進する目玉現場だ。施工者は、阿蘇市側の延長2kmの担当が安藤ハザマ（東京・港）・丸昭建設（熊本県人吉市）地域維持型建設JV（共同企業体）、大津町側の延長1.7kmを掘り進めるのが清水建設（東京・中央）・福田組（新潟市）・松下組（熊本県芦北町）地域維持型JVだ。いずれも17年6月に着工した。

　本坑に先行して掘り進めている避難坑の進捗率は、18年5月時点で全体の70％を超えた。対して35％程度にとどまる本坑の掘削は、間もなく切り羽（坑道の掘進現場）の数を5つに増やして高速施工に取り掛かる。

　避難坑と本坑を横坑でつなぎ、通常は1工区につき1つの切り羽を、複数設ける計画だ。避難坑の掘削で得た地山の地質条件などを吟味して、新たな切り羽の位置を検討している。5つの切り羽は施工者の発案で実現。九州地整が発注時に技術提案で求めた工期の短縮に応えた。

　切り羽を複数設けるには、ドリルジャンボやダンプトラックといった大型の重機が避難坑を通行できる必要がある。しかし、一般的には事故が起こった際の緊急車両などの利用を想定するので、断面積は約18m2と本坑よりもはるかに小さい。重機の通行は困難だ。そこで、避難坑の拡大も提案。断面積を倍以上の50m2に拡張した。

　課題を解決し、地震からわずか1年弱で工事に着手できたのは、九州地整が「技術提案・交渉方式」のうち「技術協力・施工タイプ（ECI、アーリー・コントラクター・インボルブメント）」という発注方式を国交省の直轄工事で初めて採用したからだ。

　ECIとは、詳細設計の発注と並行して施工者を決め、そのノウハウを設計に反映する仕組み。合理的な設計が期待できるほか、通常、詳細設計完了後に実施する積算や発注手続きの手間を省けるので速やかに工事に着手できるメリットもある。二重峠トンネルでは、技術提案の効果と合わせて1年半以上の工期短縮を見込む。

　ECIでは発注者はまず、応札する建設会社の中から「施工予定者」をプロポーザル方式で決めて、技術協力業務を契約する。施工予定者は施工計画を作成したり、自社のノウハウを設計に取り入れたりして設計業務に協力する。

　そうして出来上がった設計図書を基に工事費の見積もり金額を提出。発注者と合意できれば改めて「施工者」として契約する。九州地整が基本設計などから算出した工事費は2つの工区を合わせて215億～270億円。技術提案や技術協力による変更を見込んで幅を持たせた。実際の契約金額は合計231億円だった。

本坑の切り羽では早期開通に向けて日本に数台しかない「エレクター一体型吹き付け機」を使用（写真＝日経コンストラクション）

　両工区では他にも様々な機材や材料を駆使して早期開通に取り組んでいる。トンネル補強材の組み立てと吹き付けコンクリートの施工を1台で賄える「エレクター一体型吹き付け機」を活用するほか、吹き付けコンクリートの強度を一般的なケースの2倍に変更した。コンクリートの厚さを3分の2程度に抑えられるので吹き付け量が減り、掘進速度の向上に寄与する。

復旧工事を通じて新技術

　復旧工事を通じて新たな技術の活用や進化が進んだのは、ここで取り上げたところに限ったことではない。その意味で、災害対応の現場は技術を進化させる「ゆりかご」のような存在だと言える。

　被災地に対する関心は、発災直後をピークに次第に薄れがち。しかし、次なる災害に備え、得られた教訓を平時に生かすうえで、復旧・復興に向けた取り組みに学ぶべきことはむしろ多い。

（夏目 貴之＝日経 xTECH／日経コンストラクション）