平成 30 年度 北の峰トンネルにおける非排水構造採用による環境保全 トンネル周辺の地下水位回復状況と環境保全効果について 旭川開発建設部富良野道路事務所 早坂美紅清水賢宏山﨑勲 旭川十勝道路 ( 北の峰 IC~ 布部 IC 間 ) に計画された北の峰トンネル L=2,928m は 平成 21 年度

北の峰トンネルにおける

非排水構造採用による環境保全

―トンネル周辺の地下水位回復状況と

環境保全効果について―

旭川開発建設部 富良野道路事務所 ○早坂 美紅

清水 賢宏

山﨑 勲

旭川十勝道路（北の峰IC～布部IC間）に計画された北の峰トンネルL=2,928m は、平成21年度 に工事着手し、平成30年11月に供用を開始した。トンネル周辺は広大な森林や水資源が豊富で あり、周辺水文環境への影響に配慮し、止水注入工や非排水構造（ウォータータイト構造）を 採用した設計・施工が行われた。 本文は、非排水構造採用によるトンネル周辺の地下水位回復状況と環境保全効果について報 告するものである。 キーワード：環境保全、地下水解析、トンネル

1. はじめに

旭川十勝道路は、旭川市から占冠村を結ぶ延長約 120kmの地域高規格道路であり、北海道縦貫自動車道と 北海道横断自動車道を接続することにより、北海道にお ける広域交流ネットワークを形成し、当該地域の交通円 滑化、地域間連携や広域的な人流・物流の活性化に寄与 する路線である。(図-1参照) 富良野市内では、主要産業である農作物輸送の物流交 通や観光交通、沿道市街地から発生する域内交通が輻輳 し、慢性的な交通混雑が発生していることから「富良野 道路｣（北の峰IC（富良野市字学田三区）～布部IC（富 良野市字上五区）間・8.3km）の整備を平成14年度に事 業着手している。 「北の峰トンネル」は「富良野道路」における延長 2,928mのトンネルであり、平成21年度から工事に着手し、 平成30年11月に供用を開始した。(図-2参照) 本トンネル周辺は芦別岳に代表される夕張山地山麓の 丘陵地で、広大な森林や豊富な地下水など豊かな自然環 境が保たれており、井戸等の地下水利用も認められる。 そのため、地下水環境の保全を目的として止水注入工や ウォータータイト構造（以下「非排水構造」という。） を用いた施工が行われた。 本文では、非排水構造等、本トンネルで採用した工法 による地下水環境保全効果について報告する。 図-1 北海道の高規格幹線道路・地域高規格道路網図 図-2 北の峰トンネル位置図 富 良 野 道 路

2. 地質概要

北の峰トンネル周辺の地質層序表を表-1に、地質平面 図を図-3に、地質縦断図を図-4に示す。 トンネルに出現する主な地質は、新第三紀の破砕質泥 岩（Tss）、泥岩（Ts）、第四紀の溶結凝灰岩（十勝火 砕流堆積物：Tk）、砂礫層（BT）からなる。構成地質の 主な特徴を以下に示す。 ■砂礫層（BT）：基盤岩の上位に段丘堆積物や扇状地堆 積物からなる砂礫層が分布する。この堆積物は、花崗岩 質岩や硬質な砂岩・泥岩、チャート、緑色岩、蛇紋岩な ど芦別岳を含む山地に由来する角礫～亜角礫を含む淘汰 の悪い堆積物からなる。透水性の高い地層である。 ■十勝溶結凝灰岩（Tk）：十勝火砕流堆積物である溶結 凝灰岩は、第四紀初頭に噴出したもので、溶結作用が進 行している新鮮部では比較的緻密であるが、風化部では 軟質となる。風化部では透水性が高く、新鮮な堅硬岩盤 でも、高透水性の亀裂が分布する場合がある。 ■破砕質泥岩（Tss）：北の峰トンネルの起点側～中間 部に分布する。破砕質泥岩は破砕作用を強く受けており、 多数のせん断面が形成され、脆弱化している。透水性は 低い。 ■泥岩（Ts）：北の峰トンネルの起点側の基盤を構成し ており、塊状無層理をなし比較的硬質である。透水性は 低い。 トンネルは終点側で御料断層を通過する。夕張―芦別 山麓からの地下水の涵養が、この御料断層によって堰止 められ、地下水がダムアップされている状況にあり、砂 礫（BT）層が分布する地域では地下水資源が豊富である。 表-1 地質層序表 図-3 北の峰トンネル地質平面図 0 200m ウォータータイト区間 プレグラウト区間 突発湧水 ナマコ山 基 川 線 二 川 線 m m m 図-4 北の峰トンネル地質縦断図 _{プレグラウト区間}

3. 施工概要

御料断層付近には被圧水が確認されており、北の峰ト ンネルでは、被圧帯水層の下を低土被りで通過すること から、三次元浸透流定常解析（工事完成形での地下水影 響を評価）により非排水構造(図-5参照 1) , 2)_{)区間の位} 置、延長の決定を行っている。また、被圧水が存在し透 水性の大きい（1.0×10-4_{cm/sec）砂礫層の分布が確認さ} れている御料断層付近には、非定常解析（工事進捗や涵 養量の季節変動等を考慮した解析）により止水注入区間 （プレグラウト）の位置、延長の決定を行った。 図-5 非排水構造（ウォータータイト構造）断面 (1) 地上からの事前止水注入工（プレグラウト）3) , 4) 砂礫層（BT）に対しては、カラムを用いた室内一次元 浸透試験を実施して、土砂地盤に注入可能な注入材料に ついて検討した。その結果を踏まえ、原位置試験施工を 行った上で“トンネル施工前に地上より止水注入工” (プレグラウト)を実施した。 (2) 坑内からの止水注入工 非排水構造区間のうち、プレグラウト区間より起点側 の十勝溶結凝灰岩層(Tk)では、AGF工施工時に突発湧水 が生じたため、坑内から止水注入工を行い、湧水量を管 理基準値以下に抑えて施工した。また、起点側の非排水 構造区間と排水区間の接合部に施工するバルクヘッドに ついては、透水性の低い泥質岩が、破砕質かつ軟質なた め、坑内からの止水注入改良実績も踏まえ、硬質な溶結 凝灰岩中に設置した。(図-6参照) 図-6 バルクヘッド位置概念図 (3) 防水工1),2) 防水工のシートは、非排水区間においては将来的に水 （t=0.8mm）より厚いt=2mm の防水シートが使用された。

4. トンネル湧水量と地下水位回復状況

(1) トンネル湧水量 北の峰トンネルでは、トンネル湧水量のモニタリング を行いながら施工を実施した。図-7に、トンネル湧水量 の変動図を示す。施工前は、御料断層通過時に断層によ って堰き止められた地下水がもととなり、大量突発湧水 が発生することが懸念されていたが、実際には湧水の増 加は認められなかった。これは、御料断層付近の地上か らのプレグラウトの効果によるものと推察される。従っ て、御料断層通過時には、周辺地下水位の低下も認めら れず地下水環境への影響はほとんど生じていない。 一方、非排水構造範囲内ではあるが、プレグラウトの 施工範囲外である十勝溶結凝灰岩層（Tk）では、高透水 性の亀裂に遭遇した際に突発湧水が発生している。 非排水構造が完成するまでの間は、仮排水よりトンネ ル湧水を排水しており、その量はトンネル全体で約 600L/minであった。非排水構造完成後、仮排水を閉塞す ると、それまで排水されていた湧水はトンネル内に引き 込まれなくなるため減少し、最終的には恒常湧水量は 250L/min程度となった。トンネル湧水量については、図-8に示すように、地下水解析によって概ねその変動を再 現し、解析モデルの精度向上を行った。 図-7 トンネル湧水量の変化 図-8 トンネル湧水量観測値と計算値 非排水断面 排水断面 排水断面 バルク ヘッド L=5m バルク ヘッド L=40m 一般部 L=160m 0 200 400 600 800 1,000 H 24 .1 0 H 25 .1 H 25 .4 H 25 .7 H 25 .1 0 H 26 .1 H 26 .4 H 26 .7 H 26 .1 0 H 27 .1 H 27 .4 H 27 .7 H 27 .1 0 H 28 .1 H 28 .4 H 28 .7 H 28 .1 0 H 29 .1 湧 水 量 (L /m in ) 観測値 計算値 H29.1 仮排水閉塞 御料断層通過

(2) 周辺地下水位 図-9に、トンネル近傍の地下水位観測結果を示す。地 下水位は、御料断層通過時には低下が認められず、Tk層 での突発湧水を境に低下が進行した。非排水構造区間の 仮排水閉塞後は、地下水位が回復する状況が認められ、 近傍観測孔では、平成30年8～11月で約80～88%の回復率 を示している。 水位変動をみると、平成30年4月付近から、概ね横ば いの水位変動を示しており、平衡状態に達したものと判 断される。これは、図-10に示すように、地下水解析の 将来予測計算結果でも同様の結果となっている。 (3) 間隙水圧 北の峰トンネルでは、事前に止水注入工を行った「プ レグラウト実施区間」と、事前の止水注入工を行ってい ない「プレグラウト未実施区間」の2断面に間隙水圧計 を設置し(図-11,12参照)モニタリングを行っている。仮 排水閉塞後は、水圧の上昇が認められ、地下水位の回復 および平衡状態に至る傾向が確認されている。 図-9 地下水位観測結果 図-10 地下水位観測値と計算値 図-11 間隙水圧測定位置 図-12 間隙水圧測定結果 176 178 180 182 184 186 188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 20 17 /1 /5 20 17 /2 /4 20 17 /3 /6 20 17 /4 /5 20 17 /5 /5 20 17 /6 /4 20 17 /7 /4 20 17 /8 /3 20 17 /9 /2 20 17 /1 0/ 2 20 17 /1 1/ 1 20 17 /1 2/ 1 20 17 /1 2/ 31 20 18 /1 /3 0 20 18 /3 /1 20 18 /3 /3 1 20 18 /4 /3 0 20 18 /5 /3 0 20 18 /6 /2 9 20 18 /7 /2 9 20 18 /8 /2 8 20 18 /9 /2 7 (E L.m ) 日時 断面②_標高換算 R側 天端 L側 SL高 トンネル上端 H29.1 仮排水閉塞 測定断面① 測定断面② 0 30 60 90 120 150 180 210 -1.0 2.0 5.0 8.0 11.0 14.0 17.0 20.0 H28.8.1 H28.12.1 H29.4.1 H29.8.1 H29.12.1 H30.4.1 H30.8.1 H30.12.1 H31.4.1 H31.8.1 H31.12.1 H32.4.1 H32.8.1 H32.12.1 H33.4.1 H33.8.1 H33.12.1 H34.4.1 H34.8.1 H34.12.1 降 水 量 （m m ） 地 下 水 位 (G L -m ) 降水量 計算値 H15B-01 H29.1 仮排水閉塞

5. 周辺地下水環境保全効果

前述の通り、北の峰トンネルは、周辺地下水環境の保 全を目的に、一部区間で非排水構造等を採用した。施工 中、完成後における河川流量のモニタリング結果および 周辺環境の保全効果を以下に示す。 (1) 河川環境の保全効果 北の峰トンネルを無対策（排水構造）で施工した場合、 地下水解析では、基線川で85%、二線川で70%程度、河川 流量が減少(図-13参照)することが予測された。 継続的なモニタリング調査において、施工中、完成後 の河川流量は施工前と比べ顕著な変化は見られず(図-14,15参照)、非排水構造等の採用により、トンネル施工 による河川への影響抑制が図られ、河川環境の保全に効 果があったものと考えられる。 図-13 地下水解析モデルによる河川流出量の施工前と無対策 時の比較 図-14 基線川の夏季渇水期河川流量の経年変化 図-15 二線川の夏季渇水期河川流量の経年変化 基線川上流域には、豊かな自然環境に囲まれたペンシ ョン群があり、二線川沿いには自然と触れ合う体験施設 等が存在する。河川流量が減少し、河川沿いの植生が変 化した場合、地域の重要な観光資源である自然景観への 影響が懸念された。特に二線川沿いには、被圧による湿 地等が存在し、自然豊かな景観をなしており、地下水位 低下状態が数十年続いた場合には、湿地が乾燥し、消失 することが懸念された。(写真-1,2参照) トンネル完成後においても、河川沿いの植生や湿地環 境に変化は見られないことから、非排水構造等の採用に より、河川流量の減少による周辺植生への影響や長期的 な地下水位低下による湿地への影響もなく、自然景観の 保全に効果があったものと考えられる。 写真-1 ペンション等観光施設近傍の沢 写真-2 基線川付近の湿地 (3) 地下水利用への影響抑制 北の峰トンネル周辺では、地下水を利用している箇所 があり、地下水位低下による井戸枯渇が懸念された。ま た、富良野市は北海道を代表する観光地であり、新たな 施設の建設等による地下水利用も想定されることから、 トンネル完成後の地下水位回復が課題であった。 前述の通り、非排水構造区間の仮排水閉塞後は、地下 水位が回復する状況が認められ、近傍観測孔では、約８ 割の回復率を示しており、井戸の再利用が可能な水位ま で地下水位が回復している。 ニホンザリガニ 305 796 46 265 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 基線川 二線川 河 川 流 出 量 (m 3/日 ) 施工前 無対策の場合 の施工後 ▲_85% ▲67% 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H25 H26 H27 H28 H29 H30 河 川 流 量 （ m 3 / se c ） 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H25 H26 H27 H28 H29 H30 河 川 流 量 （ m 3 / se c ） 突発湧水 突発湧水

6. おわりに

北の峰トンネルは、山麓からの地下水涵養が断層によ り堰き止められ地下水が豊富な地域において、その断層 を貫通するという難工事を行うものであった。また、ト ンネル施工前から施工中及び施工後の影響について地下 水変動解析を有効に活用することで、周辺環境への影響 について配慮しながら施工を行った。 施工前に三次元浸透流解析を実施し、トンネル施工に よる周辺地下水環境への影響を踏まえて対策工法を検討 し、止水注入工や非排水構造を採用した。止水注入工の 施工により、懸念されていた断層通過時の突発湧水は抑 制することができた。非排水構造区間においては仮排水 閉塞後に機能効果が現れ、地下水環境の回復が確認され た。 また、止水注入工、非排水構造の効果により、河川環 境への影響が抑制され、周辺の植生環境や自然景観の保 全が図られたものと考えている。 謝辞：本報告に際してご協力いただきました関係者の 方々に深く感謝の意を表します。 参考文献 1)舘 雅春：ウォータータイトトンネルにおける円形断 面の施工実績―旭川十勝道路 富良野市 北の峰トンネ ル工事―：2017 トンネル技術研究発表会 2)柴田 寛和：北の峰トンネルにおけるウォータータイ ト区間を含めた施工状況報告―トンネル周辺の地下水 位回復に向けて―：第 60 回北海道開発局技術研究発 表会 3)千葉哲也：帯水層におけるトンネル施工のための止水 注入工とその管理について：第 55 回北海道開発局技 術研究発表会 4)小林 暁：帯水層における非排水構造トンネルの施工 について―非排水構造の施工中間報告―：第 56 回北 海道開発局技術研究発表会.