東京メトロ東西線南砂町駅改良工事(2020年9月19日取材)

トンネル側壁の取り壊しが進む南砂町駅

東京メトロ東西線は、沿線での宅地開発の進行により混雑が著しくなっています。この問題を解決するため、現在線路の増設や拡幅などの大規模改良工事が各所で進められています。その1つである南砂町駅の2面3線化工事について先月中旬に現地を調査してまいりました。また、昨年刊行された専門誌において東西線の改良工事の現状について詳細が発表されました。今回はこれらの情報を元に南砂町駅改良工事の現状について総合的に解説します。

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■東京メトロ東西線の混雑緩和対策
2010年から2017年にかけて導入されたワイドドア車両15000系 シールドトンネルを解体してホームが拡幅される木場駅
左(1):2010年から2017年にかけて導入されたワイドドア車両15000系
右(2):シールドトンネルを解体してホームが拡幅される木場駅


 東京メトロ東西線は東京都のJR中央線中野駅から都心部を貫通し、千葉県のJR総武線西船橋まで至る全長 30.8kmの地下鉄路線です。中野駅からはJR中央線の三鷹駅まで、西船橋駅からはJR総武線の津田沼駅(平日朝夕のみ)と東葉高速鉄道の東葉勝田台駅までそれぞれ相互直通運転を行っています。
 東西線は、元々中央線・総武線の混雑緩和のためのバイパス路線として建設されましたが、千葉県内の区間(浦安・市川・船橋の各市)では、東西線開通により利便性が向上したことから沿線で宅地開発が急速に進むことになりました。その結果、朝ラッシュ時の混雑率は2011年以降国内最高となる199%※1(木場→門前仲町7:50~8:50)となっており、総武線を上回る激しい混雑となっています。この混雑の激しさにより、東西線では朝ラッシュ時に各駅での乗降に時間がかかり、列車の遅延が常態化しています。そのため、民営化前の営団地下鉄時代より

●全列車の10両編成化による定員増加
●浦安以西各駅停車の「通勤快速」の新設による混雑平準化
●ワイドドア車の導入による乗降時間短縮
●CS-ATC化による運転間隔の短縮(最短2分)

を行ってきました。2000年代に入ると、東京都心での再開発ブームにより、これらの対策も限界が見え始めたため、新たなメニューとして

(1)ワイドドア車(15000系)の増導入(2017年完了)
(2)門前仲町駅のホーム拡幅(2013年完了)
(3)南砂町駅の2面3線化:線路容量の増大(2027年度完成予定)
(4)茅場町駅のホーム拡張:東西線ホームを延長・階段増設・停車位置変更・日比谷線ホーム拡幅(2022年度完成予定)
(5)木場駅のホーム拡幅:ホーム上の混雑解消(2025年度完成予定)
(6)九段下駅折り返し機能向上:引上線の平面交差解消(2025年度完成予定)


が立案され、各計画とも鋭意工事が進められています。(注:完成予定年度は東京メトロ中期経営計画「東京メトロプラン2021」(リンクは記事末尾)による。)この東西線混雑緩和対策にかかる総投資額は1200億円にのぼり、会社を挙げた一大プロジェクトとなっています。

▼脚注
※1:新型コロナウイルス感染拡大後は首都圏の各路線とも通勤客が激減しており、来年以降数値が大きく変わる可能性がある。


■南砂町駅2面3線化工事の概要
1989年の南砂町駅付近の航空写真
1989年の南砂町駅付近の航空写真
※本図は国土地理院Webサイト「地理院地図Vector(試験公開)」で公開されている「年代別写真:1988~1990年」に加筆したものである。>


 南砂町駅は1969年の営団地下鉄東西線東陽町~西船橋間延伸時に開業しました。開業当時駅の真上には、洲崎川という運河があったことに加え、洲崎川自体が北側にある砂町ポンプ所(1990年3月廃止)の排水路も兼ねていたことから、川を埋め立てることもできませんでした。そこで、南砂町駅については陸上で13個に分割して作ったトンネル筐体の下部を掘削して地中に埋め込む「ケーソン工法」により建設されました。また、運河が真上にあることから出入口の設置場所も制限を受け、改札口はホーム両端のみのコンパクトなレイアウトとなりました。
 開業時は周辺が工場ばかりだった南砂町駅ですが、都内のその他の地域と同様1990年代以降再開発により高層マンションが多く建設されました。このため、南砂町駅の乗降客数は約6万1千人(2019年度)と10年間で約1.5倍増加しており、駅構内の混雑が激しくなっています。東京メトロでは、東西線全体の混雑緩和も兼ねて南砂町駅の南側にもう1面ホームを増設し、2面3線化する大規模改良を行うことを2011年に決定しました。

南砂町駅の改良前の構内図 南砂町駅の改良後の構内図
南砂町駅の改良前(左)と改良後(右)の構内図(実際は直線ではなくカーブしている)

 南砂町駅の2面3線化は、駅前後の区間を含む440mについて現在のトンネルの大半を取り壊して外側に拡大し、南側にもう1面島式ホームを増設します。これにより、現在の2番線(中野方面行き)は線路の両側にホームが付く上下線兼用ホームになります。これにより、朝ラッシュ時は先行列車が駅を出ないうちにもう1本ある線路に後続列車を進入させる「交互発着」が可能となり、遅延の抑制が実現できます。また、東西線は荒川や江戸川といった長大橋梁があるため、荒天時は強風による速度規制・運転見合わせがしばしば発生します。現状では地上区間が運転見合わせになった場合、東陽町駅で折り返す必要がありますが、南砂町駅が2面3線化されると当駅で折り返しが可能となるため、運転区間を1駅延長できるようになり利用者への影響が低減されます。
 なお、トンネルの改築は列車を運行しながら行うため、現在のトンネル躯体を包むように新しいトンネルの躯体を構築します。このため、1番線(西船橋方面行き)についても線路を外側に移設できるため、現ホームについても幅が6mから9mに拡張されます。また、駅の両端はポイントがあるためトンネル内に中柱を設けられず、トンネル天井が厚くなります。南砂町駅は荒川・中川の橋梁に近く深度が浅いため、トンネル天井が厚くなると地下1階の階高を十分確保することができません。そこで、現在ホーム両端にある改札口はどちらも廃止し、新たに駅中央の線路上部に改札口を集約します。この際階段やエスカレータもホーム全体に分散するよう再配置し、懸案となっていた構内の混雑の緩和も合わせて実現されます。

■トンネルの沈下・浮き上がりによる工事の中断
 南砂町駅改良工事は2013年夏から始まっています。着工当初の計画では今年度(2020年度)の完成が予定されていましたが、運河を埋め立てたという立地により地中に予想外に大量の廃材が埋まっていることが判明し、完成が2022年度へ延期されました。さらにその後も延期が繰り返されており、最終的に完成は7年後の2027年度へ大幅に遅れることとなりました。この大幅な工事の遅れの原因となったのが、掘削開始前後に発生したトンネルの沈下・浮上現象です。このトラブルについて昨年秋に刊行された土木・建設関係の専門雑誌「土木施工」に詳しい記事が掲載されていましたので、その内容を引用しつつ経緯を説明します。

●トンネル下への地盤改良による沈下
南砂町駅トンネル下への地盤改良イメージ 地盤改良による沈下の原因イメージ
左(1):南砂町駅トンネル下への地盤改良イメージ
右(2):地盤改良による沈下の原因イメージ


 南砂町駅改良工事では、東西線が営業運転中のトンネル周囲を掘削して新しいトンネルと接続することになります。運河を埋め立てて建設された立地ゆえにトンネル周囲は粘土を主体とする大変軟弱な地盤となっていること、ケーソン工法で建設されたためトンネル各所に「継ぎ目」が存在することから、掘削に伴いトンネルが容易に変形してしまうことが予想されました。そこで、本格的な掘削作業に先立ち床下に薬剤を注入して地盤を強化する処理を行うこととなりました。注入により形成する改良体は1体が直径3.3m、厚さ2.0mの円柱形で、中野寄りのホーム端から西船橋寄りのエレベーター付近までの範囲に合計306体施工します。この地盤改良は、当初中野寄りのホーム端から西船橋方面へ向けて順に行う計画とされていましたが、着手直後よりトンネルの急激な沈下が観測され、工事が一旦中断されました。沈下の原因は

①注入した薬剤が固まるまでに時間がかかること
②床下に溜まっていた地下水が薬剤により押し出され、それが時間をかけて周囲に拡散することにより水圧が下がり、土砂が収縮すること
③薬剤注入時に一緒に送り込んだ空気が床下の凹凸に溜まり、それがトンネルの自重により圧縮されたこと


の3点と推定されました。
 沈下量は最大で2cmに及んでおり、今後同様の現象がケーソンの継ぎ目で発生した場合、継ぎ目が破断したり線路に急勾配が発生して電車の走行に支障をきたすことが危惧されました。そこで、(最終的に壊すため)トンネルの沈下自体は容認しつつ、地盤改良の施工範囲全体でランダムな順番で注入を行い、ケーソンごとの沈下量を平準化することとしました。また、床下に空気が溜まる現象については地盤改良を施工した翌日に隙間が無いか確認を行い、隙間があった場合は直ちに薬剤を追加して埋め戻すこととされました。

●トンネル上部の掘削による浮き上がり
南砂町駅ケーソン浮上のイメージ(注:縦方向を大幅に誇張して描いている) ケーソン浮上対策のイメージ
左(1):南砂町駅ケーソン浮上のイメージ(注:縦方向を大幅に誇張して描いている
右(2):ケーソン浮上対策のイメージ


 こうして何とかトンネル下への地盤改良が完了し、トンネル上部・周囲の土砂を掘削し始めたところ、今度はトンネル自体が地下水の浮力により浮き上がる現象(リバウンド)が発生しました。ケーソンの継ぎ目の強度は隣り合うケーソン間での折れ曲がりとそれによる引っ張り力により決まるため、両方が同時に浮き上がるのであれば折れ曲がりは発生せず、さほど問題はありません。そのため、各ケーソンで地盤改良により生じた沈下量と掘削による浮上量の合計値を比較し、その数字が一定を超えないよう管理することとしました。しかし、駅中央付近(中野寄りから数えて6番目のケーソン)まで掘削を開始した時点で浮上量が過大となり折れ曲がり量が限界※2を超えてしまったため、掘削を中断し対策を検討することとなりました。
 ケーソン間の折れ曲がりを抑えるには先に掘削済みの部分(6番から左側のケーソン)が浮き上がるのを押さえつけるか、これから掘削する部分(7番)を浮き上がらせるかのどちらかが必要になります。前者については掘削済みの5・6番ケーソン上部に鉄板を積んで浮力に対抗させることとし、掘削前の土砂と同等の重量となる鉄板1600枚(重量は2600トン)を設置しました。後者については6番ケーソン上部の掘削を中断し、先に7番ケーソンの上部の掘削を開始することで7番ケーソンを浮き上がらせることとしました。また、本工事ではトンネルを南側に拡張するため、トンネル側面部分も大きく掘削されます。トンネルの浮き上がりは側壁と地盤の摩擦にも影響されるため、掘削時期を遅らせて側壁との摩擦力を維持※3し、過大な浮き上がりを防止することとしました。

▼脚注
※2:ここでは安全のため、継ぎ目に埋め込まれている鉄筋が降伏応力に達する80%の引張力を管理値として採用した。
※3:地下水によるトンネルの浮き上がりや側壁と地盤の摩擦力といった考え方は、30年前に発生した武蔵野線新小平駅の隆起事故の際にも検討されており、同駅における失敗で得られた知見が生かされている。


■B線側側壁の取り壊しが進む
駅中央の地上を交差する丸八通りから中野方面を見る。掘削が完了し中間階の床を構築中。 少し右に移動すると、最上階の天井を構築中。元々トンネルが浅かったため地表面ギリギリになっている。
左(1):駅中央の地上を交差する丸八通りから中野方面を見る。掘削が完了し中間階の床を構築中。
右(2):少し右に移動すると、最上階の天井を構築中。元々トンネルが浅かったため地表面ギリギリになっている。


 このように一時は危機的状況に陥った南砂町駅改良工事ですが、掘削完了後は比較的順調に工事が進んでおり増設ホーム用のトンネルが続々と完成しつつあります。
 写真は丸八通りから見たトンネル最上部となる天井(上床版)の構築作業で、コンクリート用の木製型枠と鉄筋が組み立てられています。通常の地下鉄トンネルでは、ライフラインや排水管類の埋設に支障が無いよう上床版は地表から数m程度の深いところに設けられますが、本工事では元々浅かった駅の上部にさらに改札口を増築することになったため上床版が地表面とほぼ同じ深さになっています。そのため、完成後この場所に大型の建物などを建てるのはほぼ不可能であると思われます。

新砂あゆみ公園跡地に設けられているトンネル解体作業用の建屋 建屋内には切り出したコンクリート塊を吊り上げる天井クレーンが設置されている。
左(1):新砂あゆみ公園跡地に設けられているトンネル解体作業用の建屋(同じ場所の2012年2月18日の様子
右(2):建屋内には切り出したコンクリート塊を吊り上げる天井クレーンが設置されている。


 昨年調査時に仮設建屋の組み立てを確認していた西船橋寄りの新砂あゆみ公園跡地では、建屋が完成し地下のトンネルの取り壊しが進められています。建屋内は昨年も予想した通り天井に走行式のクレーンが設置されており、地下で解体されたトンネルのコンクリートを吊り上げてトラックに積み替えています。建屋入口に掲出されている図面によると、現在解体中の範囲はトンネル天井全体・中柱・B線(中野方面行き)側の側壁の3か所となっています。

ホーム中央付近ではB線側の側壁の撤去が続く。
防護壁が設置されていないところでも新ホーム側へ通じる穴が開いているところがある。
中野寄りのホーム端はトンネルのサイズに余裕がないため防護壁が元の壁に張り付くように設置されている。
左:ホーム中央付近ではB線側の側壁の撤去が続く。
右上:防護壁が設置されていないところでも新ホーム側へ通じる穴が開いているところがある。
右下:中野寄りのホーム端はトンネルのサイズに余裕がないため防護壁が元の壁に張り付くように設置されている。
上:ホーム中央付近ではB線側の側壁の撤去が続く。
中:防護壁が設置されていないところでも新ホーム側へ通じる穴が開いているところがある。
下:中野寄りのホーム端はトンネルのサイズに余裕がないため防護壁が元の壁に張り付くように設置されている。

 地下のトンネル内では昨年の記事でもお伝えした通りホームが増設されるB線(2番線・中野方面行き)側の側壁を取り壊す作業が続いています。解体の際は粉塵がホーム内に充満しないよう作業部分を密閉する防護壁を設置しており、その範囲は駅前後まで拡大しています。
 また、西船橋寄りのホームの先ではトンネルの解体が完了し、防護壁の一部が取り外されて新ホームへ通じるトンネルが見えるようになりました。新しいトンネルはまだ天井の一部が未完成であるため、場合によっては地上の光が差し込むこともあります。なお、この付近は線路の上と左右の3方向で同時にトンネル躯体の解体を行っていたため、工事期間中は線路内に物が落ちないよう線路全体を覆うカバーを取り付けていました。線路上部にアーチ状に設置されているのがその取り付け枠で、電車の走行空間ギリギリのサイズであることがわかります。

西船橋寄りホームの先ではB線の側壁が撤去され新ホームへ通じるトンネルが見えるようになった。解体期間中設置していたカバーは建築限界ギリギリのサイズだったことがわかる。
西船橋寄りホームの先ではB線の側壁が撤去され新ホームへ通じるトンネルが見えるようになった。解体期間中設置していたカバーは建築限界ギリギリのサイズだったことがわかる。

■今後の計画
 東京メトロ公式サイト内にある業務PRページ「安全。安心。メトロの目」で昨年8月に南砂町駅改良工事について関係者へのインタビュー記事が公開されました。それによると、南砂町駅の今後の切り替えスケジュールは以下の通りとなっています。


①B線を新ホームに切替
①B線を新ホームに切替
既存トンネルの側壁を撤去してB線(中野方面)の線路を南側の新線に移設し、新ホームの使用を開始します。同時に旧B線上には仮設の床板を設置し、既存ホームと合わせて巨大な島式ホームとして運用します。


②A線を旧B線に切替・既存ホーム閉鎖
②A線を旧B線に切替・既存ホーム閉鎖
旧B線上部に残っている古いトンネルの天井(上床版)を撤去します。続いてA線(西船橋方面)の線路を旧B線跡地に移設し、新ホームでの乗降を開始します。同時に既存ホームは一時閉鎖します。


③既存トンネル解体・A線復旧・完成
③既存トンネル解体・A線復旧・完成
A線側に残っている既存トンネルの側壁と天井を撤去しトンネルを拡幅します。拡幅されたトンネル内では既存ホームの拡幅(6m→9m)や階段の再配置などの改造を行います。最後にA線の軌道を再敷設し、既存ホームの使用を再開します。旧A線は上下線兼用の中線となり、南砂町駅の2面3線化が完成します。

最初の段階であるB線の新ホームへの移設は時期は明言されていないものの、現地の状況を見る限りでは今後1、2年以内には実現するものと思われます。都営大江戸線の勝どき駅に続き、既存トンネルの拡幅作業を内部から見られる珍しいケースとなります。これからしばらくの間東京メトロ東西線で西船橋方面から都心に向かわれる際は、南砂町駅付近で左側の車窓にぜひご注目ください。

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▼参考
中期経営計画 東京メトロプラン2021|東京メトロ
事業計画|東京メトロ
南砂町駅の改良工事を分かりやすくご紹介します 「メトロ・スナチカ(工事インフォメーションセンター)」 平成26年3月25日(火)オープン - 東京メトロ(PDF/483KB)
輸送サービスの改善篇 | 安全。安心。メトロの目
東西線建設史 | メトロアーカイブアルバム
列車遅延解消のための地下鉄駅2面3線化計画-東京メトロ東西線南砂町駅- - トンネルと地下2012年8月号27~32ページ
東西線南砂町駅2面3線化改良計画について - 土木学会地下空間シンポジウム論文・報告集第18巻119~122ページ
東西線南砂町駅改良工事における地中障害物の撤去 - 基礎工2017年2月号32~36ページ
南砂町駅における線路・ホーム増設の大規模改良 -東京地下鉄東西線南砂町駅改良土木工事- - 土木施工2019年11月号113~116ページ
書体とBVEの日々
→サイト内で配布されているフォント“METRO-LOGO”を一部図内で使用した。

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