【大学ゼミ紹介】「トンネル研究」…なにを学ぶ？　NEXCO東日本も注目

■特集：大学の人気ゼミ・研究室

日本は世界有数の「トンネル大国」です。トンネルは人や車、鉄道だけでなく、水や電力なども運ぶための重要なインフラ構造物です。東京都立大学都市環境学部都市基盤環境学科では、安全で豊かな社会基盤を創造するための工学を学びます。学部４年次からはゼミに所属して専門的な研究をし、半数以上が大学院にまで進みます。その中でも人気がある「トンネル研究」のゼミでは、どんな学びをしているのでしょうか。

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■研究室データ■
東京都立大学　都市環境学部都市基盤環境学科
砂金（いさご）ゼミナール
研究分野：トンネル工学
ゼミ生：15人（男11人：女４人）　（2024年4月時点）

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実用化が目前の研究も

都市基盤環境学科には、土木や環境工学を学ぶための３つのコース「社会基盤分野」「環境システム分野」「安全防災分野」があります。大学院都市環境科学研究科の博士前期課程１年に進んだ山田芽生（めぐみ）さんは、安全防災分野のトンネル工学が専門の砂金（いさご）伸治教授の下で研究を続けています。主な研究テーマは、山岳トンネルです。

「祖父も父も土木関係の仕事をしていました。大学受験を考えていたとき、家にあった父の土木学会誌をふと読んでみたら、土木業界は『人生より長く続くもののために、人生を費やすような仕事』というようなことが書いてありました。その言葉に感銘を受けて、私も土木を学ぼうと東京都立大学に進みました」（山田さん）

大学選びではあまり迷わなかったものの、ゼミ選びでは少し悩みました。
「3年次まで座学の授業を受けてきて、いきなり研究室を決めるように言われてもピンときませんでした。ただ、トンネル工学の授業で聞いた『トンネルは掘ってみないとわからない』という言葉が印象に残っていました。そして何より、いつも笑顔で、どんな質問にも答えてくださる砂金先生のお人柄に共感していました。ですからトンネル工学に興味があったとともに、砂金先生のお人柄に惹かれてゼミを決めました」

ゼミでは、これまでの研究論文などを読んだうえで各自がテーマを決定し、模型を使った実験を繰り返しながら結論を導き出していきます。

「トンネルといえば半円形のイメージがあると思いますが、一番強固なのは、土や岩の重みがバランスよくかかる真円のトンネルです。半円の場合は底に土や岩の圧力がかかるため、路面が押し上げられて隆起することがあります。これを『盤ぶくれ』といい、盤ぶくれを防ぐためにトンネルの下側に逆アーチ状の『インバート』を造って補強します」

山田さんが主に研究しているのが、トンネルを見えないところで強固に支えている、このインバートという構造です。
「インバートを少しだけ丸い逆アーチ状にしたら強度はどうなるのか？　平たく厚くしたらどうなるか？　こうしたことを解明するため、水と砂と接着剤を混ぜて100分の1サイズ（直径10㎝ほど）のトンネル模型を作ります。この模型に力を加える実験を繰り返しては、解析ソフトを使ってひび割れの影響を調べていきます」

先輩から受け継がれてきた研究から山田さんが実験で導き出した形状のインバートは、共同研究を行うNEXCO東日本からも注目されています。すでに現場の専門家が図面を引くなど、実用可能かどうかの具体的な検討に入っているそうです。

人のつながりの大切さ

山田さんは、砂金教授から学んだこととして、「物事が人のつながりで動いていること」を挙げます。これには3つの意味があります。

1つ目は、教授や学生同士のつながりで研究が進むことです。例えば、学生が困ったときには、砂金教授が丁寧に相談に乗ります。
「先生は全国の現場を飛び回って多忙を極めているときでさえも、学生が連絡すればしっかり助言してくれます。こまめなやりとりや『報連相（ほうれんそう／報告、連絡、相談）』の大切さにも気づきました」

また、トンネル工学といっても、ゼミには山田さんのように山岳トンネルのインバートを扱う人もいれば、補助工法、耐震、防水、そしてシールドトンネルなどに関して研究する人もいます。異なるテーマの研究発表を聞くことはお互いに刺激になり、そこから新たなアイデアが浮かぶこともあります。

2つ目は、トンネルは現場にいるたくさんの人のつながりで造られることです。数多くの人や企業が関わって作業が進められるため、密なコミュニケーションが欠かせません。学会でほかの研究者と出会うことも、山田さんにとって大きな学びになっています。

3つ目は、そうした現場とのつながりによって、研究や進路についての視野が広がることです。
「研究は一人で考える時間が多いものですが、このゼミでは施工中の現場に行く機会が多く、実際に働いているさまざまな人たちと接する機会に恵まれています。現場に行くことで、現場で働くということを肌で感じられたり、構造物ができあがっていく流れがわかったりして、自分の視野が広がりました。そしてトンネルのことが一層好きになるとともに、将来についても多様な選択肢があることを知りました」

豊かな都市づくりに関わりたい

将来については、次のように話します。
「メーカーに入るのか、研究職に就くのか、設計をするのか、維持管理に特化するのかなど、まだまだ決めきれません。でも土木従事者として、たくさんの人が安心して暮らせる豊かな都市をつくっていきたいと考えています」

これから将来を考える高校生に伝えたいことを尋ねると、「なるようになる」と言います。これも、山田さんが研究から得た実感に基づく言葉です。それぞれの現場で土地の特性が異なるトンネルの場合は、掘ってみないとわからないことが多く、施工中にも臨機応変な対応を求められるからです。周りの地盤など、もともとの自然の成り立ちによって、一つ一つのトンネルが違うところに面白さを感じています。

「以前の私は、どうしたらいいかわからないことにぶつかると、悩んだ揚げ句に挑戦をやめてしまうことが多かったのですが、先生や先輩の背中を見てきて、悩んでも放り出すわけにはいかないし、挑戦してみたほうが世界は広がると思うようになりました。今も、常に思考力を問われる環境にいます。『なるようになる』というメッセージは、私自身がそう考えたいと心がけていることでもあります」。その場で起きた出来事の状況に応じて考える。そんな強さを身につけました。

砂金伸治（いさご・のぶはる）教授／東北大学大学院工学研究科（土木工学専攻）博士前期課程修了。博士（工学）。内閣府防災担当参事官補佐、国立研究開発法人土木研究所研究員などを経て、2018年、首都大学東京（現・東京都立大学）教授。専門はトンネル工学、地下空間工学、岩盤力学。

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（文＝鈴木絢子、写真＝東京都立大学提供）