トンネルは概念的には単純で、地面に開けた穴で、一般に水平か軽い傾斜があります。 山を貫く高速道路のトンネル、地下鉄の地下線、都市の下水道管などは、どこにでもあるトンネルの一種です。
数学的には、トンネルは地面から土や岩を取り出す「引き算の作業」です。 そうすると、それまでその土地を占めていた空間が、水や人、物質などが通る穴の一部を構成することになります。
トンネルを掘ると、大量の物質が吐き出される
夏休みに海岸で小さな溝を掘ったことがある人は、一回掘るごとに湿った砂を少し遠くに移動させなければならないことにすぐ気がつくでしょう。 最初は全体の近くに溜まっていくが、やがて大きな山ができる。 私の車が通れるトンネルを作るには、どれだけの砂、粘土、岩を移動させなければならないか。
計算を簡単にするために、トンネルは完全な円形で、その直径は5メートルだと仮定しましょう。 実際のトンネルは、もちろん車線の数や各国の規制によって変わってきます。 学校で見た円柱の体積の公式を覚えていますか？ V=π-r2-l、rは半径、lは長さです。
半径2.5メートル（とても小さいトンネルです）、長さ100メートル（これも小さい）のトンネルでは、1963立方メートルの物質の体積を得ることができるのです。 これが多いか少ないかを考えるために、セメント車が6～9m3、ゴミ収集車が7～20m3程度の容量であることを考えてみよう。
岩石や土などの高密度な物質を運ぶための専用車であるダンパーは、通常せいぜい10 m3程度です。 岩石は重さがあるので（つまり場所をとらない）、それを例にとって説明しよう。 ごく短い距離の1車線だけの小さなトンネルを作るには、採取した材料をどこかに運ぶのに200回程度の走行が必要です。 大規模な建設プロジェクトを想像してみてください。
Recycling construction materials
この非常に基本的で小規模な計算を念頭に置いて、ロンドンを散策してみましょう。フェロビアルが手がけているいくつかのプロジェクト、たとえば下水道のネットワークを拡張するタイドウェイ・プロジェクトや、エリザベスラインの拡張などがそれにあたります。 最初のケースでは、トンネル掘削機を降ろすために必要な直径32メートル、高さ53メートルの穴について考えてみましょう。
もう一度、上の式を適用すると、42,625立方メートルの体積が得られます。 これがすべて2,000kg/m3のコンパクトな岩石だったとしても（そうではなく、砂や粘土や泥がたくさんありました）、トンネル自体の工事を考慮に入れずに、補助孔だけで8,500万キログラム以上ということになります。 これだけの材料をどうしたらいいのか。
掘削の残飯の用途で最も多いのは、材料のリサイクルです。 トンネルを掘って残った材料は、材料市場に出て、ある建設要素を求めている会社に売られることがよくあります。 たとえば、太陽電池を作るための砂や、都市公園の砂利などです。
時には、採取した材料を他の必需品の製造に使用するように、その場でリサイクルが行われることもあります。 典型的な例は、コンクリートです。 何十トンもの砂や砂利を採取する工事では、その一部がコンクリートという形で戻ってくるのがふさわしい。
山のトンネルの残骸をアクセス道路に
実際に非常によくあるケースは、特に山の高いところや孤立した地域、メンテナンスがほとんどされていない二次道路で、トンネルへのアクセス道路を改善するために、掘削岩の一部を使用することです。 トポグラファーは、道路を広げるために密度の高い材料を使用します。
上の画像を例にとると、どのように車道を広げることができるでしょうか。 勾配の少ない丘でよく使われるのは、丘の幅と同じだけ水平に掘ることですが、写真のような勾配の場合、安全面では有利に働きません。
時には、車道幅をある程度確保するために、垂直距離を大きくとった緩やかなスロープが必要なこともある。 それと同じようなことがダムのプロフィールでも起こっていて、荷重に対して傾斜し、その傾斜を確保するために締固めた土を利用するのですが、
ダムのプロフィールでもわかるように、これは膨大な資材を必要とします。 掘削そのものから材料を使用することは、拡張に伴う環境負荷の軽減につながる。
テムズ川の固定式コファダムは地元の材料を使う
別の記事で、タイドウェイ・プロジェクトのためにテムズ川のコファダムがどのように作られるかについて触れましたが、このコファダムの建設には、地元の材料が使われます。 この補助構造物は恒久的なもので、地元の材料が大量に使われることになります。 下の画像はその一例です。 不規則な形ですが、単純化すると約70m×35mの長方形になります。
テムズ川から約10mの高さにあるコファダムは、面積2,450m2、材料の体積24,500m3ということになります。 川の一部では、さらに高い位置に壁を設置することになります。 しかし、どのように計算するかにかかわらず、この種の工事には追加の材料が必要であることは容易に理解できます。
さらに、建物の安全性を高めるために周辺の土地を圧縮するとき、傾斜しているため、さらに土の層を増やす必要があることも念頭に置かなければなりません
この2つの例だけが可能性というわけではありません。 数年前、フェロビア・アグロマンが建設したアルベルティアトンネル（ギプスコア）では、建設工事自体の環境影響を防ぐために、掘削で出た70万m3の資材を再利用し、さらに使用するスペースを覆うために地元の種を保護しました
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