メイン貯槽の掘削では、水封機能と空洞の安定性を確保するため、まず岩盤の地質情報（亀裂情報）を詳細に取得することが重要でした。

地質情報（亀裂情報）の取得にあたっては、地質専門技術者による切羽の目視観察やボーリングコア観察、水封ボーリング孔やグラウト孔の孔壁画像解析を行って、詳細な亀裂性状マップを作成しました。このマップは逐次更新して、水封機能や空洞安定性確保の精度をより高めていきました。

掘削中は地質観察とともに変位や支保応力の計測を行い、常に空洞の安定性を確認しながら作業を進めました。さらに、三次元FEM解析による支保や周辺岩盤の安定性確認、三次元キーブロック解析による不安定岩塊の出現予測なども行っていたため、対策を講じる必要性が発生した際には速やかに対処できました。

膨張性地山とは、トンネル工事の際に大きな変形を伴ってトンネル内空を縮小するように押出してくる地山のことを指します。この膨張性地山は、泥岩、頁（けつ）岩、凝灰岩、蛇紋岩、温泉余土などの地山に多く見られます。
膨張性地山にトンネルを造る場合、支保工や覆工に大きな土圧（膨張性土圧、膨圧）が作用し、切羽の押出しや底面の地盤が持ち上げられる盤ぶくれなどが発生して、トンネル建設や維持管理が困難になるケースがあります。
膨張性地山は、発生要因によって以下のように分類されます。

膨潤性地山 地山内に存在する膨潤性粘土鉱物（モンモリロナイトなど）が吸水膨張して、膨張圧が生じる地山。

押出し性地山 トンネル掘削に伴って増加する周辺地山の応力が地山強度を超えて地山が塑性化し、見かけ上、塑性流動的にトンネル内空側に押出してくる地山。

地山の膨張性を評価する指標としては、モンモリロナイト含有量や地山強度比など、さまざまなものがあります。今回の工事を進めるにあたり、これらの指標を使って飯山トンネル（板倉工区）の膨張性を複合的に確認したところ、一軸強度や変形係数といった力学特性が低く、押出し性地山であることが分かりました。

飯山トンネルの板倉工区と木成工区の境に分布する泥岩は、断層破砕帯が連続する擾乱（じょうらん）帯であり、地山強度が低くて土被りが140〜180mと比較的大きく、地山強度比の小さい膨圧区間でした。

当初、ショートベンチカット工法で掘削していたところ、地山の悪化に伴って内空変位が増大。水平変位は200mm以上、脚部沈下は1400mm以上に及びました。これを受けて、工法をミニベンチカット工法に変更。断面の早期閉合を図るとともに、多重支保工法を採用しました。この多重支保工法とは、一次支保工の変位をある程度許容して健全性が損なわれることを前提とし、その内側に二次支保工を設置することで、支保全体の健全性を確保する施工方法です。

当初の多重支保工法では、上半から3.5D（D：トンネル掘削幅 11.65m）離れた位置で二次支保工を設置する計画でしたが、二次支保工設置前に300mmを超える上半水平変位が発生し、吹付コンクリートの損傷や鋼製支保工が曲がってしまうという事態が相次ぎました。さらに、二次支保工施工後も変位は収束せず、支保工のインバートストラットが破断するまでに至りました。

この擾乱帯では、想定以上に地山の変位速度が速く、膨圧が大きいため、より早い段階で変位を抑制するとともに、支保全体の耐力を向上させる必要があることが分かってきました。

変位や支保の損傷状況をふまえて、次のように施工方法を変更しました。

・上半切羽が1〜2D進んだ段階で二次支保工を施工し、早期閉合する。
・一次、二次支保工の耐力を上げる。

この対応によって内空変位は200mm程度で収束傾向を示し、二次支保工後の変状は発生しなくなりました。

飯山トンネル（板倉工区）の多重支保工の効果 飯山トンネル（板倉工区）での計測結果から、多重支保工の効果が確認できました。

支保反力-変位の関係は、吹付コンクリートと鋼製支保工の応力測定結果を使い、土圧が静水圧状に作用する円形トンネルを仮定して算出しています。
地山特性曲線は、地山試料試験や類似地山の事例を参考に物性値を設定し、Hoek-Brownの弾塑性理論に基づいて算出しました。

坑口から85mまでの範囲は、長田出入口の分岐車線のための拡幅部となっています。最大掘削幅19m、掘削断面積186m²という大断面から、徐々に掘削幅13～14m、掘削断面積103～115m²の標準断面に遷移していく設計です。
周辺民家での井戸の利用状祝などを考慮すると、完成後に地下水位を回復させるために、トンネルは全周防水シート施工・複鉄筋構造の防水型トンネル構造にする必要がありました。

トンネルは、地表部のほとんどが住宅地である標高10～80mのなだらかな丘陵の地下を縦断するように計画されていました。トンネル上端から地表面までの土被りは小さく、坑口付近の極端に小さい区問（12m程度）を除いても25～50m（平均35m）ほどでした。
地質は、礫質土・砂質土・粘性土の互層から成る第四紀の大阪層群下部層、および更新世後期の段丘層、沖積層から構成されています。トンネル掘削対象となる部分の地質は、坑ロから約140mまでの区間が段丘層、それより先が大阪層群となっています。大阪層群は、変形係数E=50〜120N/㎜²であり、トンネル切羽に対して流れ目となっており、粘性土は比較的固結度が高いものでした。
地下水については、礫質土・砂質土が多量の地下水を貯留する帯水層となっており、トンネル計画高より16～32m上部に地下水位面が存在する環境でした。

今回の工事では次のような掘削補助工法を採用しました。

①注入式長尺先受け工（トレビチューブ工法）

【目的】
・切羽前方での先行沈下を含む地表面沈下の抑制
・天端、および切羽地山の安定性の向上

【概要】
長尺先受け工には、髙圧噴射系補助工法（鏡ジェット工法）と機械を兼用できるトレビチューブ工法を採用しました。
1打設鋼管長を標準長12.5mから18.5mに延長することで、1シフト長を9mから12mに延長し、工期を短縮するとともに工費を低減できました。
地山状況、土被りおよび事前の計測結果から、次のシフトで発生する地表面沈下量を推定し、鋼管径（114.3mmまたは139.8mm）や注入材（ウレタンとセメントミルク）の選定を行いました。
支保工脚部にはプレロードシェル工を採用。鋼製支保工と地山の空隙に速硬モルタルを充てんした袋を設置し、先受け鋼管から鋼製支保工に伝わる荷重を速やかに脚部地山に伝達して支持することで沈下を抑制しました。

②切羽補強工（鏡ジェット工法）

【目的】
・鏡面の安定性向上

【概要】
含水未固結地山の鏡面安定には、ボルトによる補強効果に加えて地山改良効果も必要であることから、鏡ジェット工法を採用しました。
鏡ジェット工法は、ロッドが回転しながら先端にある噴射ノズルからセメント系硬化材を髙圧噴射し、削孔箇所周辺に改良造成体を形成する工法であり、卜レビチュ一ブ工法と同じ機械が使えるのが利点です。
鏡ジェット工法の本数や位置は、地山状況、切羽の安定性にもとづいて決定し、目標とする造成径は600mmとしました。

③脚部補強工法（脚部ジェット工法）

【目的】
・鋼製支保工脚部地山の地耐力を向上させ、脚部沈下を抑制

【概要】
湧水発生時への対応も視野に入れながら、今回と似たような地山のトンネル工事で効果があった脚部ジェット工法とウレタン注入工法を比較。試験施工の結果、改良効果が大きい脚部ジェット工法を採用しました。使用材料と施工方法は鏡ジェット工法と同様で、施工位置は長尺先受け工と同切羽位置とし、1打設長は先受け工の1シフト長に合わせました。

④下半側壁補強工

【目的】
下半側壁部地山の安定化、緩み・変位を抑制

【概要】
側壁ジェット工法とウレタン注入工法が候補に挙がりましたが、試験施工の結果、施工性が良く、側壁部の安定性を確保できるウレタン注入工法を採用しました。施工機械には汎用機であるクローラードリルを使用し、側壁補強工の配置は、上半盤より斜め前下方、2ｍに1本/片側としました。