1.まえがき  top

　最近、都心部へ乗り入れる鉄道の新設方法として、既設の市街に影響を与えない地下50〜100m の大深度地下鉄の構想が話題になっている。その実現には今後、各分野のさまざまな研究開発が必要となろうが、その一つとして大深度地下駅と地上との高速、大量輸送が出来る昇降設備の開発がある。

　現在、青函トンネル駅を別にすれば日本で一番深い地下駅は地下鉄千代田線の国会議事堂前駅(地下38m)、次いで半蔵門線の永田町駅(同36m)、ＪＲ総武線馬喰町駅(同32m)、新幹線上野駅(同27m)、総武線東京駅(同25m)等があるが、これらの地下駅の主な昇降設備はすべて、長スパンのエスカレータ(輸送量120人/分)を乗り継ぐ方法が取られており、電車を降りてから地上にでるまでの所要時間が無視できない値になっているのが実情である。

　利用者の安全のため我が国では法令によりエスカレータの速度は30m/分以下、傾斜角度は30度と定められており、垂直方向の速度でみれば15m/分にすぎない。従ってもし、大深度地下鉄においても今のエスカレータ方式をそのまま踏襲するとすれば、エスカレータの所要時間だけで50mの地下駅で3分20秒、100mの地下駅では6分40秒となり、せっかくの地下鉄の高速のメリットがそのアクセスで損なわれてしまうことになりかねない。

　このように大深度地下駅用の昇降設備として、従来のエスカレータ方式では速度が遅すぎる。エレベータ方式では輸送量が小さすぎるという問題点を解消するために、ここではこれらに代わる新しい昇降設備の可能性についての検討を行なう。

地下鉄の昇降設備では、電車の到着時に利用者が一度に集中するため大きな輸送量を必要とするが、エレベータの問題点は一昇降路当りの定員が大きいものでも20〜30人でしかないその輸送量の小ささにある。 　大深度地下では高い土圧と水圧を受けるので、立坑やトンネルは耐圧構造にしなければならずあまり大きく出来ない。従って、立坑の中を通る昇降路の本数は制限をうけるため、エレベータの設置台数を増やして輸送量を増強することは困難といえる。 　東京タワー等で使用されているダブルデッキエレベータは、大きな籠枠に上下２個の籠を取り付けたもので、昇降路当りの定員を２倍に増やすことができる。この方式では二つの籠の床に一致させて、エレベータホールも上下２フロアにして、フロア間は階段で結んでいる。さらにデッキを3重、4重と多層化する方法も考えられるが、その分、エレベータホールのフロアも多層になり、その間は階段を歩かなければならない問題が生じるので、あまり実用的とはいえない。 　そこで、ここで提案する新方式のエレベータとして、多数の籠を連結した籠列を、地上と地下のエレベータホールでは横に並べて停止させることで、同一フロアからの各籠への乗降を可能にし、垂直の昇降路を移動する際は縦に一列になる多重籠エレベータで、昇降路当りの定員を大幅に増やすことが考えられる。 　以下、多重籠エレベータの具体的な構造について説明する。図１のように、エレベータの各籠の下には前方に突き出た荷重支持輪とバー取付金具を、また各籠の上には後方に突き出た案内輪とバー取付金具をそれぞれの左右に取付ける。バー取付金具には上下二本のバーをピンで留めて隣の籠と連結している。

図２、図３のように、エレベータの垂直昇降路の左側の側壁面は荷重支持輪用の主走行路に、右側の側壁面は案内輪用の案内路としており、垂直昇降路ではこの二種類の車輪が左右の側壁に接触して籠が水平になる。また地上と地下のエレベータホールでは、荷重支持輪とその間を結ぶバーが水平に並び、それにつれて箭も水平になる。垂直昇降路の主走行路はその上下両端部で、左右逆方向に水平に延びたエレベータホールの主走行路に、それぞれ凸と凹の縦線で滑らかにつながる形状になっている。籠はその前下隅と後上隅を支点に同じ長さのバーをリンクにして多数の箭を連結し一つの籠列にしている。 　そして前後二つの籠の４個の支点でできる四角形は、すべてリンクの作用で平行四辺形となるため、籤列の中のどれかの籠を水平にすれば、残りの籠もすべて水平になる。従って縦曲線部の長さより籠列を長くしておけば、縦曲線上にある馥もリンクの作用で常に水平に保たれることになる。 　地上の主走行路の前方にはロープを掛ける主滑車を、主走行路面には適宜ロープを案内する案内滑車を没ける。そして籠列を吊すロープは先頭の籠の前下賜に結わえつけて、各籠の後上隅に下向きの回転モーメントを生じさせる。この力が荷重支持輪と案内輪を垂直昇降路の左右の側壁面に接触させる反力となっている。 　通常のエレベータではロープの両端に脂と釣合おもりをつるべ式にぶら下げて重量バランスをとり、ロープを掛けた巻上機を駆勤してエレベータの運転を行なっている。この多重籠エレベータでは垂直時ばかりでなく縦曲線上でも重量バランスを取る必要があるので、図4のように垂直昇降路を2本設け、2組の籠列をつるべ式にぶら下げる。この場合、籠列が水平になった時はロープに張力がかからず、口−プの摩擦力を利用した従来の巻上機では駆動できない。そこで非粘着で大推力の性能を持つ地上一次誘導型リニアモータをこのための駆動源とする。雁の前下隅間をつなぐバーをそのリアクションプレートとして利用するのが、籠列の質量の増加もなく簡便な方法といえる。 　そして地上と地下のエレベータホールは２本の水平走行路に挾まれた島式のものとし、また２本の垂直昇降諮問には非常階段を設け、万一、籠が途中で止まってしまっても利用者の救出を可能にしておく。 　その他、ロープの切断に対する安全対策として、法令で定められている非常止め装置の設置や３本以上のロープで籠列をつるす等の処置も必要となる。

3　小断面斜坑トンネルによる大量高速輸送  top

　次に、急勾配の斜坑トンネル中を車両を走行させて、大量高速輸送する方法についてのべる。この場合、大深度地下の大きな土圧水圧対策として、斜坑内の車両の走行路は単線にしてトンネル断面をできるだけ小さくする必要がある。単線の走行路で最小時隔を小さくするため、図5に示すように地下駅と地上駅の人口に分岐器を設け、ホームを島式にした一面二線の駅構造にする。そして車両は全部で3両とし、そのうち2両は上下の駅に1両ずつ停車させ乗降扱いをし、残りの1両を走行中にする。そしてその車両が駅に到着ししだい、すでに乗降扱いの完了した対抗線の車両を折り返し発車させる。

　地下駅と地上駅間の距離は、一例として斜坑トンネルの勾配を1/2.5とした場合、地下深度50mで125m、 地下深度100mで250mになる。斜面での車両の走行速度を6m/s（22km/h）とすれば駅間の所要時分はそれぞれ27秒と48秒になる。この単線折り返し運転の最小時隔は駅間所要時分と分岐器転換時間の和の2倍なので、分岐器の転換時間にもよるが地下深度50mで1分強のヘッド、地下深度100mで1分50秒ヘッド程度となり、一般的な電車の最小時隔2分より小さい。従って、車両の定員を電車からの最大降者数に選定しておけば、利用者が地下駅に溜ってしまうことはない。

　2人乗りエスカレータ2台用の斜坑トンネル断面があればこの単線運転は可能であり、深度が大きければ大きいほど経済性と輸送能力からみて、これは十分にエスカレータと比較検討してみるに値する輸送方式であるといえる。

　以下、この方式の構成例についてのべる。
　1/2.5の急勾配(角度24度)を登り降りするために、車両は非粘着駆動で大推力が得られる車輸支持式りニアモータカーとする。また車輪はゴムタイヤとし、停車中は車輪にブレーキをかけ、急勾配の路盤上でもゴムタイヤの粘着力で車両の静止を物理的にできるようにする。

　図6（最初のアニメ）に車両を示すが、急勾配で車体を水平に保つため、ケーブルカーのように後輪の取付位置を前輪より下げ、また車体の長さも短くして車体の後上端の高さを、斜坑トンネル高さの制限内に抑える。そしてこの小さな車体をいくつか連結することで、電車からの最大乗降着数に見合った車両の定員を選定する。

　リニアモータは地上一次方式として走行路の中央に全長にわたり凸形に配置し、車両側のリアクションプレートに駆動力と制動力を与える。またこの凸部で車両の案内輪のガイドを行なうと共に、凸部を車両側からブレーキシューで挾みつける緊急ブレーキも装備し、停電時等の異常時を含め絶対の安全を確保する。

　大深度地下鉄のための昇降方式として各種のアイデアが提案されつつあるが、ここでは一例として現時点で開発可能と思われる二つの新方式を示した。
大深度地下鉄の昇降設備はインフラストラクチャーに大きく関与するものなので、総合的なフィージビリティスタディによる検討を基にした今後の研究開発の方向付けが望まれる。

　なお本原稿を書くにあたり、大深度地下鉄の駅設備を研究している財団法人鉄道総合技術研究所地盤防災研究室の安藤恵一郎、青木俊幸の両氏から貴重な助言をいただきました。

（参考文献）
　吉川　恵也：都市深部地下鉄道　RRR（1988.5）　鉄道総合技術研究所：大深度地下鉄道（技術と課題（1988.9）