なぜトンネルの天井は丸いのか？耐圧構造と施工性

道路や鉄道のトンネルをよく見ると、天井がアーチ状になっているものがほとんどです。
なぜ四角ではなく、わざわざ丸く作られているのでしょうか？
実はその形こそが、地中でトンネルを安全に長持ちさせるための“最適解”なのです。

地圧を均等に分散できる「アーチ構造」

地中に空洞を作ると、周囲の土や岩から強い圧力（地圧）がかかります。
もし天井が平らだと、圧力が一点に集中し、ひび割れや崩落の危険が高まります。

一方、アーチ形状は圧力を左右に流すことで、力を均等に分散できます。
この構造は古代ローマの石橋にも使われており、重力を受け流すための最も安定した形として知られています。
トンネルの「丸い天井」は、まさに地圧と戦うための合理的な形なのです。

掘削・覆工がしやすく、施工効率が高い

トンネル工事では、掘り進めながら壁や天井を「覆工（ふっこう）」と呼ばれるコンクリートで補強していきます。
このとき、アーチ形はコンクリートを連続的に打設しやすく、内部からも支保工（しほこう：支えの骨組み）を組みやすい形です。

また、掘削機（シールドマシン）も円筒状の構造をしているため、丸い断面は機械的にも掘りやすく、安定した圧力制御が可能になります。
つまり、施工のしやすさと安全性の両方を満たす形が「丸」なのです。

換気や排水にも適した形

アーチ形の断面は、空気や水の流れもスムーズにします。
角のない形状は気流の乱れを減らし、トンネル内の換気効率を高めます。
また、天井や側面に水が伝っても、自然に壁をつたって流れ落ちるため、排水管理がしやすいという利点もあります。

このように、丸い形は「力・空気・水」の流れをすべて合理的に扱う、理にかなった構造なのです。

まとめ

トンネルの天井が丸いのは、
地圧を分散し、施工しやすく、空気や水の流れまで最適化できる形だからです。

見た目ではなく、数千年の土木技術が導き出した“安全と効率のかたち”。
そのアーチには、地中で崩れないための確かな理屈が隠されています。