接着系アンカーは引張試験に合格したのに、なぜ天井は落ちたか：ボストンのトンネルのアンカーは 3,250 ポンドの短時間試験を通過、事故後に 2,000 ポンドを吊るすと 1 本は 84 時間で抜け出た

2006 年 7 月 10 日に落ちた区間

午後 11 時ごろ、1991 年式のビュイックが I-90 コネクタートンネル東行きの D Street 出口部を走行中、天井の一部がトンネル頂版から外れて落下しました。 落ちたコンクリート板と吊り金物は約 26 トン（報告書は米トンで記載）で、助手席の乗員が死亡し、運転者は軽傷で脱出しました（NTSB 報告書 要旨 p. viii）。

天井は厚さ約 4 インチのプレキャストコンクリート板で、縦方向の鋼製梁に載っていました。梁は吊りボルトとターンバックルで頂版下の吊りプレート（roof hanger plate）から吊られています。 各吊りプレートは 2 本または 4 本のアンカーで固定されていました。アンカーは 316 ステンレスの全ねじ棒で、径 5/8 インチ、長さ 8 インチ。ダイヤモンドコアで開けた 3/4 インチの穴に約 5 インチ埋め込み、エポキシで接着しています（p. 5、9、30–31）。 事故のモジュールは 76 本のアンカーで吊られ、総重量は約 77,000 ポンドでした。長さ 200 フィートのこの出口部は、トンネル全体でこの形式の天井を接着系アンカーだけで吊っていた唯一の区間です（p. 7）。

落ちたのは中央の支持梁 M1 で、そこの 20 本のアンカーがすべて抜けました。事故後に残りの 634 本を調べると、161 本が頂版から下へ動いており、変位は 0.1 インチ未満から 1 インチ超まででした（p. 12、50、82）。 NTSB は、対策をとらなければ三つの出口トンネルで複数のモジュールが崩落の「差し迫った」危険にあったと判断しています（p. 82）。荷重の計算は誤っていません。NTSB は、設計コンサルタントのアンカー荷重計算が実際の最大使用荷重と整合していたとしています。FHWA の有限要素解析は 2,600 ポンドに近く、仕様が要求した 4,000 ポンドを下回っています（p. 84）。

規定では 2 分間の確認試験

荷重計算に誤りはなく、アンカーも試験を通過している。そうなると、確認試験そのものを見直すことになります。試験は 1999 年 7 月 30 日に始まり、独立した検査会社がアンカーに 3,250 ポンドを掛けて 2 分保持しました （報告書は、毎回規定時間保持したかは確認できないと注記しています）。技術者の日報には 9 月末までに 548 回の試験、38 回の不合格が記録され、不合格は穴を清掃して再施工・再試験されました（p. 41）。

確認試験がまだ続いているうちに、変位が現れました。HOV トンネルのモジュールは 8 月初めに吊られ、9 月 9 日には吊りプレートが頂版から約 1/16 インチ離れているのを作業員が見つけています。 10 月初めには最大 1/2 インチ、のちに 9/16 インチと報告されました（p. 42–43）。現場を見たエポキシ供給会社の書面回答には、 「接着系アンカーの不具合は通常、試験時にすぐ現れ、時間がたってから現れることはない」という一文があります（p. 44）。

1999 年 11 月 12 日、9/16 インチ動いたアンカーを 3,250 ポンドで再試験しました。このアンカーは 7 月 30 日に同じ試験に合格しています。今回は「数秒耐えたあと、ほとんど抵抗なく抜けてきた」とあります。 現場技術者は、抜けたアンカーは接着剤が不足しているように見え、コンクリート粉じんが多量に付着していたと記録し、埋込み先端側のもろいエポキシは混合不均一を示すと判断しています（p. 46）。当時のプロジェクト管理コンサルタントの結論は施工不良でした。穴の清掃不足、異物、ナットの締めすぎ （供給会社の測定で 120 ft·lb、推奨値は 50〜90）です（p. 44、48）。以後、再施工したアンカーは 6,350 ポンドで確認することになり、HOV 区間で再試験した 187 本のうち 19 本が不合格でした（p. 48–49）。

2001 年 12 月には同じトンネルの別区間で、アンカーが「コンクリートから離れつつあるように見える」と報告されました。いずれも 6,350 ポンドの試験に合格していたものです。品質管理の報告は「不具合の原因は不明」と書いています。 対応はやはり抜去、再施工、再試験でした（p. 49）。2 分の試験が見ているのは、短時間耐えるかどうかです。天井に必要なのは別のこと、同じ重さを吊り続けても下がり続けないことです。

吊るしたままの 2,000 ポンド

調査では、重りを吊るして時間とともに変位を測りました。事故後、連邦道路庁（FHWA）は西行きトンネルで外観に異常がなく、変位もないアンカーを選び、おもりを吊るしました。 予備試験の 2 本はそれぞれ約 2,000 ポンドを吊るすとすぐに下がり始め、47 時間のあいだ止まらず、約 0.11 インチと 0.07 インチ（約 2.8 mm と 1.8 mm）動きました（p. 60）。

破壊はおおむねエポキシの内部で起き、エポキシとコンクリートの界面ではありませんでした（p. 60）。言い換えると、施工時に試験を通過し 3,250 ポンドに耐えた同じトンネルのアンカーが、 確認荷重の 6 割ほど（2,000 ÷ 3,250、当サイト換算で約 62%）を吊るされて、4 日もたないものがあったということです。

FHWA は研究センターでも最善の方法で上向きにアンカーを施工し、速硬型と標準型でそれぞれ 1,000〜4,000 ポンドを試して、二つの配合を比べました（p. 60–61）。 標準型はどの荷重でも目立った移動はなく、ただしわずかな移動も完全には止まりませんでした。速硬型はどの荷重でも明らかに変位し、4,000 ポンドの 2 本は 82 日の試験期間が終わる前に完全に抜けました（p. 60–61、90）。 速硬型の変位速度は 3,000 ポンドまではほぼ荷重に比例して増え、4,000 ポンドで非線形になりました（p. 61）。

米国国立標準技術研究所（NIST）は薄膜試料で時間－温度換算則を用い、室温（20 °C）でのクリープを推定しています。二つの配合は載荷直後の変形はほぼ同じで、その後に開いていきます。

NIST は、どちらのクリープコンプライアンスもいずれ頭打ちになるものの、速硬型の長期値は標準型の 11 倍と推定しました（p. 69）。これは材料モデルの結果で、実際のアンカーが損傷や抜け出しの前に必ず止まることを意味しません。短期の引張では二つの配合はほぼ同じ数字になりますが、 時間が延びると、同じ荷重で速硬型の変位は標準型の何倍にもなります。NIST はまた、相対湿度 100% で速硬型が 4.4%、標準型が 2.3%（質量比）吸水し、 吸水で両方とも軟らかくなり、一部は乾燥後も戻らないことを測っています（p. 69）。報告書はトンネル天井裏の実際の湿度の測定値を示していません。

同じ銘柄の二つの配合、違いは一つの所見と一つの脚注に書かれていた

では、速硬型はどうやってトンネルに入ったのか。施工会社が買ったのは販売店のプライベートブランド NRC-1000 Gold で、Powers が充填し、Sika が調合した Power-Fast エポキシ注入ジェルそのものでした。 この製品には標準型と速硬型があり、契約時点で販売店のブランドに充填されていたのは速硬型だけでした。ラベルに Fast Set の表示はなく、報告書はカタログ番号 8431 で配合を識別しています（p. 30–31）。 事故後の赤外分光とヘッドスペース GC/MS では、トンネルから採取したエポキシはすべて速硬型と一致し、購入伝票も速硬型だけでした（p. 36、67、89）。

メーカーのマニュアル上、二つの違いはほぼ硬化速度だけでした。75 °F（約 24 °C）でゲル化まで速硬型 15 分、標準型 35 分。最短養生は 2 時間と 6 時間。完全硬化はどちらも 24 時間です。 1997 年版のマニュアルは、暑い時期には穴を充填する時間を確保するため遅い方を使うのが普通だと書き、付着強度や長期挙動の違いには触れていません（p. 31–32）。

クリープ試験は実は行われていました。当時の ICBO の接着系アンカー認定基準 AC58 では、クリープは任意試験でした。一つの荷重、一つの温度、一定期間で、合格か不合格かを判定します。 標準型は 120 日試験に合格し、基準に従って 600 日へ外挿しても合格でした（p. 33、92）。速硬型は 1995 年と 1996 年に、110 °F（約 43 °C）、70 °F での終局強度の 40% という条件で試験され、不合格でした。 110 °F で 40% と 25% の荷重を掛けた追加試験では、試験体はすべて 2 日未満で抜けました。90 °F と 70 °F でも、同じ 40% の荷重で不合格でした。1990 年代半ばの速硬型配合がどの温度でもクリープ試験に合格した証拠を、NTSB は見つけていません（p. 33）。

この結果が書類に残した痕跡はわずかでした。AC58 は、任意のクリープ試験に合格していない接着剤（未試験、または不合格）に安全率 4 ではなく 5.33 を求め、短期荷重に限るとしていました（p. 36）。 2000 年 2 月版の評価報告書 ICBO ER-4514 は、第 10 項の所見の長い段落で、速硬型を全ねじ棒と使う場合は「風や地震などの短期荷重にのみ」許可されると書き、 許容引張荷重の表の脚注で速硬型の許容値を 25% 減らすと書いていました。表には、速硬型が長期荷重に使えないという記述は一言もありません。不合格になった試験を報告する義務もありませんでした（p. 35、92–93）。

アンカーを審査した設計コンサルタントは、この報告書の草案を受け取っていました。NTSB は報告書の書き方が「いくぶん曖昧」だったとしつつ、審査者には精読する責任があり、読めばどちらの配合かを問うべきだったとしています。 2000 年 2 月 4 日の承認時、承認書類のどこにも配合は明記されておらず、事故列のアンカーは 1999 年の夏の終わりにすでに施工済みでした（p. 36、91–92）。

安全率を上げても補えない理由

見かけ上、5.33 という係数は速硬型のリスクを織り込んでいます。許容引張は標準型の 5,150 ポンドから 3,863 ポンドに下がり、それでも設計荷重 2,600 ポンドより約 1,260 ポンド高い値です（p. 35、93）。 問題はこの割り算の分子にあります。仮に、あるアンカーが短期の引張で 20,000 ポンドで壊れるとすると、4 で割れば許容 5,000 ポンド、5.33 で割れば約 3,750 ポンドです。 どちらの計算も「瞬間的にどこまで引けば壊れるか」を問うています（この数字は当サイトによる仮定の例です）。クリープが問うのは「吊るし続けても下がらないのはどこまでか」で、 それは短期の終局強度を安全率で割るだけでは示せません。FHWA の速硬型アンカーは 1,000 ポンドで変位し続けました（p. 90）。これは ER-4514 の許容値から逆算した平均終局 20,600 ポンドの約 4.9% です（当サイト換算。異なるデータ同士の比較で、試験体で測った比ではありません）。

NTSB の結論 12 がまさにこの点です。アンカーの最大荷重能力は短期荷重にしか関係せず、より軽い荷重を時間をかけて支えられることを示すものではない。 「したがって、設計安全率を大きくしても、クリープしやすい接着材料を補うことはできない」（p. 93、106）。

施工上の欠陥は、その上に重なったもう一つの層です。報告書は、一部の穴が圧縮空気で清掃されていなかったことを確認しています。事故列の 20 穴のうち 19 穴にエポキシの空隙があり、スキャンした孔壁面積（埋込み約 4.5 インチ分）の 3〜38%、11 穴では 20% 以上でした。 空隙は残ったエポキシの応力を高め、変位を速めます（p. 41、53、88）。上向き施工では気泡が入りやすく、FHWA が説明書どおりに最善を尽くしても、実験室で消すことはできませんでした。 エポキシを止めるシールプラグは、有効埋込み長さをさらに 1/2 インチを超えて減らしていました（p. 63、88–89）。

1999 年に主因とされた清掃と締付けも、FHWA が事後に試しています。空隙による低下を補正すると、まったく清掃しない（穴は乾かす）アンカーの平均短期耐力の低下は 15% 未満、コア削孔直後に乾燥も清掃もせず施工しても 20% 未満でした。 ナットを 50、90、125 ft·lb で締めても強度は下がりませんでした。NTSB は、抜き取りで調べた 130 本のトルクが推奨範囲内だったことと合わせ、過大トルクは不具合の原因にも誘因にもなっていないと判断しています（p. 62–63、97）。当サイトの接着系アンカーの切粉を清掃しないと試験で引張耐力は平均約 4 割低下で引いた試験はもっと大きく下がっています。 NTSB は、ここで低下が小さかったのは湿式コア削孔の冷却水が粉を洗い流したためと推測しています（p. 63、87）。NTSB の結論は、施工欠陥だけでは事故前後に見られた変位のすべては説明できない、というものです（p. 88、105）。

NTSB が補うよう勧告したこと

AC58 のクリープ試験は合否だけのふるい分けです。NTSB は、速硬型のように長期引張に使うべきでない接着剤をふるい分ける用途には使えるが、使用寿命は示せず、点検間隔の設定にも使えないとしています（p. 99）。 報告書は ASTM D2990-01（プラスチックの引張・圧縮・曲げクリープおよびクリープ破断の試験方法）の付属書から二つの推定法を挙げています。複数の荷重で破断までの時間を測って外挿する方法と、 時間－温度換算則でクリープコンプライアンスを求める方法です。この規格自体はアンカーを対象としていません（p. 99–100）。

H-07-29 には背景があります。2006 年 12 月に再発行された ICC ESR-1531 は ER-4514 に代わるもので、表は二つの配合を分けて載せ、脚注で速硬型は安全率 5.33 としていましたが、 「短期荷重に限る」という一文は引き継がれていませんでした。メーカーは 2007 年 5 月、自社の製品資料を先に、速硬型は短期荷重のみと改めています（p. 73–74）。 この報告書は 2007 年 7 月に採択されました。その後 ICC や ACI が規準や試験基準をどう改めたかは、当サイトは原文を読んでいないため、本ページでは扱いません。

天井から接着系アンカーで吊る前に

冒頭の「試験に合格したから問題ない」に戻ります。以下は当サイトが報告書から整理した確認の観点で、設計上の規定ではありません。荷重とアンカーの選定は、責任をもつ構造技術者が現行の規準に基づいて判断してください。

1. まず荷重の種類を分ける。天井、配管、看板のように吊り続ける重さは、アンカーを長期に引張ることがあり、配置に応じて確認が必要です。報告書によれば、土木では接着系アンカーは短期荷重やせん断に使われることが多く、その場合は接着剤がクリープしても変位が表に出ないことがあります（p. 101）。
2. 接着剤の評価文書に持続引張の根拠があるかを見る。ER-4514 では速硬型の制限は一つの所見と一つの脚注にしか書かれておらず、許容値の表には両方の配合の数字が載っていました。表だけを見ると見落とします（p. 92–93）。
3. 現場に届いたのがどちらの配合かを確かめる。D Street の承認書類には配合が書かれておらず、ラベルにも明示がなく、カタログ番号で識別するしかありませんでした（p. 31、36）。
4. 確認試験は施工不良のアンカーをふるい分けるものと考える。合格しても、長く吊り続けられることにはなりません（p. 93）。
5. 上向き施工では空隙を見込み、シールプラグも確認する。シールプラグがエポキシとコンクリートの接着を妨げるか、評価文書が有効埋込み長さをどう定義しているかを確認します。本件ではプラグにより有効埋込み長さが 1/2 インチを超えて減っていました（p. 88–89）。
6. 施工後に誰かが見る。事故後、天井裏で変位した吊りプレートは天井裏をひととおり見るだけでもわかるほどでした。2003 年 1 月の供用開始から事故まで、トンネルは一度も点検されていません（p. 76、102–103）。

事故後、I-90 コネクタートンネルの接着系アンカーはすべて拡底式アンカー（undercut anchor）に交換されました。一方で NTSB は、当初から拡底式を使っていれば事故は起きなかったとは仮定できない、とも書いています（p. 85）。 金属系アンカーや埋込みインサートの引張耐力の考え方は、当サイトのあと施工アンカーは何 kg まで吊れるかと全ねじボルト 3 分 1 本で天井スラブから何 kg 吊れるかをご覧ください。 どちらも短期の引張を扱っており、持続荷重は扱っていません。

本ページから言えないこと

報告書が扱うのは 1999 年前後の一つのエポキシ配合（Power-Fast 速硬型）です。Sika は 1999 年から 2006 年の間に配合の大きな変更はないとしています（p. 66 脚注 64）が、それ以降の製品について当サイトは資料をもっておらず、これらの数字を他の銘柄や現行製品に当てはめることはできません。 報告書は、すべての接着系アンカーがこのようにクリープするとは言っていません。同じ一連の試験で、標準型と別メーカーのエポキシにもクリープ変位はありましたが、はるかに小さいものでした（p. 63）。 トンネル内の持続荷重試験は 9 回だけで、荷重の軽い列で行われ、アンカー自体に施工欠陥があった可能性があります。研究センターの試験の温度と荷重ごとの試験体数は、報告書本文に十分には書かれていません。 NIST の倍率は薄膜試料からの推定で、アンカーの実測ではありません。AC58、ICBO ER-4514、ICC ESR-1531、ASTM D2990-01 の内容は NTSB 報告書からの引用で、当サイトは原文を読んでいません。 ポンド、インチ、°F から kN、mm、°C への換算と、62%、5% といった比は当サイトの計算です。「天井から接着系アンカーで吊る前に」の六点は当サイトの整理で、NTSB の正式な勧告を一つずつ訳したものでも、設計上の規定でもありません。

この記事は手順 1、相手材を扱います。全体の順序は相手材、ねじ、頭部、駆動部、表面処理、書類で、これを崩すと微調整ではなく手直しになる理由はねじの決め方にあります。

よくある質問

接着系アンカーは天井の吊りに使えますか？

NTSB は一律に禁止とは言っていません。試験基準と手順が策定され実施されるまで、接着剤の破壊が公衆の危険になる道路上部の持続引張用途では接着系アンカーを禁止すること、ICC にはすべてのアンカー用接着剤にクリープ試験を義務づけ、未試験・不合格のものは持続引張に使わせないことを勧告しています。お手元の製品が使えるかは、評価文書と現行規準に基づき構造技術者が判断してください。本ページは設計値を示しません。

引張の確認試験に合格したのに、なぜ抜けるのですか？

確認試験が見るのは短時間耐えるかどうかです。ボストンのトンネルのアンカーは少なくとも 3,250 ポンドの短時間の試験を通過していましたが、事故後にトンネル内で 2,000 ポンドを吊るすと、1 本は 84 時間で丸ごと抜けました。速硬型エポキシは持続荷重下でクリープし、NTSB はこれを事故原因としています。エポキシの空隙は残った接着剤の応力を高め、変位を速めました。

速硬型と標準型のエポキシは何が違いますか？

マニュアル上は主に硬化速度で、75 °F でゲル化まで 15 分と 35 分です。しかし速硬型は 1995 年と 1996 年のクリープ試験に合格せず、標準型は合格しています。NIST の薄膜材料試験からの推定では、10 年後の変位は載荷直後に対して速硬型が 14 倍、標準型は約 2 倍です。

安全率を大きくすれば、速硬型エポキシを長期の吊りに使えますか？

NTSB の結論は否です。最大荷重能力は短期荷重にしか関係せず、より軽い長期荷重を支えられることを示さないため、安全率を大きくしてもクリープしやすい接着材料は補えません。これは本件の配合を持続引張に使う場合の話で、承認されている短期荷重の用途や、すべての速硬型製品には当てはまりません。FHWA の速硬型アンカーは 1,000 ポンドで変位し続け、これは ER-4514 から逆算した平均終局の約 4.9% です。

参考資料

• NTSB（2007）—— Ceiling Collapse in the Interstate 90 Connector Tunnel, Boston, Massachusetts, July 10, 2006、Highway Accident Report NTSB/HAR-07/02
• ICBO AC58、ICBO ER-4514（2000 年 2 月版）、ICC ESR-1531（2006 年 12 月版）、ASTM D2990-01（NTSB 2007 からの孫引き。当サイトは原文未読）
• 接着系アンカーの切粉を清掃しないと試験で引張耐力は平均約 4 割低下
• 全ねじボルト 3 分 1 本で天井スラブから何 kg 吊れるか：引張で先に抜けるのはインサート周りのコンクリートコーン
• あと施工アンカーは何 kg まで吊れるか：同じ M10 で、ETA 上の許容引張は 4.1〜9.5 kN
• 組積造用ケミカルアンカーの数値は、そのれんがでの五回の引抜きから標準偏差 3,4 個分を引いたものである

NTSB 報告書は全文を当サイトで読んでいます。ページ番号は報告書の印刷ページです。単位換算と本文中の比は当サイトの計算です。AC58、評価報告書、ASTM 規格の内容は報告書からの引用です。「天井から接着系アンカーで吊る前に」は当サイトが整理した確認の観点で、NTSB の正式な勧告を一つずつ訳したものでも、設計上の規定でもありません。