SSI モデリングを用いたポンペイ柱下にある古代セラペウムトンネルの有限要素法による構造安定性評価

名高い柱の下に隠れたトンネル群

アレクサンドリアの中心部にそびえる一基の花崗岩の柱、いわゆるポンペイ柱は古代神殿の遺跡の上に立っています。訪問者の多くは、その直下に柔らかく損傷しやすい岩盤に刻まれたギリシア時代の細かなトンネル網と分館図書館が存在することに気づきません。本研究は、高度なコンピュータシミュレーションと岩石試験を用いて、より激しくなる降雨や海面上昇を伴う気候変動の下で、この地下世界がどれほど長く上部の巨大な記念碑を安全に支えられるかという単純だが緊急性の高い問いを投げかけます。

もろい地盤に立つ古代の記念物

研究は、ポンペイ柱の下を走るセラペウムのトンネル群と関連地下空間に焦点を当てています。ポンペイ柱はアスワン産の硬い石から切り出された285トンの花崗岩柱です。これらのトンネルはカルカレニットと呼ばれる軟らかく多孔質の石灰岩状の岩盤に掘られており、柱そのものに比べてはるかに弱い性質を持ちます。数世紀にわたり風、塩分、湿気、化学反応がこの岩を徐々に侵食してきました。今日、より強い嵐や突発的洪水、気候変動に伴う地下水位上昇がこの劣化を加速しています。巨大な石柱が老朽化し弱くなったトンネル上に載っているという組み合わせは、考古学を損なうことなくリスクを評価できる現代的手法を試す格好の場となっています。

触れずに地盤を読み取る

このような遺産サイトでは穿孔や大規模な試験に制約があるため、著者は既存の地図、過去の調査、現地で採取された岩石試料から地下構造の図を組み立てました。試験室での測定により、軟らかいカルカレニットと硬い花崗岩の強度や変形性、圧縮やせん断でどれだけ割れやすいかが明らかにされました。これらの測定値は、専門的な地盤工学ソフトで作成した二次元のコンピュータモデルに組み込まれました。この仮想断面では、柱、基礎、トンネル、周囲の厚い地塊が再現され、重力や柱の重量、単純な地震力までを加えてその影響を詳細に追跡できます。

応力、ひずみ、小さな変位を追う

シミュレーションは、地盤が柱の荷重を受ける際にトンネル周辺に力が集中する場所を示します。最も大きな破砕に近い力は、柱の真下にあるトンネル屋根の鋭い角部に現れます──まさに岩が既に最も脆弱で風化の進んだ部分です。ここでは岩は試験で測定された強度の概ね三分の二程度で作用しており、モデルは素材が既に降伏して弾性よりも塑性的に振る舞う小さな領域を明らかにしました。一方で、トンネル間の深部では四方から圧縮されることで強い「締め付け」効果が生じ、系全体を保持するのに寄与しています。驚くべきことに、モデルが予測する柱の総下方変位は1ミリメートル未満であり、通常エンジニアが懸念するレベルをはるかに下回っています。

当面は安定だが余裕は小さい

全体的な安定性を判断するために、本研究は安全率を算出しています──これは現在の岩の強度と崩壊が始まる強度との比です。約1.55という値は、現在の静的荷重下ではトンネルが一般的に受け入れられている安全ラインのわずか上にあることを示唆します。しかし、この余裕は文化財としての価値が高い記念碑にとっては薄いものであり、軟らかい岩が湿気、塩分、温度変化によりさらに弱化し続けている点を考慮すると特に懸念されます。モデルで特定された同じホットスポット──トンネルのクラウンや角部──は、強度のさらなる低下や地震による振動が生じた場合に系を崩壊へと押しやすい箇所です。

シミュレーションから保護計画へ

結論として、ポンペイ柱下のセラペウムトンネルは突然の崩落寸前というわけではないものの繊細な均衡上にあります。長期的な風化と気候変動による洪水は自然支持を徐々に侵食し、安全余裕を時間とともに縮小させます。著者は、保全は水の浸入を防ぐこと、応力の高いトンネル領域を綿密に監視すること、必要に応じて軽微で可逆的な補強を計画することに重点を置くべきだと主張します。複雑な岩石試験とコンピュータモデルを実際の行動基準に変換することで、本研究はこの象徴的なアレクサンドリアのランドマークだけでなく、歴史的記念物の下に隠れた他の地下遺産を保護するための道筋を示しています。

引用: Hemeda, S. FEA structural stability assessment of the ancient Serapeum tunnels beneath Pompey’s Pillar using SSI modelling. npj Herit. Sci. 14, 294 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02506-7

キーワード: ポンペイ柱, 地下遺産, トンネル安定性, 気候変動の影響, 地盤工学モデリング