碓氷峠を行く

信越本線の横川の標高は386.6m、軽井沢の標高は939.1mあり標高差およそ550mを直線距離にして約10kmの間に登る必要があります。この区間に鉄道を建設する際、中尾ルート（今の旧国道18号線）と、急勾配を避けるため裏妙義を迂回する入山峠を越えるルート（今の碓氷バイパス）と、さらに大きく迂回して和美峠を抜け軽井沢を経由しない和美ルート（今の上信越自動車道）が考えられました。勾配を緩和するようにループ線や迂回などにすると距離が倍近くかかる。倍近くかかると建設費も余計に掛かる上、運転時間の短縮という面では効果が現れないなどの問題が出てきました。

勾配の問題については当時の機関車ではまだ25‰以上の勾配を牽引するものが無く、当時ヨーロッパに出張していた仙石貢と吉川三次郎はドイツのハルツ山鉄道で使用されていたアプト式歯軌条（ラックレール）という特殊の方式を視察し、採用することになりました。

ルートについては、候補の挙がった中で一番距離の短い中尾ルートが決定されました。距離の短縮、隧道（トンネル）の総延長が短い、国道に沿っているため資材運搬に適している。和美ルートにくらべ工期が1年半短縮可能。というのが主な理由です。
1891年（明治24年）2月より工事が着工され、1892年(明治25年)12月には全てのトンネルと橋梁が完成し、短期間の突貫工事で完成されました。その後は訓練を行い1893年（明治26年）4月1日に開業しました。

距離は11.2Km。トンネル26箇所、トンネルの総延長は4,459m。橋梁は18箇所で全てレンガ製のアーチ橋。最大急勾配が66.7‰(*1)のある約7.3kmにラックレールを敷くようになりました。ラックレールとは歯形の切り込みが付いたレールで機関車に付いている歯車とかみ合わせて急勾配でも上り下りが出来るというものです。このラックレールをレール間に3枚、60mmの間隔でずらして設置しました。途中駅の熊ノ平では給水給炭設備が設けられ、ここで水と石炭を補給していたようです。マクラギは通常区間は木製ですが、アプト式区間には鋼鉄製のマクラギが使用されました。このラックレールが設けられたのは横川駅から1.6km地点から5.8kmまでと、横川駅から6km地点から10.1kmまでの2区間です。ラックレールの起点にはエントランスが設けられており、枕木とラックレールの間にバネを設けることにより機関車がゆるやかにアプト式軌道と普通軌条の間に移す仕組みです。

碓氷峠文化むらにあるラックレール。線路の間にあるのがラックレールで左端がエントランス。
バネが等間隔にあり、機関車の歯車とかみ合わせをよくするため、沈むようになっています。
13.10.25

ドイツから購入した4両の蒸気機関車C1形（3900形）を使用し、アプト区間では時速8～9Km/hの速度で、横川～軽井沢間を下りは1時間18分、上りは1時間20分かけて走りましたが、1894年（明治27年）には上下線とも1時間15分に短縮されました。（所要時間のうち5分は熊ノ平での給水。）機関車1両あたりの牽引力は70t。当初は9往復の運転でした。
機関車については輸送力を補うため1895年（明治28年）にボイラーの容量を増大したC2形（3920形）が2両投入され、1898年（明治31年）には重油燃料装置を設置した国産のC3形（3950形）が増備され、従来の6両から10両を牽引することが出来ました。

輸送力の増加によりその後も機関車を増備して、列車中央に機関車を挟み列車重量130tまで可能となりました。重連にしなかったのは連結器が自連でないからで、後に電気機関車になっても1930年（昭和5年）までこの形態だったようです。

さらに輸送力不足を補うため、1900年(明治33年)に横川～丸山信号所間を複線にして列車運行本数は倍の18往復となりました。

（*1)1000mの水平距離に対して66.7m登る計算。直角三角形の底辺が1000で高さが66.7と言えば想像できるでしょうか？

蒸気機関車は煙を出して走るため、トンネルを通過するときに窓を閉めても隙間から煙が車内に侵入し、タオルやハンカチで口をおさえても息が苦しくなったそうです。軽井沢駅にはガス中毒患者用の救急箱が用意されました。傾斜したトンネルは列車の速度と同じで煙が上ってくるため、絶えず煙の中にいるようなものだったようです。

1895年（明治28年）にイギリス製のC2形（3920形）は煙突が運転室の屋根まで延長された特殊タイプのＴ字型煙突になりましたが、あまり効果は得られず普通の形に改造されました。

煤煙対策として26箇所中、20箇所のトンネルに隧道番を起用し、下り列車が通過したあとにトンネルの入口に幕（排煙幕）を引き、外部からの空気を遮断して煙が流れるのを防いだようです。列車がトンネルを抜けた頃に幕を開け、煙を外に出していました。隧道番はトンネル付近に作られた番舎に家族と共に住み、1日交代の24時間勤務だったようです。完全電化される1921年（大正10年）まで続いたようです。幕を引く際に列車の通過による突風にあおられ、宙づりになったり、列車に接触して死亡するなどかなり危険な作業だったようです。

1896年（明治29年）に丸山信号場付近に長さ350m、勾配200‰の避線を設置しました。列車が逆行して停止できなくなったときに脱線転覆を防止するためのものでしたが、1936年（昭和11年）頃に廃止されました。
碓氷バイパスなど坂道の多いところで急坂で登っていく行き止まりの波状の道路を見かけますが仕組みは同じだと思います。

1897年（明治30年）には歯車付緩急車（（ピニオン車）通称：ピフ）が登場しました。"ピフ"とはピニオン・ブレーキ車が由来だそうです。自重16tの有蓋車で6輪車。一端に制御手室があり機関車故障時の補助制御車としての役目をしたようです。貨物列車に限り機関車の次の位置に連結されました。のちに8両以上の客車にも連結されるようになりましたが、列車のブレーキ力の強化により1931年（昭和6年）廃止されました。その後暖房車に改造され冬季旅客列車の暖房用として連結されていました。

1901年（明治34年）7月13日、初の逆走事故が起こりました。長野行き普通列車が第26トンネル通過時に突然機関車のスチームパイプが破裂し、火夫2名が投げ出され、機関士は歯車付緩急車に飛び移り、ブレーキをかけ、第17・18トンネルの間で停車したため、大惨事までには至りませんでした。しかしこの事故で車内に乗車していた日鉄副社長・毛利重輔氏とその令息が逆走中飛び降り死亡しています。

開業当時は北信越と首都圏を結ぶ唯一の鉄道であったため輸送量は増加の一方をたどり、日露戦争により重工業への躍進が始まる頃、新潟県から京浜工業地帯まで重油の輸送を行おうとすると、輸送限界を超えてしまうようになりました。
そこで他の峠道とは違い一方的な傾斜という地形を利用し、鉄道に沿って「流油鉄管」を設けて軽井沢から横川まで自然流下させるようにしました。1906年（明治39年）5月より運用が開始され、矢ヶ崎信号所付近に貯蔵タンクを作り、直径107mmの送油管で横川まで送られました。
最盛期には年間17,000tが送られました。電化開業後は輸送力増加で一部貨物に流れ、磐越西線の開業でさらに利用度は減り1914年（大正3年）10月にその使命を終えました。

開業当時は蒸気機関車による運転で、列車の牽引は130tに制限され、また急勾配でしかもトンネルが多く煤煙などの問題もあり、1909年(明治42年)6月に電化させる計画が上がりました。当時付近には電灯もなかったため電力を供給する火力発電所を横川に設け、途中丸山と矢ヶ崎に変電所を設置し電気の供給を行うようにしました。

1910年(明治43年)4月に電化工事を着工。火力発電所は1911年(明治44年)に完成。煉瓦造りでボイラー8基、1000KW蒸気タービン直結発電機3基を運転、出力3000KW。発電機の給油系統は二重系統で万が一片方が故障等で動かなくても、もう一方でも給油出来るような構造になっていました。燃料である石炭を運ぶための運炭線の敷設と、蒸気タービンを冷却するための貯水池も造られました。

変電所は機械室と蓄電池室の2つからなり、機械室は450kwの回転変流機2基と、500VAの変圧器2基。それらを制御する配電盤が並び、蓄電池室は列車が上り勾配にかかったときに出力を賄う蓄電池312個が並べられていました。蓄電池室は希硫酸等を使用するため防塵構造、天井を高くして通気性をよくしたり、床はタイル張りにして耐酸性の塗料が塗られました。

1912年（明治45年）5月11日に電化されました。国鉄では最初に電化された区間です。電化の際、建設されたトンネルは狭く架線を張ることが困難であることから電気は第三軌条（レール横）から直流600Vの電気を取り入れていました。ただし横川・軽井沢駅構内と横川～横川機関庫までは逆に第三軌条の敷設が困難なことから架空線を張り、この区間はポール（のちにパンタグラフに変更）により電気を取り入れていました。投入された機関車はドイツ製の10000形（昭和3年にEC40形に呼称変更）が12両投入されました。

電化により横川～軽井沢間は上り(高崎方面)で18km/h、下り(軽井沢方面)で25Km/hで走るようになり所要時間は43～47分に短縮されました。機関車1両あたり80tの牽引力で、中間に機関車1両入れた2両での場合、140tまでの牽引が可能となりました。これにより客車は8両。2両の場合は最大14両までの牽引が可能となりましたが、貨物列車については引き続き蒸気機関車で運転されていました。

しばらくは蒸気機関車と電気機関車が混在して運転されていましたが、1919年(大正8年)に大宮工場で製作された純国産の10020形（昭和3年にED40形に呼称変更）電気機関車が1923年（大正12年）までに14両増備され、1921年（大正10年）5月11日に全て電気機関車にされ、この区間の無煙化が達成しました。中間に補機を連結した場合、230tまでの牽引が可能となりました。さらに横川側に重連。中間に補機を入れた場合は300tに改善されました。

1926年（大正15年）に登場したスイス製の10040形（昭和3年にED41形に呼称変更）が2両投入されました。主電動機3台と、電気ブレーキが改良され、従来の機関車に比べ性能が向上しました。

1933年（昭和8年）にED41形を参考に国産のED42形電気機関車が登場し、電化当時に登場したEC40形は1936年（昭和11年）までに全て置き換えられ、残りのED40・ED41形も1951年（昭和26年）までに全て置き換えられました。ED42形機関車は直江津方に1両(第三補機)。高崎方に3両(横川寄りから本務機・第一補機・第二補機)の計4両を連結して運転されました。ED42形により客貨物は360t、貨物は400t※1までの牽引が可能となり、1942年(昭和17年)からは横川－軽井沢間の列車は全て機関車4両の牽引となりました。

ED42形電気機関車には電力回生ブレーキが装備されていました。ブレーキを掛けたときに発生するエネルギーを発電機に替え、第三軌条を通じて他の電気機関車に供給し、力行するときにこの電気を使用することで消費電力を削減。余った電気は変電所に返すことが出来る･･･というものです。

この技術は既に1931年（昭和6年）頃から研究されていたのですが、機関車の構造や変電区の事情から実現困難だったようです。機関車が全てED42に統一された1952年(昭和27年)電力回生ブレーキの試験を行い、変電設備・機関車の改良・乗務員の訓練などを経て、電力回生ブレーキ運転は1953年（昭和28年）4月1日から開始されました。

電化後の1918年（大正7年）3月7日、軽井沢へ向かう貨物列車が熊ノ平を定時で出発後、第21トンネル付近で激動を感じた後、逆走し第19トンネル付近で機関車のラック電動機コイルが飛び散り、熊ノ平の退避線に突っ込み岩壁に激突しました。本務機関車は横転、補機は脱線、貨車は大破。緩急車にいた運転助手・前部車掌・転てつ手は即死し、本務運転手も重体後死亡するという事故が発生しました。

この対策として1919年（大正8年）、摩耗した鉄枕木は欧州戦争のため代用として木製の枕木に、負担力緩和のためレールを30kg(*2)から37kgに、強度対策として枕木の間隔を880mmから640mmに狭め、機関車の荷重対策と歯車とのかみ合わせ改良としてラックレールを高さ140mm・幅25mmと重く歯の高いものに取り替えるようにしました。レールは50kgレールを輸入しようとしましたが、欧州戦争で不可能であったためやむを得ず国産製鉄所製品を使用するようにしました。ラックレールは外国製品を使用していましたが、これも欧州戦争後は輸入できなくなり、国内製鉄所の材料をもって制作されましたが、硬度不足で耐久年限は1～2年（外国品は7～8年）。大正時代になって半硬鋼を使用するようになりました。当時の最長列車間合い時間はわずか40分で一度に取り替えることは不可能であったため、貨物列車を運休させ、1/3に分けて施行されました。

機関車の滑走を防ぐため多量の砂を使用していましたが、特に多用するトンネル区間では僅か10日間で軌条が埋没するほどになりました。また、砂は軌条上で破砕され機関車からの散水やトンネル内の湧水と交わり糊状となりバラストに侵入しバラストは2～3年で切込砂利(*3)のようになってしまいました。この対策として毎月2回、トンネル外にたまった砂を運び出す作業が行われました。このためトンネル内の道床はコンクリート道床とする計画もありましたが、列車運行の間合いと施行の関連で出来ず、こちらについては後に建設される新線で実現されました。

列車の安全輸送ができるようにと夜間特別巡検制度が設けられていました。これは丸山信号所～矢ヶ崎信号所まで行われ、熊ノ平を中心に2つに分け、17:30から翌朝6:10まで巡回して線路の監視にあたるものです。1941年（昭和16年）まで続いていたようです。

輸送量増加に伴い電圧降下を防ぐため1937年(昭和12年)に熊ノ平に変電所を設けました。

(*2)レール1mあたりの重さ。現在は50kgが主流で、新幹線など高速路線は60kgを使用。
(*3)河床に堆積している砂利。大きさ40mm程度。道路などの下層路盤材料として利用。

中間駅の熊ノ平駅は、1950年（昭和25年）6月8日集中豪雨による山崩れが発生し、第10トンネル出口付近3000m³の土砂が流れ落ち、本線と引込線を埋めてしまいました。復旧作業をしていたさなか、明朝に再び土砂崩れが発生し7000m³の土砂が官舎と変電所をのみこみました。300人のうち70人あまりが生き埋めとなりました。懸命な救出作業が続き、中には赤ちゃんを抱いたまま母子ともに遺体で発見されたそうです。20日は救出作業と復旧作業が完了しました。この大災害で亡くなった人は50名となりました。
土砂崩壊を防ぐためコンクリートで山腹を固め、のり面を整備したほか、土砂防止のための壁と水抜きを作り崩れない工事を行いました。被災後、1951年（昭和26年）6月に殉難碑の母子像が除幕されました。熊ノ平神社とともに熊ノ平駅構内にあります。

	ED42形電気機関車。1号機は横川の「鉄道文化むら」で保存されています。 15.12.12
	ED42にある集電靴。ここから電気を取り込んでいました。 13.10.25
	床下に見える歯車。これを線路間にあるラックレールとかみ合わせて走行します。 15.12.12