Tünel kazma belki de insanlığın inşaat mühendisliği alanındaki ilk uygulamasıdır. Eski mısırlıların mezar yapımında kullanılacak su için tüneller kazdıkları bilinmektedir. Mısırlılar aynı zamanda bakır cevheri çıkarmak için madencilik yapmışlar ve bu nedenle derin tüneller kazmışlardır. Günümüzde tüneller genellikle yol, demiryolu ve yaya ulaşımı için kullanılmaktadır.
İlk sualtı tüneli büyük bir olasılıkla M.Ö. 2160 yıllarında babil kraliçesi semiramis’in mühendisleri tarafından yapılmıştır. Tüneller savaşlarda düşmanın savunma hatlarına sızmak için sık sık kullanılmıştır. Tarihçiler, Filistin’deki Eriha kentinin sur duvarlarının yıkılması olayını, savaş sırasında bunların altından tünel kazılmasına ve sonradan bu tünelle yerleştirilen patlayıcı maddeler yüzünden duvarların tahta kısımlarının yanmasına bağlamaktadır.
Bazen sert kayaların oyulmasını da gerektiren tüneller Romalılar tarafından ünlü su kemerlerinin yapımında geniş ölçüde kullanılmıştır. M.Ö.312’lerde yapılan Appian su kemerinin yaklaşık 25 km’lik bölümü tünel biçimindedir. Romalılar zamanından sonra, 1000 yıl kadar büyük tüneller yapılmadı. XVII. Yüzyılda kanal çağı ile birlikte yeni bir tünel yapımcıları kuşağı ortaya çıktı.
İnsanlığın ulaşım amacıyla yaptığı ilk büyük tünel, Fransa’daki Midi Kanalı’nın bir bölümüdür. 1681’de tamamlanan bu tünel, Biskay körfezinden Akdeniz’e kadar uzanmaktaydı. Kanalı Beziers yakınlarında Malpus’taki kayalık bölgeden geçirebilmek için 158 m’lik bir tünel yapılmıştı. Bu aynı zamanda yapımında patlayıcı madde kullanılan ilk tüneldi.
Demiryolu ve Sualtı Tünelleri;
Xvıı. Yüzyıl boyunca kanal tünelleri Avrupa ve amerika’da büyük ölçüde kullanıldı, ancakxıx. Yüzyılın başlarında demiryollarının ortaya çıkmasıyla birlikte kanal ulaşımı eski kullanışlığını yitirdi. Öte yandan, demiryolu yapımına bağlı olarak, bu ulaşım sistemi içinde tünel gereksinimini artırdı. Bunlar arasında yapımı en zor ve en dikkate değer olanı, 1906’da tamamlanan ve Alp dağları arasından geçti sağlayan Simpson tünelidir. 20 km uzunluğundaki bu tünel İtalya ile isviçre’yi birbirine bağlar. İngiltere’ye yerleşmiş olan Fransız mühendisi Marc Brunel (1769-1849), 1825 ve 1841 yılları arasında, günümüzde hala Londra metrosu tarafından kullanılan ve Rotherhithe’de Thames nehrinin altında geçen ilk sualtı tünelini yaptı. Brunel, bu tünelin yapımında özel bir tünel kazıcı araç kullandı. Bu araç, yatay olarak yerleştirilmiş kerestelerden oluşuyordu. Kirişler, toprağın kazılabilmesi ve her biri daha ileri yerleşmekte ve her biri daha ileri yerleşmekte ve her biri draha ileri derinleştirilerek kazıya devam edilmekteydi. Brunel’in tünel kazma aracı, bugünün yuvarlak tünel kazıcılarının başlangıcı olmuştur.
Brunel’in bu başarısından kısa bir süre sonra, manş denizinin altından geçecek bir tünelin planları hazırlandı. 1882’de bir askeri mühendis olan albay Frederick Beaumont, kireçli arazide 2.3 m çapında delik açabilecek bir makine geliştirdi. Basınçlı havayla ileriye itilen bu araç, 24 saatte 12 m uzunluğunda bir delik açabiliyordu ve proje politik nedenlerle durdurulduğunda, Dover’den doğuya doğru 1.6 km.lik bir delik açılmış bulunuyordu. İkinci bir tünel açma girişimine 1973 yılında başlandı. Ancak maliyetin çok yükselmesi nedeniyle 1975’te bu da durduruldu.
Modern Tünel Açma Yöntemleri;
Sert kayaları oyarak tünel açma, genellikle makinelerle delik delerek ve patlayıcı maddeler kullanılarak gerçekleştirilir. Sert kayanın yüzeyi önce hava basınçlı kompresörlerle delinir. Matkap uçları tuğgsten-karbid’ten yapılmış deliciler, sert kayalarda dört beş dakika içinde 2 ya da 3 m derinliğinde delikler açabilmekti. Daha sonra kayanın yüzeyinde belirli bir biçimde açılan bu deliklere dinamit konularak patlatılır. Ortaya ya küreme araçlarıyla vagonetlere yüklenerek dışarıya alınır.
Kumlu, killi ve kireçli yumuşak araziler otomatik makinelerle kazılır. Bu makinelerin en büyüğü 1983’de Pakistan’da Mangla barajının yapımında kullanılmış ve burada 480 m uzunluğundaki kireçli arazide beş tane 9 m.lik tünel açılmıştır. Bu tür makinelerin, hidrolik kesici başları yavaş yavaş dönerek araziyi oyar. Ortaya çıkan toprak, mekanik küreyicicilerle konveyörlere yüklenip dışarı atılır. Kazıya devam edilirken bir yandan da prefabrike beton kalıplarla tünelin duvarları, yine makineler aracılığıyla kaplanır.
Derin olmayan tünellerden bazen “kesip üstünü kapatma” yöntemi uygulanır. Önce derin bir çukur kazılır ve tünelin dibine beton kalıplar yerleştirildikten sonra üzeri kazılan toprakla örtülür.
Sualtı tünel kazımında, kazı alanında basıncı artırılması, iç basıncın su basıncından yüksek tutulması gerekebilir. Tünül, beton kalıplarla kaplandıktan sonra, su geçirmez sıvı çimento püskürtülerek kaplanır. Su altı tünellerinde, çakıllı kumu su geçirmez hale getirilmekte uygulanan başka bir yöntem de tünelin her iki ucundan sarkıtılan tüpler aracılığıyla içeriye likit nitrojen sıkmaktır. Böylece kıllı kum arasında işlemiş olan su donar ve tünel su basma korkusu olmaksızın kazılabilir.