Et af ingeniørgeologiens vanskeligste problemer er at forudsige, hvilke geologiske betingelser en underjordisk udgravning vil blive udsat for. Sådanne udgravninger foregår nemlig ofte i stor dybde. Mange af tunnelerne gennem Alperne, som fx Simplon-, St. Got-hard- og Mont Blanc-tunnelerne blev brudt gennem geologiske strukturer, der stort set var som forudsagt ved den geologiske kort-lægning fra overfladen. Udgravningen af disse tunneler gav ny viden både om Alpernes indre struktur og bjergarters adfærd i dybe tunneler. Tunnelbygning er ydermere blevet en specialiseret gren af anlægsindustrien, hvis ingeniører og arbejdskraft ofte udgør en slags elite, som rejser fra projekt til projekt.

Tunneler benyttes til fx jernbane- og vejtransport, vand- og kloakoverførsel, energiudvikling, opbevaring og fjernelse af affald samt til militære formål. De færreste tunneler er mindre end 2 m i diameter, og det er lige nok til at give plads til et menneske, mens de allerstørste tunneler er mellem 15 og 20 m i diameter.

Den typiske tunnel er cirkelrund eller hesteskoformet i tværsnit og har åbning i klippesiden eller en skakt. Andre udgravningsfaconer bruges til specielle formål. Underjordiske kraftværker i hydroelektriske anlæg (vandkraftværker) kan omfatte et system af hulrum af forskellig størrelse og form. Når man bygger en tunnel, er man nødt til at fjerne bjergmassen og installere et understøttende system for at forhindre, at loftet, væggene eller gulvet giver sig. Den periode, en tunnel effektivt kan understøtte sig selv, før den begynder at styrte sammen, kaldes holdbarhedstiden. De fleste massive bjergarter som fx visse granitter har så at sige uendelige holdbarhedstider og behøver ingen kunstig understøttelse. Derimod kan væggene i en tunnel gennem blødere materialer, som fx blødt ler, trykkes ind lige så hurtigt, som tunnelen graves. Dette skete fx ved anlæggelsen af den store fjernvarmetunnel fra Amager til Sjælland i 1986.

Fremgangsmåden ved tunnelbygning bestemmes af styrken af det materiale, som skal udgraves, og eventuelle problemer med vand. Hård klippe kan gennembrydes ved boring eller med en tunnelgraver. En tunnelgraver kan bruges i fast klippe, men egner sig ikke til de allerhårdeste materialer. Maskinen er forrest udstyret med et roterende hjul forsynet med skiver, tænder eller hakker, som graver sig frem med en gennemsnitlig hastighed på adskillige meter om dagen. Ustabile forhold i tunnelen kan dog klemme skæreanordningen fast, så gravningen må stoppes.

Traditionel tunnelbygning igennem klippe omfatter boring af mindre huller i skærefladen, som fyldes med sprængstoffer. Ved hver sprængning når man nogle meter længere frem. En af fordelene ved bore/sprænge metoden er, at alternative understøttelsesmetoder kan anvendes afhængigt af de pågældende bjergarter og forholdene på stedet i øvrigt. Forholdene er vanskeligere i blødere materialer som ler og sand, fordi tunnelen her skal understøttes, efterhånden som arbejdet skrider frem. Når det drejer sig om ler, kan tunnelens vægge eller skæreflade synke sammen. Ved udgravning i blødere materialer bruges ofte en tunnelgraver, som fylder hele hulrummet og derfor både kan grave og understøtte på en gang. Hvis en tunnel ikke er understøttet, flyder sand og dynd let ind i den, især hvis den omgivende jordmasse er gennemvædet. Under sådanne betingelser kan det være nødvendigt at styrke undergrunden ved at sprøjte kemikalier eller komprimeret luft ind i den.

Kontrollen med vandstrømning spiller en vigtig rolle ved udformningen og konstruktionen af en tunnel, fordi de fleste tunneler ligger under grundvandsspejlet og der derfor vil trænge vand ind i dem. Selv om meget af vandindstrømningen kan opsamles og kontrolleres, kan katastrofale indstrømninger i forbindelse med forkastninger eller hule kalkstenstyper resultere i oversvømmelser af tunneler med resulterende fare og forsinkelse af arbejdet.

Tunnelkonstruktion!
De fleste tunneler kræver en permanent beklædning enten af sikkerhedsårsager eller for at forbedre vandstrømningen. Under konstruktionen opsættes kun en midlertidig beklædning, hvis det er påkrævet. I mange stærkere bjergarter, som fx granit, kan man undvære beklædning, men i svagere eller opbrudte bjergarter samt blødere, usammenhængende materiale er en midlertidig beklædning nødvendig.

Behovet for beklædning opstår, når belastningen omkring tunnelen ændres, efterhånden som tunnelen forlænges. I tunneler tæt ved overfladen kan loftet styrte sammen, men omkring dybereliggende tunneler øges trykket, og der kan udvikles bevægelser i vægge og gulv. Dybe tunneler gennem hårdt belastede bjergarter kan forårsage pludselige klippebrud, når trykket på en bjergart frigøres. I blødere bjergarter, som ler, kan vægten af det overliggende materiale blive større end lerets styrke og presse det ned i tunnelen.

I alle den slags situationer, hvor det er sandsynligt, at tunnelen vil bevæge sig eller styrte sammen - før den permanente beklædning installeres i løbet af et par år - er der behov for midlertidig beklædning. Der er flere former for midlertidig beklædning afhængig af det udgravede materiale, belastningsforholdene og muligheden for indstrømning af vand. Når det drejer sig om ler eller sand, lægger man cirkelrunde præfabrikerede betonrør, som presses imod tunnelens sider.

I bjergmasse er beklædningen delvis afhængig af holdbarhedstiden. Traditionelt bruges stålbuer, som kan forsynes med isolerende materiale, der holder vandet ude. Hvis der udvikles høje belastninger, kan man tilføje stivere hen over tunnelens gulv, som gør beklædningen til en effektiv ring. Hvis bjergarten, fx ler, presses ned i tunnelen, kan man indskyde betonringe.

En alternativ fremgangsmåde, »den nye østrigske tunnelbygningsmetoder», er at bruge såkaldt shotcrete (en blanding af vand, cement, sand og fint grus), som sprøjtes på klippesiden lige efter, den er blottet. Cementen størkner hurtigt og danner et tyndt lag svag beton på tunnelens vægge og loft. Denne teknik er særlig velegnet til at forhindre indre bevægelse i bjergartsmassen. Man ved ikke hvorfor, men det skyldes antagelig, at den tynde beklædning virker som en stærk forsegling, der holder væde og luft ude. Hvis bevægelse alligevel finder sted, kan man sprøjte flere lag på og eventuelt forstærke det med net. Endelig kan man forstærke bjergarten nær ved tunnelen ved at cementere stålstænger fast i huller boret dybt ind i klippen.