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Der Bau des Simplontunnels wurde 1898 im Auftrag der Jura-Simplon-Bahn in Angriff genommen und bis 1906 von der 1902 gegründeten Schweizerischen Bundesbahn SBB vollendet. Mit einer Gesamtlänge von 19'803 m war er bis 1982 der längste Tunnel der Welt. Im Simplontunnel wurden seit der Inbetriebnahme verschiedene Sanierungsmassnahmen durchgeführt, der grösste Teil davon aufgrund von Nutzungsänderungen und nicht aufgrund von Schäden in der Bausubstanz. Als grösste Anpassung kann die zwischen 1981 und 2002 ausgeführte Sohlenabsenkung angeführt werden, mit welcher das Lichtraumprofil für den Huckepack-Korridor (4.0 m Eckhöhe) gewährleistet werden kann. Gleichzeitig wurde die Tunnelentwässerung erneuert.
Vom Dezember 2011 bis Juli 2015 wurden im Simplontunnel folgende Massnahmen umgesetzt: Ersatz der Stellwerkanlage in Tunnelmitte, Bau einer neuen Kaverne für das vormontierte Stellwerk; Anpassung bestehender Nischen mit Signalanlagen; Einbau von Anlagen für die Selbstrettung; Ausbau von 35 bestehenden und Bau von 4 neuen Querverbindungen zwischen den Tunnelröhren mit Einbau von Fluchttüren; Ersatz von Entwässerungsleitung (24 km); Neue Kabelrohrblöcke 132 kV (Ersatz der bestehenden Oberflächen-Kabelkanäle, 2x20 km), 23 Muffennischen, Ersatz der 2 x 2 Kabel 132 kV (20 km); Ersatz Elektroversorgung 50 Hz 4 kV durch 16 kV Spannung: Neuer Kabelrohrblock 16 kV, Vergrösserung von 20 Nischen für Trafos und Schaltanlagen, grosse Anzahl Gleisquerungen und Stichleitungen; Ersatz von vier Weichen und Gleisen in Tunnelmitte (1.2 km) mit Tieferlegung der Tunnelsohle; Oberbauerneuerung (9 km) mit Regulierung der Tunnelsohle; Neubau und Vergrösserung von Nischen.
Die Arbeiten wurden jeweils in Teilsperrungen ausgeführt. Die Bauphasenplanung erfolgte unter Berücksichtigung der aufrechtzuerhaltenden Bahnstromversorgung und mit Rücksicht auf betriebliche Aspekte. Die gesamte Bauausführung muss ab Bauzügen erfolgen, maximal sind vier Bauzüge gleichzeitig im Einsatz.