中山トンネル (上越新幹線)
しかし出水現場の注入基地にたどり着くのも困難な状況で、そのうちに照明が消えたことから現場へ行くのを断念し、ポンプ室と変電施設の死守に方針を切り替えた。それでもあまりに水量が多く、水が止水壁を越えてポンプ室に流れ込み始めたため、23時45分に退避指令が出された。ところが、ポンプ室への浸水により電気系統がショートしており、立坑のエレベーターは動かなくなっていた。さらに立坑内の揚水ポンプの機能が停止したため、中継ポンプ室から溢れた水が滝のようにエレベーターに降り注ぎ、エレベーター内は大混乱に陥った。
地上では非常用発電機が立ち上がったが、坑内で電気系統がショートしているためすぐに停止してしまい、電気系統の切り替えが必要とされた。担当している電気主任は渋川市内の自宅におり、緊急連絡を受けて現地へ自動車で駆け付けた。この際に、現場までの山道を全速で走ったためにパトカーの追跡を受け、それを振り切って現地へ駆けつけるほどであった。電気主任の系統切り替え作業により3月19日0時25分にエレベーターが動き始め、かろうじて51名は無事救出された。朝の8時35分の時点で、立坑の底から約250 mのところまで水位が来て安定していることがわかり、四方木工区は完全に水没してしまった。
出水事故の原因は、注入基地建設の際にボーリングで八木沢層までの間隔を確認して掘削を止める位置を決めた際、間隔を4 m程度確保したつもりであったが、ボーリングの間隙に被りが薄くなっている地点があり、そこが水圧に耐えられなくなって崩壊し水が噴出したものと推定された。
名胡桃工区は清水建設に対して発注され、1973年(昭和48年)1月10日に着工した。大宮起点114 km900 m地点から116 km540 m地点までの1,640 mを担当する工区で、新潟方の坑口からの工事となった。坑口側340 mを開削工法で施工した他は、底設導坑先進工法による機械掘削で順調に工事が進められた。下り勾配区間であったが、湧水の量は少なく問題とならなかった。1976年(昭和51年)7月31日に竣工した。結局、ほぼ予定通りに完成したのは名胡桃工区だけであった。
小野上南工区は鉄建建設に対して発注され、1972年(昭和47年)9月1日に着工した。小野上南工区は当初の計画では大宮起点101 km710 m地点から104 km610 m地点までの2,900 mを担当することになっていた。大宮方の坑口を担当する工区であるが、坑口のすぐ前を国道353号(着工当時は主要地方道渋川中之条線)が通っており設備を設置できなかったため、下り列車に対して本線左側の丘陵から188 mの横坑を掘って本線の101 km860 m地点に取り付いて掘削工事を行った。この横坑は、後にトンネル巡回車両の基地として再利用された。
本坑は上り12パーミルの片勾配での掘削を進め、当初は底設導坑先進工法を使用した。土被りが厚くなり八木沢層に入るにつれて湧水量が増大したため、103 km760 m付近からサイロット工法(側壁導坑先進工法)に切り替え、水抜坑を掘りながら掘削を続けた。この際掘られた水抜坑は、高山工区本坑の同様の水抜坑とともに、トンネル微気圧波対策のために存置されている。
中山トンネルは、大宮起点101 km 710 m地点から116 km 540 m地点に至る区間にある。このためトンネルの長さは14,830 mのはずであるが、実際にはトンネル内に2か所の重キロ程(キロ程の重複地点、詳細は後述)があり、27 mが加算されて全長は14,857 mとなっている。トンネル内での勾配は、大宮方から新潟方へ向けて12パーミルの上り片勾配として計画されていたが、実際に完成したトンネルでは一部に11.9パーミル区間がある。平面線形は、トンネル中間付近で下り列車に対して右へ半径6,000 mの曲線と、トンネル出口付近で下り列車に対して左へ半径4,000 mの曲線が計画されていた。これは建設中の2回にわたるルート変更により、半径1,500 mの曲線が挿入されている。トンネルが通過している地域は子持山と小野子山の間の鞍部にあたり、標高400 - 650 m程度の高原地帯で、土被りは200 - 400 m程度である。
高山工区では、1977年(昭和52年)6月から本坑掘削に着手した。高山立坑の底付近は堅固な安山岩や閃緑玢岩であったこともあり、本坑工事は順調に進められた。
立坑より新潟方では、大宮起点109 km600 m付近から古子持火砕岩層に入った。湧水は少なかったが水圧が高いままであり、水抜きが困難で、しばしば土砂流出を繰り返した。迂回坑を建設したが、これも行き詰った。結局注入によって突破することになった。ソレタンシュ式注入工法を採用したが、工費が膨大であり月進6 - 10 m程度でしか前進できなかったため、異なる工法が検討された。その結果、ボーリング穴に真空ポンプを接続する水平バキューム排水工法(真空水抜工法)を採用することで月進30 m程度を達成することができた。1981年(昭和56年)10月に高山工区の新潟方が完成した。
一方高山工区の大宮方は良好な地質で順調に掘削を進めることができた。底設導坑先進上半工法により掘削を進めてきたが、108 km000 mから300 m付近には八木沢層が分布していることがわかり、108 km380 m付近からサイロット工法に切り替えた。ここでも迂回坑を掘ることが検討された。下り列車に対して本線右側(東側)の方が不整合面の尾根になっていると考えられたことから、東側に向かって迂回坑を掘ってみたが、ボーリングにより前方に八木沢層があることが確認され前進できなくなった。当初の見込みとは逆に、下り列車に対して本線左側(西側)に閃緑岩があることが判明し、こちら側に迂回坑が建設された。最大で180 mほど本坑から離れた場所を迂回して、1979年(昭和54年)10月に107 km900 m付近に到達することに成功した。
軸重は、東海道・山陽新幹線では16 tであったが、雪害対策を施したために1 t増加して17 tとなった。これに合わせて活荷重は新P-17標準活荷重およびN-16標準活荷重を採用している。
最小曲線半径については山陽新幹線の基準を踏襲し、停車場外では4,000 m(やむを得ない場合3,500 m)と設定されていたが、後述するようにこれは結果的に達成できず、トンネル内に半径1,500 mの曲線が設定されることとなった。縦曲線半径は15,000 m以上、最急勾配は15パーミル以下、延長10 km間平均勾配で12パーミル以下とされた。軌道中心間隔は4.3 mで、軌道は全面的にスラブ軌道を採用している。トンネルの断面は、ほぼ山陽新幹線のものを継承している。基面の幅は、レール面の下0.4 mの高さ(基面)で直線区間では8.4 m、スプリングライン(トンネル側壁から上部の円形部分への接続点)の高さはレール面から2.6 m、アーチ(トンネル上部の円形部分)の半径は4.8 mである。