頸城トンネル
新線建設にあたっては特にトンネル掘削に関して以下の技術的問題点が懸念された。
膨張性軟弱泥岩およびベントナイト層の掘削(頸城トンネル)
4 - 5 kg/cmの被圧下にある含水砂礫層の掘削(浦本トンネル)
噴出するメタンガスに対する安全対策(各トンネル)
軟弱泥岩地帯での3線断面(約120 m)の掘削(頸城トンネル、名立トンネル)
特に頸城トンネルに関しては、能生谷層と呼ばれる泥岩主体の層が入口側から濁澄川付近まで続き、その上にさらに砂岩と泥岩が互層となって重なっている。また、坑口から350 - 500 m 間にかけて、および中央部の濁澄川下部に水溶膨張度が高いベントナイト質凝灰岩が介在する。徳合川の谷を境に名立川層と称する泥岩が主体となる。いずれも第三紀層に属する比較的新しい地層で、固結度が低いものであった。特に第1工区から第3工区にかけては、地殻変動の甚だしい地帯で地すべり崩土層が広く分布するとともに、各所での爆発性ガスの検知、石油の湧出、異常膨張性泥岩の存在、摂氏30度に達する高温など、数々の困難に見舞われることになった。
工事は1966年(昭和41年)11月に中央底設導坑先進上部半断面掘削逆巻工法(一部特殊サイロット工法)で掘削を開始した。しかし、上半部掘削に至って地耐力不足・土被り荷重により支保工の沈下・変形が発生し掘削不能となった。その後もアーチコンクリート支保工脚部の根固めコンクリート施工や、覆工厚を1次巻・2次巻計 80 cm とするなど慎重な工事を進めたが、沈下は止まず、334 km 700 m 付近では沈下により地表に亀裂が発生するまでに至った。
これらの問題により、当初の500 m の区間は掘進に約1年を費やすこととなり、以奥の約 700 m については引き続き良好な地質は期待できないとして、サイロット工法に変更して切り抜けた。これにより工期は当初想定から約半年遅れており、後に、最初からサイロット工法を採用していれば、より安全・能率的・経済的に施工できたと指摘されている。
このほか軌道については、コンクリートスラブ軌道を上下線各195 mの区間で試験採用した(後述)。
本トンネルは1968年(昭和43年)3月14日に貫通し、1969年(昭和44年)3月10日の第1工区インバートコンクリート工事竣工をもって工事は終了した。
調査委員会は翌1964年(昭和39年)3月11日に、現在線での地すべりは間けつ的かつ崩壊速度が大きく、「地すべりの発生時期と規模を的確に予知することはできないので、抜本的な予防対策はたてがたい」と結論づけ、現在線の線増による地すべり地域への線路敷設は「その建設ならびに保守に著しい困難が予想される」として、「根本的には、複線化の際に地すべり地帯を極力避けた別線の複線ルートを選ぶべき」とし、それでもなお地すべり地帯を通過する場合は「...想定される最深の地すべり面(地表から30〜40 m の深さ)より深くトンネルでもぐるべきである」とした。また特に鉄道経過地として避けるべきとして、以下の各地点を挙げた。
浜木浦(浦本駅 - 能生駅)
能生小学校付近
白山トンネル入口(能生駅 - 筒石駅)
小泊付近
百川信号場付近
藤崎・大洞付近
濁澄川河口 - 筒石駅 - 筒石川付近
徳合崎付近
名立トンネル - 名立駅付近
虫生岩戸付近
岩戸川付近
全通後から戦前にかけての北陸本線は輸送量こそ漸増していたものの行き詰まるほどではなく、複線区間も支線直通列車や操車場に関連して列車が輻輳する福井操車場(現:南福井駅) - 福井駅間、金沢駅 - 津幡駅間でわずかに設けられていたのみであった。
しかし第二次大戦後は、東北・北海道地域と関西地方を結ぶ最短経路(日本海縦貫線〔裏縦貫線〕)として脚光を浴び、朝鮮戦争後には沿線各地区での重工業開発により貨物輸送量が増大した。また旅客面では観光資源に恵まれたことにより観光客が増加した。結果、北陸本線は1963年(昭和37年)時点で貨物発送トン数が10年前の1.86倍となる全国一の伸びを記録し、その後も旅客貨物ともに輸送量は増加の一途を辿り、北陸本線の輸送力は急速に不足した。
これは、糸魚川駅 - 直江津駅間も例外ではなく、1963年(昭和37年)の時点で糸魚川駅 - 直江津駅間は限界一杯の84回列車を運行するに至り、1965年(昭和40年)ごろには104回に達する見込みであった。しかしこの区間は線路容量が小さく、最も低い筒石駅 - 名立駅間では列車運行回数は83回が限界となっていた。このため、糸魚川・直江津地区では貨物列車の比率が全体の約60 - 65パーセントに達する事態が発生した。
このため支保工の補強・縫返し、コンクリート仮巻き、盤下げ、コンクリート巻直し、吹付けコンクリート施工、大断面採用、などの対策を実施しながら掘進を進めたが、その吹付けコンクリートも破壊されるなど支保工やコンクリートの座屈変状は止まることはなかった。
1967年(昭和42年)10月19日、坑口より1,670 m(339 km 084.9 m)地点で導坑掘進は不可能となった。このため上部半断面を先進させることとしたが、上部半断面の掘削に従い338 km 851 m以奥の導坑は全面的に圧潰した。加えて、以降は上部半断面も最大200 cm の盤ぶくれや支保工の著しい変状が発生するなど経日とともに変状が目立ち始め、同年11月30日坑口より1,543 m(338 km 958.4 m)地点で上部の掘進が中止された。
このため、上部掘進が中止された338 km 958.4 m 以奥の掘削工法については、中止翌月の1967年(昭和42年)12月21・22日に検討会議が開かれた。再開に当たってはNATM工法などが検討されたが、最終的に以下の方針で工事を継続することとなった。
大きな地圧抵抗力が期待できる上部半断面先進ベンチカット併進逆巻工法を採用
断面をインバートもふくめ円形に変更
掘削後直ちに掘削分の延長をコンクリート覆工。覆工は2回巻(1次巻70 cm、2次巻50 cm)とする