第1上野トンネル
秋葉原南部トンネル区間は、鉄建建設が土木工事を担当した。秋葉原駅構内に位置しており、1974年(昭和49年)に秋葉原駅の貨物扱いを廃止したうえで既設高架橋を撤去し、そこを開削工法で建設した。またトンネル入口の手前はU型擁壁区間となっている。
鋼管は直径812.8ミリ、厚さ12ミリのものを使用した。パイプルーフ内部では、上半部はしっかりとした地質で湧水も少ないとされたが、下部は湧水が多いと考えられたため、分割して掘削が行われ、パイプルーフを支える支保工を組み立てながら工事した。山岳トンネル区間の断面は、もっとも広い部分で内空幅15.2メートルとなっている。
山岳トンネル区間以外はシールド工法で掘削されたが、この区間は被圧地下水を有する崩壊性の滞水砂層であり、トンネル掘削の最前端である切羽の崩壊防止や地盤沈下の防止対策が必要とされた。坑内の気圧を高めることで地下水の浸透を抑えることはできるが、高い気圧を常時用いると作業環境が悪化し効率も低下する上に、近くの井戸へ圧気が噴き出したり地下室などに酸欠空気が漏れだしたりする問題を起こすことになる。そこで地盤改良のための薬液注入を行うことになった。しかし、ほとんどの区間で私有地の地下を通過するため、地表からの薬液注入は困難であった。またシールドトンネルの本坑を掘削するときに同時に薬液注入を行うと、作業が競合して工程の遅延を来す問題があった。そこで事前に断面の小さなパイロットトンネルを掘削して、そのパイロットトンネル内から薬液注入を行うことになった。
パイロットトンネルは外径3.55メートルあり、推進力960トンの小型の手掘り式シールドマシンが用意された。またトンネル壁面を覆うセグメントはスチール製のものを採用し、7ピース式の幅75センチメートルのセグメントとなった。
御徒町トンネル区間は、熊谷組が土木工事を担当した。上野立坑を発進基地として御徒町立坑へと施工された。ただし御徒町立坑自体は秋葉原北部トンネル側に含まれている。
上野立坑は、上野駅前の国道4号中に建設された。通常シールドマシンを発進させる立坑はシールド発進位置そのものに建設するが、地上の建物や道路の使用状況、地下構造物などに制約されてこの位置に建設されることになった。線形の節で説明したように、上野駅構内配線に伴う分岐器挿入の必要性から、この縦坑から約26メートルに渡って大きな断面で建設する必要性があった。この区間は、開削工法、シールドトンネルで建設して後に必要な断面に切り広げる方法、山岳トンネル工法の3種類の方式を検討した。開削工法では国道4号の交通遮断が発生することや、横断歩道橋や地下道の仮受けが必要になること、交差点中に大きな設備を設置できないことなどから見送られ、またシールドトンネルの切り広げは当初検討された方法であったが、区分地上権の設定遅れによりシールドマシンを発進できる時期が不確実であったため、他の工事の影響を受けずに先行施工できる山岳トンネル工法で建設することになった。
山岳トンネル区間の施工に当たっては、地盤沈下の防止方法として凍結工法や薬液注入工法も検討されたが、施工後の処置の問題からパイプルーフ工法が選択された。パイプルーフ工法は、鋼管を圧入機で挿入してトンネルの天井や壁の部分に並べて、トンネル掘削時の防護を行う工法である。