Le premier tunnel du Saint-Gothard, tunnel ferroviaire à double voie de de long, fut construit de 1872 à 1881, mille mètres plus bas que le col alpin du même nom, qui s'élève à . Il relie Göschenen au nord, dans le canton d'Uri à Airolo dans le canton du Tessin. L'entrée nord est à d'altitude, le point culminant à et la sortie à . Les trains parcourent le tunnel en onze minutes.
Le , un nouveau tunnel ferroviaire, le tunnel de base du Saint-Gothard, a été mis en service après plus de dix-sept ans de travaux. Long de plus de , il est le tunnel le plus long du monde.
Histoire Genèse du tunnel left|thumb|Action du Comité du St. Gotthard en date d’octobre 1860. L'axe ferroviaire transalpin du Saint-Gothard fut imaginé dès 1851 par l'ingénieur Gottlieb Keller, qui mit ce projet à l'étude dès 1853. En 1863, quinze cantons ainsi que deux compagnies de chemin de fer formèrent une « Union du Gothard » pour soutenir cette idée. Trois ans plus tard, le Conseil fédéral approuva le projet en le préférant à celui d'un tunnel empruntant le Lukmanier (Grisons). Le comité du chemin de fer du Gothard a chargé dès l'année 1867 l'ingénieur Robert Gerwig en collaboration avec l'ingénieur A. Beckh d'étudier un projet d'un chemin de fer allant de Flüelen à Biasca et Locarno avec plans et devis avec des études spéciales sur un grand tunnel d'environ passant sous les sommités du Gothard.
La ligne ferroviaire du Saint-Gothard et son tunnel furent concédés à la Compagnie du chemin de fer du Saint-Gothard, fondée le et présidée par le principal artisan de l'Union du Gothard, le Zurichois Alfred Escher (fondateur du Crédit Suisse). Afin de réunir les fonds nécessaires, la Compagnie fit appel aux deux grands pays intéressés par l'ouverture de cet axe de communication nord-sud : l'AllemagneLe tunnel du Gothard est percé avec de l’argent français : Le dernier million fourni en 1877 par l’Allemagne était composé de rouleaux d’or qui portaient encore le timbre français et qui par conséquent proviennent de l’indemnité de guerre de cinq milliards qu’a dû payer la France (Feuille d’Avis de Lausanne 15.11.1877). et l'Italie, signataires avec la Suisse d'un « traité du Gothard » (), investirent respectivement de francs sur les nécessaires. La Compagnie n'avait d'ailleurs pas hésité à soudoyer un député allemand, en lui versant pour qu'il plaide la cause du projet au Reichstag.
La pré-construction Otto Gelpke Quand, après de longues négociations, les initiateurs du tunnel ferroviaire du Gothard purent se consacrer aux problèmes techniques, les extrémités du tunnel furent choisies selon des critères topographiques et géologiques. Il s’agissait de points séparés par des kilomètres de montagnes aux sommets parfois même inaccessibles et il appartenait alors à un géomètre de déterminer l’azimut, la distance et la pente entre ces deux points et d’en déduire les directions d’attaque.
La mission de définir les directions d’attaque fut confiée en 1869 au jeune ingénieur Otto Gelpke. Il créa, comme on le faisait déjà avec succès depuis deux siècles, un réseau de triangulation. Composé de onze triangles, celui-ci reliait les sommets entre Göschenen et Airolo. Il équipa chaque sommet de piliers en pierre de taille, sur lesquels on pouvait fixer soit un signal, soit un théodolite. Gelpke fit alors construire des maisonnettes-observatoires à toit mobile sur deux points du réseau situés sur l’axe théorique, en retrait des deux portails de Göschenen et d’Airolo, puis fixa dans le rocher au-dessus des futurs portails des cibles définissant ainsi l’axe du tunnel. Ce dispositif devait garantir durablement la position et la direction théorique du tunnel, protéger les instruments qui guideraient les premiers hectomètres de percement et permettre un contrôle d’azimut par des observations astronomiques. Il autorisait surtout l’utilisation, à la place du théodolite, d’une simple lunette d’alignement pour l’implantation progressive de l’axe rectiligne.
En haute montagne, il mesura avec soin, soit vingt-quatre fois chacun, tous les angles du réseau. Le massif du Gothard constituant une frontière climatique, la nébulosité ne permettait que rarement d’observer simultanément dans toutes les directions, ce qui compliquait le travail du topographe. Tout fut pourtant exécuté en quelques mois, ce qui constitue un exploit compte tenu des moyens de l’époque. Une analyse ultérieure des mesures de Gelpke atteste une précision des directions de (mgon), ce qui correspond à la largeur du petit doigt à une distance d’un kilomètre. En 1872, alors que le percement du tunnel devait débuter, la direction des travaux se vit contrainte de déplacer le portail sud d’environ , ce qui entraîna une modification de la direction du tunnel. Une nouvelle triangulation n’aurait pas été nécessaire pour y remédier. Si la direction des travaux s’est cependant décidée à faire observer un second réseau, c’est qu’elle voulait bénéficier des meilleures assurances possibles aux vues de la jonction des galeries.
Carl Koppe La direction des travaux engagea alors Carl Koppe (1844-1910). Par souci d’indépendance, celui-ci adopta un réseau différent de celui de Gelpke, avec de longues visées entre les extrémités nord et sud. Koppe introduisit une méthode de calcul révolutionnaire. En l’appliquant globalement à l’ensemble des mesures, il améliora la fiabilité des résultats en réduisant l’erreur moyenne sur une direction à . Par rapport à Gelpke, il obtint une différence d’orientation de l’ordre de à Airolo et à Göschenen et une influence globale du réseau inférieure à quatre centimètres sur l’erreur de percement : le travail de Gelpke aurait suffi et Koppe en apportait la preuve, tout en fournissant un prodigieux matériel de mesure expérimental pour le développement des méthodes de compensation des réseaux géodésiques, des méthodes dont on ne saurait se passer aujourd’huiTRACÉS . ..
La construction 200px|vignette|gauche|Ouvriers du chantier de la ligne. vignette|droite|200 px|Portail nord en 1875. droite|200 px|vignette|Perforatrice pneumatique de 1873. 200 px|droite|vignette|Locomotive à air comprimé vers 1875.
La construction du tunnel, après un appel d'offres international avec un délai très court, fut attribuée le à la société basée à Genève « Entreprise du Grand Tunnel du Gothard » société en commandite, dirigée par Louis Favre, ingénieur genevois. Il avait l'espoir d'être en mesure d'utiliser l'expérience acquise dans la construction du tunnel du Mont-Cenis récemment achevé. À cet effet, Favre s'est assuré l'engagement des mineurs et ingénieurs de ce précédent chantier, tandis que le matériel périmé utilisé dans cette construction lui a été imposé par la convention. Jean-Daniel Colladon est l'ingénieur conseil de l'entreprise du grand tunnel du Gothard pour les questions concernant les compresseurs, la fourniture de l'air comprimé et leur entraînement, les perforatrices ainsi que pour d'autres problèmes hydrauliques ou techniques.
Une des conditions de l'adjudication fixait à huit ans la durée du chantier. Si le temps de construction convenu était dépassé, il était menacé d'une amende de par jour de retard, la première demi année et pour la période suivante. En cas de fin anticipée du chantier, le montant de la prime serait identique. Aucune clause de force majeure ou d'imprévu n'avait été prise dans ce contrat inique signé par Favre qui ne comprenait pas l'allemand et qui jusque-là n'avait eu aucun problème avec les entreprises contractantes françaises avec lesquelles il avait travaillé. Il faut ajouter que L. Favre se fiait aux spécifications indiquées dans le cahier des charges concernant les débits des cours d'eauJ.-Daniel Colladon - Considérations sur l’insuffisance des forces motrices hydrauliques disponibles aux extrémités du tunnel du Saint-Gothard, contradictoirement aux bases du traité entre la Compagnie et M. Louis Favre. Conclusions. Discours prononcé le devant le tribunal fédéral arbitral à Lausanne. (Ch. Schuchardt, imprimeur, Genève, 1885). devant produire la force hydraulique pour les machines servant au percement du tunnel ainsi qu'aux hypothèses géologiques.
La construction a débuté à Airolo au portail sud le et le de la même année au nord (Göschenen). À la fin de celle-ci, furent percés à la main du côté sud et seulement du côté nord.
Au cours du percement du tunnel de nombreuses avancées techniques furent faites : l'utilisation de perforatrices pneumatiques performantes et l'utilisation dès 1873 de la dynamite qui remplaça la poudre noire utilisée comme explosif au tunnel du Mont-Cenis. Malgré tout, les rapports entre la compagnie du chemin de fer et l'Entreprise du Grand Tunnel du Gothard furent dès l'adjudication des travaux exécrables principalement à cause d'une différence de culture entre la vision française de l'équipe de Louis Favre et celle toute germanique de la compagnie du Saint Gothard, mais aussi à cause des ordres et contre-ordres reçus. Ce n'est qu'au troisième ingénieur en chefLes deux premiers furent l’ingénieur en chef badois Robert Gerwig entre 1872 et 1875, suivi de Konrad Wilhelm Hellwag du Schleswig entre 1875 et 1878., Gustave Bridel ingénieur ECP, nommé par cette dernière que les rapports s'améliorèrent. La pression due au délai contractuel très serré explique peut-être le peu d'attention qui fut accordée aux conditions de travail des ouvriers.
Ces derniers, originaires pour la plupart de la région du Piémont et de Lombardie en Italie, durent vivre en effet dans des conditions particulièrement difficiles, entassés dans des baraquements exigus et privés de tout confort. Les habitants des vallées ont largement profité et exploité l'arrivée de ces ouvriers. Quant aux conditions de travail, elles étaient dramatiques en raison des accidents, de la chaleur régnant dans les galeries (près de ) ou de l'atmosphère polluée par les poussières : y trouvèrent la mort, sans compter les de maladies comme la silicose ou en raison de la chaleur et de l'humidité, de l'ankylostomose, une maladie parasitaire responsable d'anémie. Sa présence est l'objet d'une controverse, certains médecins ayant nié son existence, mais est définitivement attestée par le médecin Édouard Bugnion.
Les ouvriers, dont l'effectif varia entre , étaient payés entre par jour, mais il fallait retrancher à cette somme les frais de logement et de nourriture () ainsi que l'achat du matériel et une retenue de par jour pour l'huile des lampes.
Favre a augmenté le nombre de travailleurs en permanence. À Göschenen ont travaillé un maximum de et de à Airolo. Le , une grève éclata à GöschenenRapport publié par M. le Commissaire fédéral (Colonel Hold, Conseiller aux États grison) sur la grève de Göschenen et "Observations de l'Entreprise du Grand Tunnel du Gothard" au dit rapport, Lausanne, chez Lucien Vincent, 1876.. Au nombre d'environ deux mille, les ouvriers demandaient un franc de plus par jour et que les de la journée fussent réparties, non plus en trois, mais en quatre équipes. En outre, l’entrepreneur, lorsqu’il remettait, avant la fin du mois, des acomptes aux ouvriers sur leur paie, leur donnait non de l’argent, mais des bons en papier. Comme les aubergistes et les marchands n'acceptaient ce papier qu’en déduisant un escompte, les travailleurs se voyaient obligés, s’ils ne voulaient pas subir cette perte, d’acheter leurs vivres et autres objets de consommation dans les magasins de l’entreprise.