Debido al espacio cerrado de un túnel, los incendios pueden tener efectos muy graves para los usuarios. Los principales peligros son la producción de gas y humo, e incluso bajas concentraciones de monóxido de carbono son muy tóxicas. Por ejemplo, en el incendio del túnel de San Gotardo de 2001 murieron 11 personas, todas ellas por inhalación de humo y gas. Más de 400 pasajeros murieron en el desastre del tren Balvano en Italia en 1944, cuando la locomotora se detuvo en un largo túnel. La intoxicación por monóxido de carbono fue la principal causa de muerte. En el incendio del túnel de Caldecott de 1982, la mayoría de las víctimas mortales fueron causadas por el humo tóxico y no por el choque inicial. Del mismo modo, 84 personas murieron en el incendio del metro de París de 1904.
Los túneles para vehículos de motor suelen necesitar pozos de ventilación") y ventiladores eléctricos para eliminar los gases de escape tóxicos durante el funcionamiento rutinario.[5].
Los túneles ferroviarios suelen requerir menos renovaciones de aire por hora, pero aun así pueden necesitar ventilación forzada por aire. Ambos tipos de túneles suelen tener disposiciones para aumentar la ventilación en condiciones de emergencia, como un incendio. Aunque existe el riesgo de que aumente la tasa de combustión") al aumentar el flujo de aire, el objetivo principal es proporcionar aire respirable a las personas atrapadas en el túnel, así como a los bomberos.
La onda de presión aerodinámica producida por los trenes de alta velocidad que entran en un túnel[6] se refleja en sus extremos abiertos y cambia de signo (un frente de onda de compresión "Compresión (física)") cambia a frente de onda de rarefacción y viceversa); cuando dos frentes de onda del mismo signo se encuentran en el tren, se produce un aumento de presión atmosférica rápido y significativo [7] puede causar molestias auditivas[8] a pasajeros y tripulación. Cuando los trenes de alta velocidad salen de los túneles, puede producirse un fuerte "boom del túnel", que puede molestar a los residentes cercanos a la boca del túnel, y se agrava en los valles montañosos, donde el sonido puede tener eco.
Cuando se dispone de un túnel paralelo separado, se suelen instalar puertas de emergencia herméticas pero no cerradas que permiten al personal atrapado escapar de un túnel lleno de humo al tubo paralelo.[9].
Los túneles más grandes y muy utilizados, como el túnel Big Dig en Boston, Massachusetts, pueden tener un centro de operaciones") dedicado con personal las 24 horas del día que supervisa e informa sobre las condiciones del tráfico, y responde a las emergencias.[10] A menudo se utilizan equipos de Videovigilancia, y el público puede ver imágenes en tiempo real de las condiciones del tráfico en algunas autopistas a través de Internet.
Una base de datos de daños sísmicos en estructuras subterráneas que utiliza 217 historiales de casos muestra que pueden hacerse las siguientes observaciones generales sobre el comportamiento sísmico de las estructuras subterráneas:.
• - Las estructuras subterráneas sufren muchos menos daños que las estructuras de superficie.
• - Los daños notificados disminuyen al aumentar la profundidad de sobrecarga. Los túneles profundos parecen ser más seguros y menos vulnerables a las sacudidas sísmicas que los túneles poco profundos.
• - Cabe esperar que las instalaciones subterráneas construidas en suelos sufran más daños que las aberturas construidas en roca competente.
• - Los túneles revestidos y cementados son más seguros que los túneles sin revestir en roca. Los daños por sacudidas pueden reducirse estabilizando el terreno alrededor del túnel y mejorando el contacto entre el revestimiento y el terreno circundante mediante la inyección de lechada.
• - Los túneles son más estables bajo una carga simétrica, lo que mejora la interacción entre el terreno y el revestimiento. La mejora del revestimiento del túnel mediante la colocación de secciones más gruesas y rígidas sin estabilizar el terreno circundante puede dar lugar a un exceso de fuerzas sísmicas en el revestimiento. El relleno con material no cíclicamente móvil y las medidas de estabilización de la roca pueden mejorar la seguridad y la estabilidad de los túneles poco profundos.
• - Los daños pueden estar relacionados con la aceleración máxima del terreno y la velocidad en función de la magnitud y la distancia epicentral del terremoto afectado.
• - La duración de las sacudidas fuertes durante los terremotos es de suma importancia porque puede provocar fallos por fatiga y, por tanto, grandes deformaciones.
• - Los movimientos de alta frecuencia pueden explicar el desconchamiento local de la roca o el hormigón a lo largo de los planos de debilidad. Estas frecuencias, que se atenúan rápidamente con la distancia, pueden esperarse principalmente a pequeñas distancias de la falla causante.
• - Los movimientos del terreno pueden amplificarse al incidir en un túnel si las longitudes de onda están entre una y cuatro veces el diámetro del túnel.
• - Los daños en las bocas de los túneles y sus proximidades pueden ser importantes debido a la inestabilidad de los taludes.[11].
Los terremotos son una de las amenazas más temibles de la naturaleza. Un terremoto de magnitud 6,7 sacudió el valle de San Fernando en Los Ángeles en 1994. El seísmo causó grandes daños en varias estructuras, como edificios, pasos elevados de autopistas y sistemas viarios de toda la zona. El Centro Nacional de Información Medioambiental calcula que los daños totales ascendieron a 40.000 millones de dólares.[12] Según un artículo publicado por Steve Hymon de TheSource - Transportation News and Views, el metro de Los Ángeles no sufrió daños graves. Metro, el propietario del metro de Los Ángeles, emitió un comunicado a través de su personal de ingeniería sobre el diseño y la consideración que entra en un sistema de túneles. Los ingenieros y arquitectos llevan a cabo exhaustivos análisis sobre la intensidad con la que prevén que se produzcan los terremotos en la zona. Todo ello forma parte del diseño general y la flexibilidad del túnel.
Esta misma tendencia de daños limitados en el metro tras un terremoto puede observarse en muchos otros lugares. En 1985, un seísmo de magnitud 8,1 sacudió Ciudad de México; el sistema de metro no sufrió daños y, de hecho, sirvió de línea de vida para el personal de emergencia y las evacuaciones. En 1995, un seísmo de magnitud 7,2 sacudió Kobe (Japón) sin causar daños en los túneles. Los portales de entrada sufrieron daños menores, pero estos daños se atribuyeron a un diseño inadecuado para terremotos que se originó en la fecha original de construcción, 1965. En 2010, un terremoto de magnitud 8,8, masivo en cualquier escala, afectó a Chile. Las estaciones de entrada a los sistemas de metro sufrieron daños menores, y el sistema de metro estuvo fuera de servicio durante el resto del día. Al día siguiente por la tarde, el sistema de metro estaba operativo de nuevo.[13].