A comienzos del siglo XVIII, el desarrollo económico del este de Londres hacía urgente la construcción de una conexión terrestre entre la margen norte y sur del Támesis. Construir un puente, sin embargo, no era una tarea fácil. En aquella época, los muelles del puerto de Londres estaban situados en ambas orillas del río. Se trataba del puerto más importante y estratégico del Imperio Británico, al que cada año llegaban más de3.500 barcos cargados con mercancías provenientes de las colonias.

El viejo puente de Londres era una estructura obsoleta y se encontraba siempre colapsado por el tráfico de carros y personas. Era tal el atasco que se bromeaba diciendo era más costoso transportar las mercancías de una orilla a otra del Támesis que cruzar con ellas el Atlántico. De construir otro puente más próximo a los muelles, este tenía que permitir el cruce de barcos de vela con palos de hasta 10 metros de altura. Levantar un puente fijo de semejante altura hubiera obligado a que su tablero tuviera una pendiente excesiva o construir unas rampas de acceso demasiado largas. Un puente levadizo era otra posible solución, pero resultaba imposible con la tecnología de la época.

Así que algunos pensaron que, si no se podía construir un cruce por encima del Támesis, quizás fuera posible construir uno por debajo. Sin embargo, hasta la fecha, nadie había conseguido construir un túnel similar bajo un río navegable y, de hecho, los primeros intentos de construir uno bajo el Támesis habían acabado en fracaso.

En 1799, el ingeniero Ralph Dodd fue el primero en probarlo y fracasar. Seis años después, se constituyó laThames Archway Company con el mismo propósito. Esta vez, sería el inventor e ingeniero de minas Richard Trevithick el que lo intentaría con la ayuda de un grupo de mineros traídos desde el Condado de Cornualles. También fracasaron. No ayudó que los mineros estuvieran acostumbrados a entornos de roca dura y no adaptaran su manera de trabajar al subsuelo formado por arena y grava del sur y este de Londres, mucho más blando.

El proyecto fue abandonado cuando el túnel que tenía que convertirse en el de desagüe del principal se inundó por segunda vez. Para entonces, se habían excavado 305 de sus 366 metros. Su anchura oscilaba entre los 60 y 90 centímetros y su altura apenas llegaba al metro y medio. Unos días antes, se había inundado por primera vez, cuando los mineros se habían topado con una cavidad inesperada en el fondo del cauce. Richard Trevithick había resuelto esta primera inundación depositando arcilla en el fondo del río para sellar la vía de agua. La segunda vez, se pensó en sumergir un tubo de hierro forjado para evitar futuras inundaciones, pero la obra jamás se reanudaría por la falta de fondos.

El fracaso de Trevithick convenció a los ingenieros de su época que la construcción de un túnel bajo el Támesis era imposible. Convenció a casi todos, pero no a Marc Brunel, un ingeniero francés que había huido a Nueva York durante la Revolución, que seguía convencido de que los túneles eran una buena opción para cruzar ríos y propuso al Zar Alejandro I la construcción de uno bajo el río Neva en San Petersburgo.

San Petersburgo optó finalmente por la construcción de un puente, pero esto no desanimó a Marc. En un tiempo en el que la única maquinaría que se usaba en la construcción de túneles eran las bombas de aguas, Marc continuó estudiando una forma de hacer más seguro y rápido este proceso. Su propuesta final fue patentada junto a Thomas Cochrane en 1818. Se trataba de un escudo para la perforación de túneles que se puede considerar el precursor de las tuneladoras modernas. Su modo de funcionamiento es muy parecido, pero en vez de contar con una cabeza perforadora giratoria, la boca del escudo de Brunel estaba abierta y eran mineros los encargados de abrir camino.

Se dice que Marc se inspiró en el Teredo Navalis, un molusco bivalvo que usando su cabeza es capaz de perforar la madera sumergida de pilotes, árboles, troncos o barcos, mientras que su concha le protege de ser aplastado por la presión que la madera ejerce al hincharse por la acción del agua. Marc habría sufrido los dañinos efectos del Teredo mientras trabajaba en unos astilleros y habría sabido así de su existencia.

En 1823, ansioso por poner a prueba su escudo, Brunel ideó un plan para construir un túnel debajo del Támesis. Las buenas perspectivas de rentabilidad económica hicieron que no le resultara difícil encontrar inversores privados para el proyecto, uno de ellos el poderoso Duque de Wellington, y en 1824 se formó la Thames Tunnel Company para ejecutar la obra.

Marc Brunel escogió para construir su túnel bajo el Támesis un punto situado un kilómetro más arriba en el curso del río del lugar en que los mineros de Cornualles habían fracasado, entre Rotherhithe y Wapping. Sin embargo, haría todo de una manera muy distinta. La primera idea innovadora de Marc Brunel fue la manera de construir el pozo de acceso del túnel. Habitualmente, primero se excavaba el pozo totalmente y luego se recubrían sus paredes con ladrillo. Esto exigía que durante la excavación se tuvieran que apuntalar las paredes para evitar desprendimientos y, aun así, el riesgo de accidentes continuaba siendo alto. Marc, por el contrario, aprovechando que el terreno era blando, decidió construir todo el recubrimiento lateral del pozo antes de haber comenzado la excavación y luego simplemente dejar que este cayera por su propio peso (unas 1.000 toneladas) a medida que excavaba el pozo.

El cilindro estaba formado por dos anillos de hierro de 15 metros de diámetro, uno en la parte superior de la estructura y otro en la inferior, unidos por barras de hierro. Entre estos dos anillos, se construyeron dos paredes de ladrillos separadas por un espacio de 90 centímetros que fue rellenado con cemento y cascotes. Por último, en la parte superior se situó una máquina de vapor que se usaba para bombear el agua que se filtraba durante la excavación y para subir los cubos de tierra a la superficie.

La idea funcionó muy bien, pero cuando apenas quedaban medio metro para que el cilindro llegara a su posición definitiva, la presión que ejercía el propio terreno sobre el cilindro hizo que este se atascara. Lo primero que se intentó fue incrementar el peso del cilindro colocando temporalmente 8.000 ladrillos en su parte superior. Al no resultar, se siguieron colocando varias líneas de ladrillos hasta llegar a los 50.000, pero, aun así, el cilindro se resistía a bajar. Finalmente, Marc decidió probar de ablandar el terreno inyectando agua y el cilindro bajó hasta ocupar su posición definitiva.

Posteriormente, los Brunel se darían cuenta que estos problemas habían sido debidos a la forma cilíndrica de la estructura. Aprenderían del error y, cuando construyeron el otro pozo de acceso del túnel, optaron por una estructura más amplia en la base que en su parte superior.

Superado este primer escollo, se procedió a construir los cimientos del pozo, 6 metros más de ladrillos dejando una boca de 10.8 metros anchura en la cara norte por la que el escudo penetraría debajo del río. A finales de noviembre de 1825, con el escudo en su sitio, todo estaba listo para comenzar con la perforación del túnel. El escudo tenía forma rectangular, de 10.66 de ancho y 6.24 de alto, y estaba formado por 12 armazones verticales de más de 7 toneladas cada uno, que se podían mover de forma independiente. Estos armazones, a su vez, estaban divididos verticalmente en 3 celdas, en cada una de las cuales podía trabajar un minero asistido por un peón. De esta manera, cuando el terreno era lo suficientemente firme, podían llegar trabajar hasta 36 mineros de forma simultánea. Sin embargo, cuando el escudo se topaba con terreno más blando, sólo se trabajaba en una celda de cada armazón.