I primi cantieri per la costruzione della linea furono aperti nel 1996. Le operazioni di collaudo statico delle opere principali di linea, di posa dei binari e i primi test di elettrificazione della linea terminarono nel novembre 2008, dopodiché iniziarono le fasi di collaudo dell'intera opera e i test di velocità.
Il 3 febbraio 2009, durante una delle corse-prova, un treno ETR 500 stabilì il nuovo primato in Italia di un rotabile nazionale raggiungendo la velocità di 362 km/h; venne superato il precedente limite di 355 km/h ottenuto il 1º marzo 2008 dal convoglio ETR 500-Y RFI di RFI S.p.A. nel tratto tra il Posto di Movimento Livraga e il primo bivio Parma Est, nel territorio del Comune di Fontanellato, della linea AV-AC Milano–Bologna segnando nella galleria "Morticine" anche il primato nazionale di velocità in galleria[1].
Il 24 marzo 2009, alla presenza delle principali autorità, si svolse il viaggio inaugurale della tratta Bologna-Firenze su un Frecciarossa, che da Milano raggiunse Roma in 2 ore e 59 minuti (l'esatta percorrenza commerciale)[2][3].
Il Consorzio Cavet, contraente generale dei lavori, consegnò l'opera il 30 giugno 2009 (data prevista dal contratto come "termine ultimo sostanziale" dei lavori); il giorno successivo la linea entrò in esercizio ma priva di servizio commerciale. La gestione della linea fu assunta da Rete Ferroviaria Italiana. L'apertura al servizio commerciale avvenne il 4 dicembre dello stesso anno[4], l'inaugurazione ufficiale il giorno successivo[5].
L'8 maggio 2012 nell'ambito del progetto del passante ferroviario ad alta velocità sotterraneo di Bologna fu aperto all'esercizio il tronco Bivio Emilia – Bologna Centrale con termine presso il piazzale sotterraneo della stazione bolognese attivato contestualmente[6].
Diatribe e processi per le modifiche ambientali e danni presunti dell'ecosistema
I lavori di scavo sotto l'Appennino hanno comportato notevoli modifiche dell'ecosistema locale e, secondo alcuni critici, anche danni ambientali di una certa importanza, in particolare ai torrenti[7]. Il deflusso di falde, torrenti, pozzi e fonti sorgive ha interessato in modo particolare le tre gallerie più lunghe in località Raticosa, Firenzuola e Vaglia.[8] Nel 2013, la Regione Toscana avviò alcuni progetti di recupero del deflusso dei torrenti e delle acque piovane, per il parziale ripristino e risanamento della funzionalità idrogeologica e ambientale compromessa dall'opera.[9][10]
Nel novembre 2004 da diversi attori fu intentato un processo per "danni ambientali nel Mugello" contro i responsabili delle aziende costruttrici; il processo si concluse a Firenze il 3 marzo 2009 con la formulazione di ventisette condanne, inflitte ai vertici del Consorzio di imprese, a pene variabili da 3 mesi a 5 anni di reclusione e a risarcimenti per oltre 150 milioni di euro. Tra gli imputati, responsabili e dipendenti Cavet, ditte in subappalto, gestori di cave e di discariche, intermediatori per i rifiuti. Il 27 giugno 2011 la corte d'appello di Firenze assolse il consorzio Cavet e i 27 condannati in primo grado cancellando anche il maxi-risarcimento da 150 milioni di euro[11]. Il 19 marzo 2013 la sentenza di appello fu annullata dalla Corte di cassazione, dopo il ricorso della Procura di Firenze[12]. Il processo di appello-bis, si concluse il 21 marzo 2014, con la condanna di 19 dei 30 imputati per vari reati tra cui traffico illecito di rifiuti e omessa bonifica[13]. Il 21 aprile 2016 la Corte di Cassazione, IV Sezione penale, annullò senza rinvio le condanne inflitte nel processo di appello[14].
Secondo una valutazione effettuata da Il sole 24 ore, questa linea, a causa del tracciato quasi interamente in galleria, è costata circa 70 milioni di euro al chilometro[15], per un totale stimato di 5.20 miliardi di euro[16].
Della galleria Interconnessione sono indicate le progressive chilometriche dell'imbocco e dello sbocco del suo binario dispari. Quelle del binario pari sono rispettivamente 4+803 e 0+000.
Da Bologna a Firenze si incontrano inoltre sei viadotti.
Sulla linea si trova la galleria di Vaglia, lunga 18713 m, che all'atto della sua apertura è diventata la più lunga galleria ferroviaria italiana, primato che ha strappato alla grande galleria dell'Appennino, la quale, con i suoi 18507 m, lo deteneva dal lontano 1934, ed è posta sull'altra linea ferroviaria che collega direttamente Bologna e Firenze, la Direttissima. Nella lista delle gallerie più lunghe del mondo, la galleria di Vaglia occupa il quindicesimo posto.
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