我國是世界上黃土分佈最廣的國家，西部和華北地區大面積分佈黃土，總面積達到63萬平方公里。黃土是一種特殊土，具有垂直節理髮育等特性，隧道開挖形成臨空面後，極易沿裂隙坍塌掉塊，導致施工事故多，運營病害多，黃土隧道的建設一直是隧道工程建設的難題。

　　我國擬規劃穿越黃土地區的高速鐵路超過2000公里，在中西部修建高速鐵路，必需解決黃土隧道修建的技術問題。隧道可以採用兩種形式，一種是採用單洞雙線大斷面形式，另一種是採用兩條平行的相對較小斷面的雙洞單線隧道形式。採用單洞雙線大斷面隧道方案，具有乘車舒適度高、節約50%土地資源、節省投資30%—40%等顯著經濟技術優勢。但開挖面積約174平方米，增大58%以上，技術難度大、施工風險高。經過審慎研究，為確保長期運營的舒適性，並可節約投資，鄭西高速鐵路決定採用大斷面隧道方案。2004年原鐵道部立項，由中國鐵路經濟規劃研究院為牽頭單位，組織設計、施工、運營以及高校和研究所等16個單位，100多位科研技術人員，産學研聯合成立課題組，針對鄭西高速鐵路28座長53公里的黃土隧道的設計和施工關鍵技術問題進行聯合攻關。

　　鄭西高速鐵路是世界上第一條長距離穿越黃土地區的高速鐵路，全長458公里，設計時速350公里。黃土隧道建設面臨的難題，一是隧道開挖斷面大，最大達到174平方米；二是隧道長，目前最長的函谷關隧道全長7851米；三是隧底工後沉降控制標準高，不大於15毫米；四是下穿既有公路和鐵路的工點多，施工風險大。沒有工程經驗、沒有理論指導、沒有設計荷載計算共識，既有的設計理論、傳統的施工方法，都不能適應鄭西客運專線大斷面隧道的要求。

　　針對上述問題，中國鐵路經濟規劃研究院橋隧諮詢部部長趙勇帶領課題研究團隊，通過十多年聯合攻關，形成了高速鐵路大斷面黃土隧道設計、施工、檢測的成套技術。首先構建了大斷面黃土隧道穩定控制技術體系。揭示了大斷面黃土隧道圍岩工程特性、變形規律及地表裂縫形成機理，創建了大斷面黃土隧道圍岩亞分級方法，提出了大斷面黃土隧道深、淺埋分界標準及圍岩荷載計算方法。為大斷面黃土隧道設計與施工奠定了理論基礎。其次，創建了大斷面黃土隧道空間變形控制設計方法。探明瞭大斷面黃土隧道支護體系的力學及變形特徵，為大斷面黃土隧道支護體系的建立提供了依據；創建了控制大斷面黃土隧道空間變形的新型支護體系；提出了大斷面黃土隧道預留變形控制標準，填補了規範空白。最後，創立了以三台階七步開挖施工工法為核心的大斷面黃土隧道施工新技術。研發了三台階七步開挖施工工法（國家級）；提出了“預支護、留核心、短進尺、強拱腳、快封閉”施工穩定性控制的關鍵技術；制定了《鐵路黃土隧道技術規範》（Q/CR9511-2014）、《鐵路大斷面隧道三台階七步開挖法施工作業指南》（經規標準〔2007〕119 號），建立了大斷面黃土隧道安全施工技術標準。

　　從2003年組織既有黃土隧道調研，到2004年立項研究，論證比選，確定技術標準，到開工以後的整個建設過程中，課題組和參建人員攻克一個又一個的技術難關，直到2010年2月6日鄭西高速鐵路按期通車。大斷面黃土隧道建設關鍵技術的攻克，為整個項目的建設和按期開通做出了重大貢獻，節約工程投資約19.5億元。課題豐富並完善我國高速鐵路建設技術，環境效益、社會效益也十分顯著，得到了業內和國際同行的廣泛讚譽。

　　鄭西高速鐵路開通後，課題組進一步系統全面的梳理鄭西高速鐵路大斷面黃土隧道建設中監測到的各種數據，總結完善各項研究成果。完成了專著《黃土隧道工程》一書，制定了《鐵路黃土隧道技術規範》等標準，並逐步在後來修建的大同至西安高速鐵路、寶雞至蘭州等高速鐵路的大斷面黃土隧道中推廣應用，取得了巨大的經濟效益和社會效益。研發的三台階七步開挖施工工法具有施工方法簡單、便於大型機械化施工、進度快、投資省等明顯技術優勢，已推廣應用到鐵路行業軟弱圍岩隧道建設中，受到廣大建設、設計和施工單位的好評。其中貴陽至廣州、重慶至成都、重慶至貴陽、成都至昆明、成都至蘭州等西南地區新建鐵路，應用該工法修建的隧道長度已超過1000公里。

　　本項目獲得國家授權專利12項，其中發明專利2項，出版學術專著1部，發表論文70多篇，編制鐵路行業標準2部。研究成果先後獲得中國鐵道學會科學技術一等獎、中國岩石力學與工程學會科學技術一等獎，中國鐵道建築總公司科學技術特等獎，中國鐵路工程總公司科學技術特等獎，中國施工企業管理協會科學技術一等獎，2016年1月8日，該課題獲2015年度國家科技進步二等獎，課題成果頗豐。

　　高速鐵路大斷面黃土隧道建設成套技術及應用解決了不僅我國黃土地區高速鐵路隧道建設難題，對黃土地區修建大空間地下工程也具有重要借鑒意義，豐富和發展了高速鐵路隧道建設技術，推動了我國乃至世界高速鐵路隧道建設技術的進步。