我国是世界上黄土分布最广的国家，西部和华北地区大面积分布黄土，总面积达到63万平方公里。黄土是一种特殊土，具有垂直节理发育等特性，隧道开挖形成临空面后，极易沿裂隙坍塌掉块，导致施工事故多，运营病害多，黄土隧道的建设一直是隧道工程建设的难题。

    我国拟规划穿越黄土地区的高速铁路超过2000公里，在中西部修建高速铁路，必需解决黄土隧道修建的技术问题。隧道可以采用两种形式，一种是采用单洞双线大断面形式，另一种是采用两条平行的相对较小断面的双洞单线隧道形式。采用单洞双线大断面隧道方案，具有乘车舒适度高、节约50%土地资源、节省投资30%—40%等显著经济技术优势。但开挖面积约174平方米，增大58%以上，技术难度大、施工风险高。经过审慎研究，为确保长期运营的舒适性，并可节约投资，郑西高速铁路决定采用大断面隧道方案。2004年原铁道部立项，由中国铁路经济规划研究院为牵头单位，组织设计、施工、运营以及高校和研究所等16个单位，100多位科研技术人员，产学研联合成立课题组，针对郑西高速铁路28座长53公里的黄土隧道的设计和施工关键技术问题进行联合攻关。

    郑西高速铁路是世界上第一条长距离穿越黄土地区的高速铁路，全长458公里，设计时速350公里。黄土隧道建设面临的难题，一是隧道开挖断面大，最大达到174平方米；二是隧道长，目前最长的函谷关隧道全长7851米；三是隧底工后沉降控制标准高，不大于15毫米；四是下穿既有公路和铁路的工点多，施工风险大。没有工程经验、没有理论指导、没有设计荷载计算共识，既有的设计理论、传统的施工方法，都不能适应郑西客运专线大断面隧道的要求。

    针对上述问题，中国铁路经济规划研究院桥隧咨询部部长赵勇带领课题研究团队，通过十多年联合攻关，形成了高速铁路大断面黄土隧道设计、施工、检测的成套技术。首先构建了大断面黄土隧道稳定控制技术体系。揭示了大断面黄土隧道围岩工程特性、变形规律及地表裂缝形成机理，创建了大断面黄土隧道围岩亚分级方法，提出了大断面黄土隧道深、浅埋分界标准及围岩荷载计算方法。为大断面黄土隧道设计与施工奠定了理论基础。其次，创建了大断面黄土隧道空间变形控制设计方法。探明了大断面黄土隧道支护体系的力学及变形特征，为大断面黄土隧道支护体系的建立提供了依据；创建了控制大断面黄土隧道空间变形的新型支护体系；提出了大断面黄土隧道预留变形控制标准，填补了规范空白。最后，创立了以三台阶七步开挖施工工法为核心的大断面黄土隧道施工新技术。研发了三台阶七步开挖施工工法（国家级）；提出了“预支护、留核心、短进尺、强拱脚、快封闭”施工稳定性控制的关键技术；制定了《铁路黄土隧道技术规范》（Q/CR9511-2014）、《铁路大断面隧道三台阶七步开挖法施工作业指南》（经规标准〔2007〕119 号），建立了大断面黄土隧道安全施工技术标准。

    从2003年组织既有黄土隧道调研，到2004年立项研究，论证比选，确定技术标准，到开工以后的整个建设过程中，课题组和参建人员攻克一个又一个的技术难关，直到2010年2月6日郑西高速铁路按期通车。大断面黄土隧道建设关键技术的攻克，为整个项目的建设和按期开通做出了重大贡献，节约工程投资约19.5亿元。课题丰富并完善我国高速铁路建设技术，环境效益、社会效益也十分显著，得到了业内和国际同行的广泛赞誉。

    郑西高速铁路开通后，课题组进一步系统全面的梳理郑西高速铁路大断面黄土隧道建设中监测到的各种数据，总结完善各项研究成果。完成了专著《黄土隧道工程》一书，制定了《铁路黄土隧道技术规范》等标准，并逐步在后来修建的大同至西安高速铁路、宝鸡至兰州等高速铁路的大断面黄土隧道中推广应用，取得了巨大的经济效益和社会效益。研发的三台阶七步开挖施工工法具有施工方法简单、便于大型机械化施工、进度快、投资省等明显技术优势，已推广应用到铁路行业软弱围岩隧道建设中，受到广大建设、设计和施工单位的好评。其中贵阳至广州、重庆至成都、重庆至贵阳、成都至昆明、成都至兰州等西南地区新建铁路，应用该工法修建的隧道长度已超过1000公里。

    本项目获得国家授权专利12项，其中发明专利2项，出版学术专著1部，发表论文70多篇，编制铁路行业标准2部。研究成果先后获得中国铁道学会科学技术一等奖、中国岩石力学与工程学会科学技术一等奖，中国铁道建筑总公司科学技术特等奖，中国铁路工程总公司科学技术特等奖，中国施工企业管理协会科学技术一等奖，2016年1月8日，该课题获2015年度国家科技进步二等奖，课题成果颇丰。

    高速铁路大断面黄土隧道建设成套技术及应用解决了不仅我国黄土地区高速铁路隧道建设难题，对黄土地区修建大空间地下工程也具有重要借鉴意义，丰富和发展了高速铁路隧道建设技术，推动了我国乃至世界高速铁路隧道建设技术的进步。