我國是世界上黃土分布最廣的國家，西部和華北地區(qū)大面積分布黃土，總面積達(dá)到63萬平方公里。黃土是一種特殊土，具有垂直節(jié)理發(fā)育等特性，隧道開挖形成臨空面后，極易沿裂隙坍塌掉塊，導(dǎo)致施工事故多，運(yùn)營病害多，黃土隧道的建設(shè)一直是隧道工程建設(shè)的難題。

　　我國擬規(guī)劃穿越黃土地區(qū)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(shù)問題。隧道可以采用兩種形式，一種是采用單洞雙線大斷面形式，另一種是采用兩條平行的相對(duì)較小斷面的雙洞單線隧道形式。采用單洞雙線大斷面隧道方案，具有乘車舒適度高、節(jié)約50%土地資源、節(jié)省投資30%—40%等顯著經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢。但開挖面積約174平方米，增大58%以上，技術(shù)難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高。經(jīng)過審慎研究，為確保長期運(yùn)營的舒適性，并可節(jié)約投資，鄭西高速鐵路決定采用大斷面隧道方案。2004年原鐵道部立項(xiàng)，由中國鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院為牽頭單位，組織設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營以及高校和研究所等16個(gè)單位，100多位科研技術(shù)人員，產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合成立課題組，針對(duì)鄭西高速鐵路28座長53公里的黃土隧道的設(shè)計(jì)和施工關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。

　　鄭西高速鐵路是世界上第一條長距離穿越黃土地區(qū)的高速鐵路，全長458公里，設(shè)計(jì)時(shí)速350公里。黃土隧道建設(shè)面臨的難題，一是隧道開挖斷面大，最大達(dá)到174平方米；二是隧道長，目前最長的函谷關(guān)隧道全長7851米；三是隧底工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)高，不大于15毫米；四是下穿既有公路和鐵路的工點(diǎn)多，施工風(fēng)險(xiǎn)大。沒有工程經(jīng)驗(yàn)、沒有理論指導(dǎo)、沒有設(shè)計(jì)荷載計(jì)算共識(shí)，既有的設(shè)計(jì)理論、傳統(tǒng)的施工方法，都不能適應(yīng)鄭西客運(yùn)專線大斷面隧道的要求。

　　針對(duì)上述問題，中國鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院橋隧咨詢部部長趙勇帶領(lǐng)課題研究團(tuán)隊(duì)，通過十多年聯(lián)合攻關(guān)，形成了高速鐵路大斷面黃土隧道設(shè)計(jì)、施工、檢測的成套技術(shù)。首先構(gòu)建了大斷面黃土隧道穩(wěn)定控制技術(shù)體系。揭示了大斷面黃土隧道圍巖工程特性、變形規(guī)律及地表裂縫形成機(jī)理，創(chuàng)建了大斷面黃土隧道圍巖亞分級(jí)方法，提出了大斷面黃土隧道深、淺埋分界標(biāo)準(zhǔn)及圍巖荷載計(jì)算方法。為大斷面黃土隧道設(shè)計(jì)與施工奠定了理論基礎(chǔ)。其次，創(chuàng)建了大斷面黃土隧道空間變形控制設(shè)計(jì)方法。探明了大斷面黃土隧道支護(hù)體系的力學(xué)及變形特征，為大斷面黃土隧道支護(hù)體系的建立提供了依據(jù)；創(chuàng)建了控制大斷面黃土隧道空間變形的新型支護(hù)體系；提出了大斷面黃土隧道預(yù)留變形控制標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了規(guī)范空白。最后，創(chuàng)立了以三臺(tái)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(shù)。研發(fā)了三臺(tái)階七步開挖施工工法（國家級(jí)）；提出了“預(yù)支護(hù)、留核心、短進(jìn)尺、強(qiáng)拱腳、快封閉”施工穩(wěn)定性控制的關(guān)鍵技術(shù)；制定了《鐵路黃土隧道技術(shù)規(guī)范》（Q/CR9511-2014）、《鐵路大斷面隧道三臺(tái)階七步開挖法施工作業(yè)指南》（經(jīng)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)〔2007〕119 號(hào)），建立了大斷面黃土隧道安全施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　從2003年組織既有黃土隧道調(diào)研，到2004年立項(xiàng)研究，論證比選，確定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，到開工以后的整個(gè)建設(shè)過程中，課題組和參建人員攻克一個(gè)又一個(gè)的技術(shù)難關(guān)，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(shè)關(guān)鍵技術(shù)的攻克，為整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)和按期開通做出了重大貢獻(xiàn)，節(jié)約工程投資約19.5億元。課題豐富并完善我國高速鐵路建設(shè)技術(shù)，環(huán)境效益、社會(huì)效益也十分顯著，得到了業(yè)內(nèi)和國際同行的廣泛贊譽(yù)。

　　鄭西高速鐵路開通后，課題組進(jìn)一步系統(tǒng)全面的梳理鄭西高速鐵路大斷面黃土隧道建設(shè)中監(jiān)測到的各種數(shù)據(jù)，總結(jié)完善各項(xiàng)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(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)，并逐步在后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(yīng)用，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。研發(fā)的三臺(tái)階七步開挖施工工法具有施工方法簡單、便于大型機(jī)械化施工、進(jìn)度快、投資省等明顯技術(shù)優(yōu)勢，已推廣應(yīng)用到鐵路行業(yè)軟弱圍巖隧道建設(shè)中，受到廣大建設(shè)、設(shè)計(jì)和施工單位的好評(píng)。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(qū)新建鐵路，應(yīng)用該工法修建的隧道長度已超過1000公里。

　　本項(xiàng)目獲得國家授權(quán)專利12項(xiàng)，其中發(fā)明專利2項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)專著1部，發(fā)表論文70多篇，編制鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2部。研究成果先后獲得中國鐵道學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)、中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，中國鐵道建筑總公司科學(xué)技術(shù)特等獎(jiǎng)，中國鐵路工程總公司科學(xué)技術(shù)特等獎(jiǎng)，中國施工企業(yè)管理協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，2016年1月8日，該課題獲2015年度國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，課題成果頗豐。

　　高速鐵路大斷面黃土隧道建設(shè)成套技術(shù)及應(yīng)用解決了不僅我國黃土地區(qū)高速鐵路隧道建設(shè)難題，對(duì)黃土地區(qū)修建大空間地下工程也具有重要借鑒意義，豐富和發(fā)展了高速鐵路隧道建設(shè)技術(shù)，推動(dòng)了我國乃至世界高速鐵路隧道建設(shè)技術(shù)的進(jìn)步。