穿黄隧洞工程是南水北调中线的关键工程，全长约19.3km，设计流量为265m3/s，加大流量为320 m3/s，主要建筑物包括南岸明渠、退水建筑物、过河建筑物、北岸明渠及交叉建筑物等。穿黄隧洞为双线有压输水隧洞，单个洞长4250m，内径7m。工程地处七度地震区。工程设计时，需要面对河床游荡、河槽深度冲淤、复杂地质条件、砂土地震液化、软土震陷、隧洞渗漏、围土稳定、大型超深竖井、长距离盾构隧洞施工，以及输水安全与长期运用等一系列技术难题。工程采用盾构法施工穿过黄河河床覆盖层。
为解决关键技术难题，确保工程安全顺利建成，开展了穿黄隧洞工作条件与建筑物型式、衬砌结构受力与变形特性、大型盾构工作竖井结构特性、抗震技术等技术攻关，开展了穿黄隧洞1：1仿真实验，模拟隧洞水土环境和受力条件，验证设计方案，提出优化措施，为整体提升技术理论水平提供实验依据。穿黄隧洞工程关键技术研究解决多项难题，其中穿黄隧洞抗震技术研究取得可喜成果，通过进行三维地震反应分析，证实在设计地震动作用下，隧洞结构安全。建立拼装式管片结构接头计算模型，以及外部土体与外衬的相互作用模型，并应用于穿黄隧洞衬砌结构设计。穿黄工程开工后，通过数项隧洞施工经验及穿黄隧洞仿真实验研究成果，进一步研究制定穿黄工程输水隧洞施工控制标准和措施，在隧洞施工和全线贯通中发挥了重要作用。
穿黄工程施工中解决了众多技术挑战。盾构机在掘进的过程中，靠刀盘上的100多把刀具来对付复杂地层。盾构机穿越地层有砂层、土层及砂土混合地层，其中砂粒、卵石、钙质结块等对刀具磨损非常严重，需要对刀具检查并进行维修。下游线隧洞掘进到1360m时，发现刀具及刀盘严重磨损，就采用三轴搅拌桩对刀盘修复区域进行加固，通过焊接增加了30多把刀，还在刀具上增加合金柱，强化了耐磨性能，以适应穿黄复杂地层的掘进。还针对掘进初期出现的管片破损等问题，改进管片结构型式，为国家节约了大量资金。
穿黄工程关键技术研究，来源于工程，服务于工程，应用于工程，为节省投资、提升技术水准、确保工程顺利实施提供了技术保障，也为大型输水工程建设提供了借鉴。