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沙河渡槽跨越沙河、将相河、大郎河，全长9050米，综合流量、跨度、重量、总长等指标排名世界第一，被誉为“世界第一渡槽”。
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然而鱼和熊掌不可兼得，虽然中线工程不需要大量建设泵站，但由于没有任何现成河道可以利用，1432千米的水道必须全部从零新建，漫长的修建过程注定困难重重。
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中线工程沿途需穿越686条大小河流，为保证输水水质，避免洪涝和污染的影响，一座座庞大的“水上立交”横空出世。在其中的27座大型梁式渡槽上，南来之水源源不断凌空而过，如同一条蜿蜒北去的“天河”。
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河南省境内，在全长达11.9千米的沙河渡槽中，巨大的U形槽段重达1200吨，每次吊装都相当于一次性起吊约1000辆轿车。
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而位于其南面的湍河渡槽，体量则更为惊人，其内径达9米，单孔跨度达40米，每孔槽段的重量可达1600吨。面对如此巨大的重量，工程师们干脆放弃了吊装设备，转而采用大型造槽机，现场完成混凝土浇筑，就这样一段接一段地筑造出世界上规模最大的U形渡槽。
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沙河渡槽所采用的巨大的U形渡槽/摄影 何进文
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沙河渡槽采用的是U形渡槽，不用特别加厚就能达到较高的结构强度，能够较好地减轻重量、节约成本。
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但更多的时候，中线工程的输水水道是以倒虹吸[4]的方式，在地表之下穿越的。其中难度最高、规模最大的，便是穿越黄河的“穿黄工程”。
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黄河北岸，巨大的圆筒形竖井深入地下，其内径可达16.4米，井深50.5米，几乎可以容纳一座15层的高楼。负责掘进隧道的大型盾构机从这里出发，在深厚的砂土中前行超过4000米，才能穿越黄河天堑。
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然而规模庞大的穿黄隧洞，在建设中并非一帆风顺。盾构机的刀盘日夜不休地旋转，被粉碎的砂砾土石随泥浆排出，但由于砂土中石英含量较高，致使盾构机的刀片产生严重破损。工程人员只能依靠人力，前后进出近400次，才能在充斥着泥水的盾构机前端完成刀盘的修复和加固。最终，在大河之下穿行500多个日夜后，巨大的盾构机在河道对岸重见天日。而河床下平均30米处，有两条内径达7米的巨大隧洞出现在世人眼前。由此，南来之水得以跨越黄河天堑，继续北上。
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空中俯瞰南水北调中线“咽喉”工程——穿黄工程/摄影 焦潇翔
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穿黄工程位于河南省郑州市黄河上游约30千米处，人们在这里的黄河河床底部，开凿两条隧道，北上的长江水通过两条穿黄隧洞与黄河立体交叉，成功穿越黄河。穿黄工程过河隧洞全长3450米，是南水北调中线中难度最大的工程。
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水道“上天入地”固然艰难，但在中线工程中约1/3的渠段内，即便是平地修渠，也面临着膨胀土的考验。这是一种吸水膨胀、失水收缩的土壤，极易造成渠道塌陷。在当时，全国上下尚无类似的工程先例，这意味着连设计施工标准，都必须从零开始制定。
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同样必须从零起步的，还有在北京市境内为防止污染、减少占地面积而修建的预应力钢筒混凝土管道（PCCP）。这是一种复合结构管材，层层包裹的结构令其防渗、抗震、可靠、耐久。然而，中线工程中的PCCP管道直径达4米，单管重78吨，巨大的体积和重量带来了极大的施工难度，工程人员经过大量实验，才最终确定建设标准。
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一路过关斩将，中线工程再经过长约13千米的北京西四环暗涵工程，便可抵达终点——北京团城湖。这些南来之水将进入城市的各大水厂，或经京密引水渠反向注入曾不堪重负的密云水库。至此，中线工程全线贯通，再没有什么能够阻挡滔滔江水一路北上。
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中线工程水道穿山越岭，穿越城镇，与31条水渠、51条铁路和1238条公路相互交错。全程有27座渡槽、102座倒虹吸、17座暗渠、12座隧洞、1座泵站、476座排水建筑物、303座控制建筑物，将这条千里水脉逐一串联。
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然而，无论是东线工程庞大的泵站，还是中线工程巨大的水渠，都只是整个南水北调工程的冰山一角。水质如何保障？污染如何治理？移民如何安置？文物如何保护？造成的生态问题又该如何补偿？种种问题摆在人们眼前，让这项本已困难重重的工程愈发举步维艰。
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PCCP管道结构示意
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