Năm 2011, hầm Thủ Thiêm dài gần 1.490m, vốn đầu tư hơn 2.200 tỷ đồng, nối quận 1 với bán đảo Thủ Thiêm (TP Thủ Đức), là hạng mục quan trọng nhất của dự án đại lộ Đông Tây (dài 22 km, tổng đầu tư 9.800 tỷ đồng), được khánh thành. Thời điểm đó, đây là hầm vượt sông đầu tiên của Việt Nam và lớn nhất Đông Nam Á.
Hầm có 371m đi ngầm dưới lòng sông với 4 đốt hầm, mỗi đốt dài 92,75m, cao 9,1m, rộng 33,3m, nặng 27.000 tấn. Hầm rộng hơn 33m và cao gần 9m. Hầm có hai chiều xe, mỗi chiều có 3 làn gồm 2 làn ô tô và 1 làn xe máy, tốc độ xe máy 40km/h, ô tô 60km/h. Công trình được thiết kế có tuổi thọ vận hành 100 năm và chịu được động đất cấp 7.
Hầm có quy mô mặt cắt ngang rộng 33,3m với hai lốt thoát hiểm và hai hướng lưu thông 6 làn xe, vận tốc thiết kế 60 km/giờ. Theo Ban quản lý dự án đầu tư công trình giao thông đô thị TP, hầm Thủ Thiêm được thiết kế cho 45.000 ô tô và 15.000 xe gắn máy lưu thông/ngày.
Đáng chú ý, hầm Thủ Thiêm được thiết kế theo tiêu chuẩn đường bộ Nhật Bản với công nghệ tiên tiến, việc vận hành an toàn và môi trường cả trong và ngoài hầm đều được đánh giá có độ tin cậy cao. Đường hầm Thủ Thiêm thi công bằng công nghệ đúc, dìm dài nhất Đông Nam Á. Từ mẻ bê tông đầu tiên đúc đốt hầm cho đến lúc 4 đốt được lai dắt và dìm thành công xuống đáy sông Sài Gòn trải qua nhiều công đoạn.
Hầm được chính thức khởi công vào năm 2005. Sau đó đến năm 2008, hầm gặp sự cố nứt các đốt hầm. Tuy nhiên, Việt Nam nhanh trí mời một đội ngũ tư vấn của Australia tham gia xử lý với các nhà thầu Nhật Bản. Các vết nứt đã được bơm keo và các đốt hầm đã được bọc một lớp thép bảo vệ.
Trước khi được lai dắt ra vị trí lắp đặt, các đốt hầm đã được để chìm trong nước tại bể đúc để kiểm tra kết quả xử lý các vết rạn, nứt. Quá trình xử lý này cũng có sự tham gia và đóng góp ý kiến của các nhà khoa học Việt Nam. Đến năm 2010 hợp long thành công hầm Thủ Thiêm và chính thức đưa vào sử dụng từ năm 2011.
Theo Giám sát thi công đường hầm Thủ Thiêm, trong tất cả các khâu thi công hầm Thủ Thiêm đều do các kỹ sư, công nhân Việt Nam trực tiếp thi công. Nhà thầu Nhật Bản chỉ cử một đội ngũ chuyên gia giám sát. Phần lớn các thiết bị cũng đều được thuê ở Việt Nam, chỉ một số thiết bị chuyên dụng thì đưa từ Nhật sang. Do đó, nếu sau này có thêm một công trình hầm dìm nào, kỹ sư Việt Nam hoàn toàn có thể làm được.
Về các công nghệ hiện đại, trong hầm lắp đặt hệ thống thiết bị rất hoàn thiện, phục vụ cho vận hành, gồm hệ thống cấp nước, chiếu sáng; hệ thống chống cháy; hệ thống thông gió; hệ thống đo đạc độ ô nhiễm không khí; hệ thống đếm xe... Ngoài ra còn có hệ thống loa phóng thanh, báo động khi xảy ra sự cố. Tất cả các thiết bị này đều tự động truyền thông tin về trung tâm điều khiển và tự động xử lý các tình huống xảy ra.
Ví dụ như khi nồng độ khí ô nhiễm trong hầm tăng lên thì trung tâm điều khiển sẽ tự động tăng thêm công suất quạt thông gió; hay trường hợp mật độ xe lưu thông trong hầm quá đông thì trung tâm điều khiển sẽ cho ngăn bớt lượng xe xuống hầm... Hai bên hầm còn có khoang thoát hiểm rộng 2m, sử dụng cho mọi người chạy bộ khi xảy ra sự cố.
Bên trong hầm có 54 camera, như những “mắt thần” giám sát thường xuyên mọi hoạt động, chuyển tải lên trung tâm ở phía trên, luôn có người túc trực theo dõi. Chỉ cần có một sự cố nhỏ, đội phản ứng nhanh của hầm sẽ được kích hoạt, xử lý các tình huống nhanh nhất để hạn chế xảy ra tình trạng tắc hầm.