可行性研究包括沉管隧道和盾构隧道的比较和环境影响和施工及运营风险评估。

概念设计
沉管隧道长5.4公里是世界上最长的沉管隧道。概念设计阶段，根据横断面对交通，通风和机电设备的要求确定了横断面尺寸。隧道浅埋段基础处于软土中，基础形式采用土体加固、桩基和天然地基的组合。概念设计也用作初步设计投标文件的技术部分。

初步设计
COWI与中交公路规划设计院有限公司等五家单位组成了设计联合体并承担了港珠澳大桥主体工程的初步设计工作。作为隧道部分的设计牵头单位，COWI在进行隧道设计时，以不降低施工与运营期间隧道的安全度为前提，尽量降低工程量和造价。造价与风险方面的优化应考虑安全、可行、风险优化的施工方法、设计寿命期、环保以及节约能源等。

初步设计方案中沉管隧道从洞口到洞口的总长为5990m，其中沉管段（从与暗埋段的接头开始计算）总长5664m。沉管段由32个管节组成，除第一个管节较短外，其余管节长180m。隧道横断面采用两孔一管廊结构，纵向采用节段式管节，无外包防水，节段之间无贯通钢筋，通过剪力键连接，接头处均设置双道防水。

隧道基础垫层采用碎石整平层，基础处理采用支承桩，沉降控制桩，换填相互结合的方式，设计将考虑结构与基础之间的共同作用，以寻求最优方案。