隧道洞身穿越的可溶岩地层有二迭系茅口组灰岩、栖霞组灰岩、石炭系马坪群灰岩。茅口组灰岩向斜轴部、茅口组灰岩与栖霞燧石灰岩、炭质页岩分界线附近，是岩溶极发育地带。隧道进口段南地下水系，主流为山羊箐~龙潭坝~乾河~熊家场暗河，隧道进洞400m后，隧道高程均在地下水位以下，处于岩溶深部滞流带，而进口段约400m分处垂直渗流带及水平循环带。隧道中段处于岩溶深部滞流带，串珠状岩溶泉水出露高程多在1600m附近，高出隧道高程70m左右，隧道；隧道出口段地处大冲头~谌家坝暗河地带，属北地下水系，隧道处暗河高程约1478m，高于隧道70m，隧道大部分处于岩溶深部滞流带。上覆玄武岩的茅口组灰岩也是岩溶发育地段，岩溶发育地段长度达5027m，占隧道全长75.5%，岩溶及岩溶水是主要的工程地质和水文地质问题。