本工程隧道主要穿越弱-微风化粉砂岩，弱-微风化粉砂岩和泥质粉砂岩互层，中风化灰岩，弱-微风化灰质页岩、粉砂岩，弱-微风化灰质页岩。其地质条件复杂多变，出现有6条断层。走向为北北东，北东向。倾角在500～790度之间，宽度6～24m不等，断层附近岩体破碎，节理裂隙密集发育，伴随裂隙水与溶洞水，常影响隧道边坡与岩体的稳定。
1.3、沿线自然地理条件
1.3.1、地形、地貌
本工程区地处云贵高原向江南丘陵的过渡地带，西北武陵山横垣，东南雪峰高耸，西枕云贵高原，东北遥望洞庭湖平原，地势北、西、南三面高，中间低并向东倾斜，实为一大型盆地。区内地貌形态以山间盆地与山地为主，本项目经过吉（首）凤（凰）、沅（陵）麻（阳）、芷（江）怀（化）三个山间盆地，海拔在100～500m之间；盆地之间为低山丘陵，海拔在400～1000m之间。按成因、形态可分为侵蚀构造低中山、砂页岩低山丘陵、红岩丘陵、低山中台地低丘洼地、溶蚀构造峰脊谷地洼地、丘陵低台地残丘洼地，低山高台地低丘洼地，溶蚀洼地8种地貌类型。
1.3.2、地质、地震
项目区位于上扬子东南缘侏罗山式褶皱带与华南加里东期逆冲褶皱带的过渡带，以北北东-北东向构造为主。另外，前期构造不同部位在统一构造应力场不同边界条件下发生走滑、逆冲及拉张断陷，形成了主要沿主干断裂分布的小型新生代盆地。
根据区域地质图及报告和现场调查表明，路线走廊带内沿线区域稳定性好，线路多以大角度穿越陡倾角岩层及地质构造线。
根据《中国地震震参数区划图》，项目区内50年超越概率10%的地震动峰值加速度<0.05g，对应地震基本烈度小于Ⅵ度，地震动反应谱特征周期0.35s，考虑简易设防。
1.3.3、不良工程地质
工作区内的不良工程地质主要有滑坡、岩溶、淤泥等，其中滑坡全线有2处小型浅层土体滑动，分别在K96-160L60处、K102+090R20处。可溶性地层主要分布在江山港附近。全线淤泥主要分布于堰塘、水田、废弃的河道等局部地段。