隧道为本线最长的隧道工程，隧道左线起讫里程为DK69+255~DK97+094，右线起讫里程DK69+271~DK97+119，隧道全长27839m。隧道位于石太客运专线小寨车站和盂县车站之间，是本线的重点控制工程，隧道通过该段太行山山脉的主峰越宵山，隧道最大埋深445m，设计为双洞单线隧道，两线线间距35m，太行山隧道是目前我国设计的最长山岭隧道。
　　　Z3标段为太行山隧道中的一段，起讫里程：DK73+201~DK80+901，YDK73+201~YDK80+901，线路全长7.7km，为单线双洞。隧道均位于直线上，纵坡均为14.3‰。
1.3.自然地理状况及岩性
1.3.1.气象特征
　　　隧道区内地处温暖带亚润湿区，属高寒山气候，降水稀少，气候垂直分带不明显，这里四季分明，夏季炎热少雨，冬季寒冷干燥，年降水量在350~800mm。降水集中在5~9月份，约占全年降水量的64%~97%。冬季以西北风为主，夏季以东北风为主。冻结期11月中旬至第二年3月中旬，沿线土壤最大冻结深度1.01m。
1.3.2.地震
　　　根据1：400万《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，太行山隧道所在区地震动峰值加速度为0.1g，地震基本烈度Ⅶ度。
1.3.3.地形、地貌及自然环境
　　　Z3标段坪上斜井洞口附近起迄点均与304省道相连，施工进场相对容易，但寺坪斜井、嘴子上斜井均需修建较长便道方可进入洞口，交通较困难。隧道区位于太行山脉中南段剥蚀中低山区及盂县~寿阳黄土盆地堆积区两大地貌单元内，地形起伏较大，最大高差约600m，峡谷中无水，均为干谷。山上植被较茂密，基岩裸露，呈现山地地貌的典型特征。
1.3.4.工程地质
　　　隧道区地层岩性地层表覆第四系松散堆积层冲洪积层马兰黄土、离石黄土，下伏石炭系中统本溪组、奥陶系、寒武系及太古界地层。太古界为一套花岗片麻岩及黑云斜长片麻岩相结合。奥陶系、寒武系为灰~深灰色中厚~厚层状白云岩、石灰岩、紫红色薄层状竹叶状灰岩、角砾状泥灰岩。石炭系中统本溪组为砂岩、泥岩及铝土质泥岩组成。
　　　其中DK73+201~DK79+360段，洞身位于寒武系上、中统的一套薄至中厚层状为主的白云岩、石灰岩类为主夹页岩的碳酸盐地层中，岩体完整至较完整。DK79+360~DK80+901段受仙人村~红贝岭断裂及岭底西至香炉寺断裂影响，洞身所提供的该段地层为太古界浅变质的一套花岗片麻岩吉黑云花岗片麻岩变质岩区，岩体完整。
1.4.交通、水源、电源
　　　Z3标交通条件较差，仅在3#坪上斜井有304省道通过，其它2座斜井仅有碎石小路通向2#嘴子上斜井，需加宽和新修碎石便道。
　　　施工用电采用从业主提供的沿线路走向电力干线引入，并考虑部分采用自发电。
　　　施工用水主要采取打深井取水，并抽至高山水池。
1.5.主要技术标准
　　　铁路等级：客运专线，近期兼顾货运
　　　正线数目：双线
　　　设计坡度：上行限坡13.5‰,下行最大坡度18‰；本标坡度13.4‰
　　　最小曲线半径：5000m
　　　到发线有效长度：1050m，双机地段1080m；
　　　牵引种类：电力；
　　　机车类型：高速列车动车组，中速列车SS9，货车DJ1。
　　　列车运行方式：自动控制
　　　行车指挥方式：调度集中