。該隧道屬於西秦嶺高中山區地貌單元，沿線山高溝深，岸坡陡峻，相對高差為1450m。主要經過的溝谷有：化馬溝、石家院溝、紅水溝等，多為'V'型溝谷，坡降較大，溝谷中受河流侵蝕，使得岸坡陡峻，山體陡崖遍布，部分基岩表層風化剝落，形成緩坡。地勢總體趨勢東北高西南低，隧道最大埋深約1300m。進口位於大峪溝，有鄉村便道與212國道相連，出口位於212國道左側，斜井便道條件較差。
隧道起訖里程為DK301+282～DK313+862，全長12580m，為一座雙線隧道。隧道內線路分別為12.8‰和13‰的單面下坡。
工程地質特徵
1、地層岩性
隧道洞身通過的基岩地層主要為：二疊系下統灰岩，石炭系中上統灰岩，泥盆繫上統灰岩、灰岩夾板岩，志留系中上統灰岩、灰岩夾板岩、炭質板岩，斷層泥和斷層角礫。
2、地質構造
隧道通過區位於秦嶺褶皺系,地質構造複雜，斷層、褶皺發育。受區域構造影響岩層產狀較亂，層面多閉合-張開，節理以近垂直岩層走向的節理為主，多為張節理，節理面微張-張開。根據地面調查及V8資料反映，工點處發育有兩個背斜、兩個向斜和七條斷層。
（1）褶皺
①尖旮旯背斜：該背斜核部洞身里程約DK308+450，背斜核部張應力作用強烈，節理裂隙發育。
②紅水溝向斜：該向斜核部洞身里程約DK310+500，向斜核部壓應力作用強烈，節理裂隙發育，多為剪節理。
③洪水溝背斜：該背斜核部洞身里程約DK312+000，背斜核部張應力作用強烈，節理裂隙發育。
④高家山向斜：該向斜核部洞身里程約DK312+600，向斜核部壓應力作用強烈，節理裂隙發育。
（2）斷裂
F4：隧道進口段DK301+282～DK301+360段落，洞身通過F4斷裂帶地表第四系地層，逆斷層，斷層產狀N80°W/75°N。斷層帶物質主要為斷層泥。
f36:隧道洞身DK303+404～DK304+224段大角度通過該斷層，逆斷層，產狀N80°W/70°S，上盤為二疊系下統灰岩，下盤為石炭系中上統灰岩，斷層頻寬750m，斷層帶物質主要為斷層角礫，較富水。
f37:隧道洞身DK304+774～DK305+174段大角度通過該斷層，逆斷層，產狀N32°W/74°S，上盤為石炭系中上統灰岩，下盤為泥盆繫上統灰岩，斷層頻寬370m，斷層帶物質主要為斷層角礫，較富水。
f38:隧道洞身DK306+064～DK306+704段大角度通過該斷層，逆斷層，產狀N60°W/58°N，上盤為泥盆繫上統灰岩，下盤為泥盆繫上統灰岩，斷層頻寬520m，斷層帶物質主要為斷層角礫，較富水。
f39:隧道洞身DK307+244～DK307+543段大角度通過該斷層，逆斷層，產狀N60°W/80°N，上盤為泥盆繫上統灰岩，下盤為泥盆繫上統灰岩，斷層頻寬640m，斷層帶物質主要為斷層角礫，較富水。
f39-1:隧道洞身DK307+945～DK308+244段小角度通過該斷層，逆斷層，斷層產狀N45°E/80°S，上盤為志留系中上統灰岩、炭質板岩，下盤為泥盆繫上統灰岩，斷層頻寬240m，斷層帶物質主要為斷層角礫，較富水。
f40: 隧道洞身DK313+418～DK313+498段大角度通過該斷層，逆斷層，產狀N77°W/70°N，上盤為志留系中上統灰岩夾板岩，下盤為泥盆繫上統灰岩夾板岩，斷層頻寬70m，斷層帶物質主要為斷層角礫，較富水。
水文地質特徵
1、地下水類型及分布特徵
本區出露的地層岩性主要為二疊系下統灰岩，石炭系中上統灰岩，泥盆繫上統灰岩、灰岩夾板岩，志留系中上統灰岩、灰岩夾板岩、炭質板岩。灰岩夾板岩節理裂隙發育，灰岩出露地段可見小型溶孔、溶洞、溶槽，形狀各異，分布於不同高度的灰岩陡壁，岩溶裂隙亦有發育，有利於地下水的入滲及儲存，隧道區植被覆蓋較好，為大氣降水入滲補給地下水創造了條件。
隧道區地下水類型主要有第四系孔隙水、淺表風化裂隙水、深層基岩裂隙水、構造裂隙水及岩溶水。石灰岩地段存在岩溶裂隙水，地下水主要儲存於溶隙、溶蝕孔洞中，該類地下水主要受控於岩溶及溶隙發育規模、連通性及地表水的補給情況。岩溶水發育與構造和岩溶裂隙發育程度關係密切，其中二疊系和石炭系岩溶相對發育，根據地面調查石灰岩地段可見溶孔、溶槽，未發現落水洞、豎井等岩溶形態，化馬神泉位於白龍江左岸坡腳，泉眼出露於灰岩，海拔高程約1310m，實測流量約8000m/d，實測氣溫2℃，水溫5℃，屬岩溶水，補給排泄暢通，綜合分析隧道洞身在石炭系灰岩地段岩溶水以水平徑流為主，二疊系灰岩地段以垂直補給為主，與構造關係密切，其發育受諸多因素的控制，動態變化較大，規律性差。
本區地下水淺層以潛水為主，深層、大型儲水構造均具有一定的承壓性。隧道區地下水儲存場所與岩體節理裂隙及構造發育程度有關，具有典型的非均質各向異性特徵，水文地質條件十分複雜，地下水的分布規律性較差。
2、地下水補給徑流排泄條件
隧道區地下水的補給、徑流、排泄受控於地形地貌、地層岩性、地質構造和氣候條件。隧道通過區構造發育，水文地質條件、地表水及地下水之間的補給、徑流、排泄條件較為複雜。
岩溶裂隙水補給主要為大氣降水及地表水，賦存於岩溶裂隙、溶蝕孔洞中，沿構造破碎帶、節理裂隙密集帶匯集徑流，在低洼處、地層接觸帶等以泉水或地下徑流的形式排泄。
3、水化學測試
通過對隧道區地表水取水樣化驗可知，共取水樣4組，分別做了簡分析及侵蝕性CO2分析，化驗結果，水化學類型為HCO3-Ca·Mg或HCO3-Ca型水，PH值7.9左右，礦化度一般0.2～0.5g/l，DK312+600～DK313+862對圬工具硫酸鹽化學侵蝕性，環境作用等級H1，施工時應對水質追蹤檢測，及時判定水對圬工的硫酸鹽化學侵蝕性。
4、隧道湧水量的計算
考慮隧道湧水的不可預見性，在設計中以計算結果較大的地下徑流模數法作為本次設計湧水量，即預測隧道正常湧水量為30253m/d、最大總湧水量為正常湧水量的三倍計算90759m/d。化馬溝斜井正常湧水量6500m/d，最大湧水量19500m/d，石家院斜井正常湧水量4830m/d，最大湧水量14490m/d。地下水類型主要為斷裂構造裂隙、岩溶裂隙水及節理裂隙水。
5、岩溶
隧道洞身通過的灰岩地段，發育弱岩溶現象，以溶孔、溶隙為主，且多為古溶蝕，地表調查未發現大的溶蝕現象，但隧道通過區灰岩多以薄、中厚層為主，層間結合較差，節理裂隙發育-較發育，多以張節理為主，利於地下水的儲存和運動，因此不排除深部有較嚴重的溶蝕現象的可能性。
工期及輔助坑道
化馬隧道於2009年2月開工建設，計畫貫通工期55個月，即2013年9月底貫通，2013年12月底完成鋪軌。
化馬隧道長12580m，根據施工工期要求採用兩座輔助坑道輔助施工，其中化馬溝斜井設計為永久工程，雙車道無軌運輸，長1314.01m；石家院斜井設計為臨時工程，腳踏車道加錯車道無軌運輸，長2001.01m。
