2．3．1 地形地貌特征
隧道近垂直穿越中梁山山脉，中梁山山脉属于剥蚀山，隧道最大埋深280m。
中梁山受构造控制明显，其走向与地层及主要构造迹线相近或一致，山脊高程480～580m，与隧道相对高差300m左右。山坡地势陡峻，地表植被发育。由于地表不同地层岩石组合的差异风化，形成山岭与凹槽相间的“隔挡式”地貌组合，即嘉陵江组灰岩等可溶性岩地带形成平坦开阔洼地，广布水田、浅湖和水库，并分布有溶蚀洼地、落水洞等，而其他地层，特别是各类砂岩组成的地层则形成高山峻岭。
2．3．2 工程地质特征
1）地层与岩性特征
隧道穿过由观音峡背斜所形成的中梁山山脉，进口和出口方向所穿越的地层岩性大致对称。主要地层有：第四系全新统，侏罗系中统新田沟组（J2x）、下统自流井组（J1－2z）、珍珠冲组（J1z），三叠系上统须家河组（T3xj）、中统雷口坡组（T2l）、下统嘉陵江组（T1j）和飞仙关组（T1f）。隧道穿凿的主要岩性以砂岩、灰岩为主，其次为泥岩、页岩。其中，须家河组地层含煤及煤线。
各地层的主要岩性和岩性组合特征如下。
（1）第四系全新统。
砂黏土（Q4dl＋pl）：黄褐色及褐色，硬—软塑性，含5%～15%砂，泥岩质碎石角砾，厚2～11m不等，分布于进口段沟槽，属Ⅱ级普通土。
砂黏土（Q4dl＋el）：黄、黄褐、紫红等色，硬塑性—半干硬性，含砂、泥岩质碎石角砾15%～20%，局部见砂岩块石，厚0～3m不等，分布隧道进、出口的坡面，属Ⅱ级普通土。
砂黏土（Q4del）：黄、黄褐色，硬塑性为主，局部具有软塑性，含10%～20%砂岩质碎石角砾，局部含砂岩块石20%～30%，最大粒径达0．5m，厚2～5m，分布于出口段滑坡内，属Ⅱ级普通土。
（2）侏罗系中统新田沟组（J2x），主要岩性组合为泥岩夹砂岩。
紫红、绿黄、青灰等色，钙、泥质结构，质软，易风化剥落，遇水易软化，夹黄色及青灰色中厚层砂岩；统属Ⅳ级软石，分布于DK1＋560—＋668段。据钻探揭示，风化严重带（W3）厚10～20m，与下伏的自流井组（J1－2z）呈平行不整合接触。
（3）侏罗系下统自流井组（J1－2z），主要岩性组合为紫红、绿灰色泥岩夹灰黑色灰岩及黄色砂岩。
质软，遇水易软化，风化严重带（W4＋3）厚2～6m，该套地层在其上部见薄—中厚灰岩夹页岩出露，底部见介壳砂岩。统属Ⅳ级软石，与下伏珍珠冲组（J1z）呈整合接触。
（4）侏罗系下统珍珠冲组（J1zh），主要岩性组合为泥岩夹砂岩。
紫红色、红绿色泥岩、粉砂质泥岩与灰黄色薄至中厚层细粒石英砂岩、长石石英砂岩互层。风化层（W3）厚2～4m，属Ⅳ级软石。该层多被薄层残坡积碎石土及砂黏土夹块石覆盖，与下伏三叠系上统须家河组（T3xj）呈整合接触。
（5）三叠系上统须家河组（T3xj），主要岩性组合为砂岩夹页岩及薄煤层。
该组为煤系地层，主要含7层煤，煤层一般厚20～50cm，最厚可达1m。按沉积韵律和岩性组合可分为六个岩性段，其中第一、三、五段含煤。具体分层如下。
第六段（T3xj6）：灰白、浅灰色中厚层中细粒长石石英砂岩。其上部30～40m处见1．5～2m厚的灰色页岩及炭质页岩，局部见薄煤层（俗称外联）。砂岩属Ⅴ级、次坚石，页岩属于Ⅳ级、软石。
第三、四、五段（T3xj3＋4＋5）：灰色、灰黄色页岩及黑色炭质页岩夹煤和中厚层中细粒长石石英砂岩。该套地层主要有五层煤，从上到下依次为（俗称）砂联、双联、广联、大联、老岩。其砂联、双联相距1．5m左右，为T3xj5主要煤层；后三联分别相距6m和20m左右，属于煤线性质的煤层。砂岩属Ⅴ级、次坚石，页岩属Ⅳ级、软石。
第二段（T3xj2）：浅灰、灰色、灰黄中厚层中细粒长石石英砂岩，局部含黄铁矿，属Ⅴ级、次坚石。
第一段（T3xj1）：灰、黑灰色页岩，薄层浅黄色粉砂岩夹薄煤层。该段含1～2层煤（俗称独联、内大联或铜炭），统属Ⅳ级、软石，与下伏雷口坡组（T2l）呈平行不整合接触。
（6）三叠系中统雷口坡组（T2l），主要岩性组合为泥灰岩、泥质白云岩。
中厚层，块状，地表多具刀砍状溶蚀现象，属Ⅴ级、次坚石；底部具有一层水云母黏土岩（俗称绿豆石），黄绿色，厚约1．5m（进口段未见出露，出口段出露较好），其与下伏嘉陵江组（T1j）顶部灰岩（俗称广子石）呈整合接触。
（7）三叠系下统嘉陵江组（T1j），主要岩性组合为厚层质纯灰岩夹白云岩及生物灰岩。
浅灰、灰、深灰色厚层质纯灰岩、白云质灰岩夹白云岩、生物碎屑灰岩；统属Ⅴ级、次坚石，但具有强溶岩性质；分布于观音峡背斜两翼，形成宽缓槽地；与下伏飞仙关组（T1f）地层呈整合接触。
（8）三叠系下统飞仙关组（T1f），主要岩性组合为泥岩、页岩、灰岩及白云岩。
暗紫红色泥岩，灰—灰白色灰岩，白云岩，薄—中厚层状，性脆；统属Ⅳ级、软石；由于该地层出露于观音峡背斜核部，仅见其第四段泥岩、页岩和第三段灰岩出露。
2）地质构造特征
隧道所在地区的地质构造主要是观音峡背斜，轴线走向南北，与隧道轴线近于直交。该背斜构造的轴面近于直立，两翼地层陡立（倾角50°～90°），西翼的局部地层甚至出现倒转，总之，该背斜为紧闭、直立、对称型的背斜褶皱构造。背斜核部大约位于隧道中部，由三叠系下统飞仙关组（T1f）泥岩页岩、灰岩及白云岩组成；两翼则对称地出现三叠系下统嘉陵江组（T1j）厚层质纯灰岩夹白云岩及生物灰岩，三叠系中统雷口坡组（T2l）泥灰岩、泥质白云岩，三叠系上统须家河组（T3xj）砂岩夹页岩及薄煤层，侏罗系下统珍珠冲组（J1z）泥岩夹砂岩，侏罗系下统自流井组（J1－2z）紫红、绿灰色泥岩夹灰黑色灰岩及黄色砂岩。
断层构造，特别是规模较大的断层不发育。主要的断层以层间滑动断层为主，特别是软硬地层之间常常存在层间滑动断层；三叠系下统嘉陵江组（T1j）厚层质纯灰岩内形成的层间滑动断层破碎带，是控制歌乐山隧道岩溶发育的主要地质构造，也是歌乐山隧道所在地区暗河、溶沟式淤泥带发育的主要场所。除了层间滑动断层以外，隧道所在地区还见到走向南北、北东和北北西3组断层。
节理构造主要发育于背斜构造的核部，主要有东西、南北、北东和北西4组；其次是发育于珍珠冲组和自流井组地层的软硬岩层相间的砂岩中，发育有东西、南北、北北东、北西西、北北西和北东东6组。总体上说，隧道的东西、南北两组节理较发育，特别是东西节理延伸性和贯通性均较好。
3）地震特征
测区的基本地震烈度为Ⅵ度。
2．3．3 水文地质特征
1）气象条件
隧道所处地区属亚热带季风气候，且有冬暖夏旱、夏热秋凉、霜期长及多云多雾、雨量充沛等特点，年平均气温16～18℃，年降水量1 000～1 400mm。
2）地下水类型
隧道穿越地段地下水主要有第四纪孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水。
（1）孔隙水。主要储存于坡、洪积黏性土中，其渗透性甚微，流动性差，水量极小，主要受地表水和基岩裂隙水补给。
（2）基岩裂隙水。分布于侏罗纪“红层”和三叠纪上须家河地层中。“红层”为砂岩、泥岩地层，砂岩含水，泥岩隔水。主要通过各构造面和层面连通、排泄，以降水和地表水补给为主，总体水量小。
（3）岩溶水。歌乐山隧道地表的嘉陵江组（T1j）可溶岩地层，地表溶蚀现象发育，上升泉出露较多，水量均较大；背斜核部飞仙关组第三、第四段地层接触带见两处上升泉，水量分别为1L/s、2L/s，说明岩溶水发育，且水位埋藏浅。另外，距隧道出口右侧250m处，在泸州113地质队温泉水井打出温热水后，山顶线路左侧之岩溶水漏失，温泉井部分封堵后，水位才恢复，说明岩溶水顺层面连通性较好。
3）隧道涌水量预测
根据预测，本隧道最大涌水量为53 000m3/d。
2．3．4 主要不良地质及特殊地质
（1）滑坡。DK5＋468—＋612段出口为表土顺基岩面滑坡，滑坡长72m，宽32m，厚2～5m，轴线与线路方向夹角38°。出口洞顶位于滑动带附近，对隧道有影响。
（2）岩溶。隧道顶可溶性岩出露地带，地表漏斗、洼地、溶洞、落水洞、溶沟、溶槽等溶蚀现象发育，且岩溶水水位较高，连通性较好，有发育大型隐伏岩溶及暗河的可能性。
（3）采空区。歌乐山两侧须家河煤系地层的坡面煤洞洞口分布较多，已大多废弃或坍塌。隧道有遇采空区的可能，其主要分布在T3xj3＋4＋5和T3xj1岩性段内。
（4）煤层瓦斯。区内须家河组煤层薄、煤质差，众多采煤坑道均采用竖井自然通风，均未发生瓦斯溢出和爆炸事故。进口段煤层瓦斯压力0．23MPa，瓦斯涌出量0．1～0．2m3/min；出口段煤层瓦斯压力0．519MPa，瓦斯涌出量0．398m3/min。在隧道施工过程中，要加强瓦斯监控，特别是在重点区段要加强瓦斯监控与抽放，以防止出现瓦斯事故。
（5）地温。预计隧道最大埋深处地温达30．54℃。
2．3．5 环境工程地质条件评价
歌乐山隧道地表出露大片可溶岩地层，特别是嘉陵江组地层分布区在隧道地表形成两个很大的封闭溶蚀洼地，分布大片的水田和面积很大的湖泊、水库，还有暗河流出的地表河流。同时，须家河组等地层砂岩中的基岩裂隙水也在地表形成大量的泉水。由于隧道地表村镇和民居分布密集（涉及4镇共6．4万人口），隧道修建过程中，必须采取较严格的堵水措施，否则，地表泉水和其他地表水体极易漏失，对当地人民的生产、生活用水造成很大的影响。
2．3．6 工程地质条件
隧道进口土层及基岩风化层较厚，出口有滑坡存在，洞身穿越可溶岩地层及煤系地层，遇大型岩溶突泥突水和煤层采空区的可能性极大，并存在洞身开挖后地表水、地下水漏失等环境工程地质问题，因此隧道工程地质条件极差。
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