隧道所在区域为低山丘陵及黄土台源地貌，进口端DK218+630～DK222+300段属于低山丘陵地貌，地形较陡，地面高程630～860m，相对高差200m以上。出口端 DK222+300～DK227+080段为黄土台源地貌，黄土冲沟发育，多呈“V”字型，地形切割冲刷严重，地面高程640～740m，相对高差约100m。
张茅隧道洞身穿过多种不同地质情况的围岩，施工中工序转换多；隧道所在区域除进口端300m、出口端350m合计650米以外，其余地段隧道洞身均位于地下水位线以下，地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水。
