输水隧洞按2级建筑物设计，隧洞进口位于关山枢纽下游560m的红岩河左岸，出口在五里坡东桃川河左岸五里坡，洞线沿红岩河以南山区在平面上呈折线状布置，拐点在太白县城正南4km的石沟河畔小罐子村，全部位于秦岭山区变质岩中。隧洞全长19.71km，设计引水流量13.5m3/s，纵坡1/800，进口底高程1468.44m，出口底高程1443.80m。钻爆法施工断面为圆拱直墙型，成洞尺寸（高×宽）为3.0m×2.8m。掘进机法施工断面为圆形，成洞直径D3.0m。隧洞采用混凝土或钢筋混凝土衬砌，施工期采用喷锚等临时支护措施，与永久衬砌共同形成复合衬砌。
在桩号8+700m处将输水隧洞分为钻爆段和TBM掘进段两部分，桩号0+009.56m～8+700m段采用钻爆法施工，桩号8+700m～19+776.8m段采用双护盾TBM施工。
隧洞施工出渣及材料供应采用有轨单线运输(24kg/m钢轨，轨距762mm，钢枕梁160mm工字钢)，在隧洞内每隔3.0km设置一组错车道，为保证安全及提高效率，洞内车辆运输采用全自动闭塞方式控制，对车辆实施远距离全自动集中调度控制，并在每个错车道设电视监控装置，以提高整个运输系统的效率。
