天平鐵路全線隧道共有24座，總長64.10公里，其中長大隧道4座，其中關山隧道、六盤山隧道均為萬米以上的特長隧道，目前，關山隧道已完成10982洞米,剩余4652米。六盤山隧道完成13536洞米，剩余3183米。截止7月25日，整個天平鐵路隧道工程已完成53756成洞米，約占全線隧道工程總量的83.86%。
關山特長隧道是新建天平鐵路最為重要的工程之一，為全線第二長隧道，全長15634米，隧道最大埋深875米，該隧道進口位于天水市張家川縣恭門鎮十字村，出口位于平涼市華亭縣麻庵鄉麻庵河谷中，跨越天(水)平(涼)兩地。作為天平鐵路第一項控制性工程的六盤山隧道，位于甘肅省平涼市華亭縣六盤山山脈，全長16719米，是天平鐵路全線最長隧道。
天平鐵路途經地區歷經北秦嶺褶皺帶、六盤山褶皺帶、鄂爾多斯地臺三個大地構造單元，多種構造交叉穿織，復合疊置，褶曲、斷裂較為發育。另外，受多種區域構造復合穿插作用的影響，沿線途經地區斷層較發育，巖漿侵入面積亦廣，沿途經過地區內特殊巖土主要為濕陷性黃土、膨脹巖土和軟弱地基三大類。地質結構復雜，施工難度大。
在隧道施工現場，中鐵十九局的技術人員介紹，關山隧道區地下水含量豐富，主要有第四系孔隙水、淺表風化裂隙水、深層基巖裂隙水及構造裂隙水，施工過程中滲水量大，給施工造成很大難度。在掘進中面對出現的4級圍巖，中鐵十九局嚴格按照相關規范要求，采取了分臺階施工，以確保施工安全。(金樹桐)