隧道为上下行分离式隧道，设计为单向三车道，跨度大，进口端位于四会市石狗镇田心屋村，出口端位于石狗镇马头塘村，最大埋深约103m。隧道左线：ZK42+905～ZK43+940，长1035m，为长隧道。隧道右线：YK42+915～YK43+867，长952m，为中隧道，左右线间距30m。隧道左线进、出口均为削竹式洞门，右线进、出口均采用台阶式洞门。
隧道左线平面除进口段204.95m位于R=2700m的圆曲线上外，余均设为直线，纵断面设坡率+2.2% 和-0.52% 的双向坡；隧道右线平面除出口段309.72m位于R=3600m的圆曲线上外，余均设为直线，纵断面设坡率+2.2% 和-0.508% 的双向坡。
隧道区内丘陵地貌，山丘叠起，较为连续，所穿越山体顶部最大标高147m，最大埋深96m。左右线进出口侧均有天然冲沟，且右线进出口段均存在浅埋、偏压等不良情况，出口地下水以股状泉眼出流。
左、右线均分布有IV级围岩，稳定性差，处理不当会发生拱部坍塌，侧壁失稳，雨季有渗水或涌水。隧道区内分布有F2和F8两处断裂，受其影响，附近IV级围岩岩体较为破碎。其中左线IV级围岩分布长度为315m，占隧道总长的30.4％；右线IV级围岩分布长度为263m，占隧道总长的27.6％。
马头塘隧道IV级围岩段主要为弱风化或微风化岩石，部分受F2、F8断裂带影响，岩体较破碎，不良地质引发的工程灾害主要有拱部无支护时可产生较大坍塌，侧壁有时失稳，雨季开挖时存有渗水或淋水等现象。
