隧道設計:包括隧道選線、縱斷面設計、橫斷面設計、輔助隧道設計等。
選線:根據線路標準、地形、地質等條件選擇隧道的位置和長度。選線時應對各種方案進行比較。對於長隧道，應考慮輔助隧道和運營通風。應根據地質條件選擇鉆孔的位置。考慮邊坡和上坡的穩定性，避免坍塌。
縱斷面設計:沿隧道中心線的縱坡應服從線路設計的限定坡度。由於隧道內濕度大，輪軌間的附著系數降低，列車的空氣阻力增大，因此長隧道應減小縱坡。縱坡多為單坡和人字坡。單坡有利於贏得標高，人字坡便於施工排水和壓載。為了便於排水，最小縱坡壹般為2 ‰ ~ 3 ‰。斷面設計:隧道的斷面，即襯砌的內輪廓，是按照不侵入隧道建築的限度來做的。中國隧道施工限界分為蒸汽內燃機車牽引區段和電力機車牽引區段兩種，分別分為單線區段和雙線區段。襯裏的內輪廓通常由單個中心圓或三個中心圓以及直側壁或彎曲側壁形成的拱形構成。在軟弱地質區增設仰拱。單線隧道軌面以上內輪廓面積約27 ~ 32平方米，雙線隧道約58 ~ 67平方米。在曲線路段，由於超高外軌車輛傾斜等因素，應適當加大斷面。電氣化鐵路隧道因懸掛接觸網，其內輪廓高度應增加。中國、美國、蘇聯使用的外形尺寸如下:單線隧道高度約6.6 ~ 7.0米，寬度約4.9 ~ 5.6米；雙線隧道高度約為7.2 ~ 8.0m，寬度約為8.8 ~ 10.6m..在雙線鐵路上修建兩條單線隧道時，應在線路間距中考慮地層壓力分布的影響。巖石隧道約20 ~ 25m，土隧道應適當加寬。
輔助坑道設計:輔助坑道有斜井、豎井、平行導坑、水平坑道四種。斜井是在靠近中心線的山上有利的地方開鑿的傾斜的主隧道。斜井傾角壹般在18 ~ 27°之間，用卷揚機提升。斜井斷面壹般為矩形，面積約為8 ~ 14平方米。豎井是靠近山頂中心線的垂直開挖隧道，通向主洞。其平面位置可以在鐵路中心線上，也可以在中心線的壹側(距中心線20米左右)。軸截面多為圓形，內徑約4.5 ~ 6.0米。平行導洞是在距離隧道中心線17 ~ 25m處開挖的小型平行隧道，通過斜通道與隧道相連，將來也可作為二號線的導洞。自我國在1957川黔鐵路涼風埡鐵路隧道建設中采用平行導洞以來，在58條長度超過3公裏的隧道中，約有80%修建了平行導洞。橫洞是在山嶺隧道靠近河谷壹側的有利地形上開設的小斷面隧道。此外，隧道設計還包括洞口設計、開挖方法和襯砌類型選擇。
隧道貫通控制測量:隧道測量是為了保證在隧道貫通面測量的中心線和高程的偏差不超過規定的限值。
中線平面控制:以往長隧道采用三角測量，短隧道采用導線法控制中線偏差。自20世紀50年代以來，在我國長達1km的隧道測量中，壹直采用導線法控制隧道貫通誤差。光電測距儀的出現和發展解決了測距的困難。山嶺隧道內外采用主輔閉合導線法，即在主導線上測角度，用光電測距儀測距離，在輔助導線上只測角度。由主導線和次導線組成的多邊形只能調整其角度，而不能調整其長度。這樣，主輔導線法比三角法簡單實用，比單導線法可靠。中國大瑤山雙線隧道采用主輔閉合導線法作為中線平面控制。隧道中線測量前，要考慮未來隧道開通後的偏差值。根據隧道的長度和平面形狀，先在地形圖上布置測點和預計貫通點的位置，在平面圖上測量必要的尺寸，然後根據規範規定的限差計算出測量角度和距離的必要精度，再進行測量。這個過程稱為測量設計或隧道貫通誤差。4 km以下隧道中線貫通預測極限誤差為100mm；4～8km隧道中線貫通極限誤差為150mm。
高程控制:短隧道采用普通水準儀，長隧道可采用精密水準儀，以保證要求的精度。高程貫通極限誤差為50 mm，隧道開挖方法分為明挖法和暗挖法。明挖法多用於淺埋隧道或城市鐵路隧道，暗挖法多用於山區鐵路隧道。根據開挖斷面的大小和位置，有局部開挖法和全斷面開挖法。鉆爆法在石質巖層中應用最為廣泛，掘進機直接掘進逐漸推廣。盾構法在軟弱地質中應用廣泛。
隧道勘察:確定隧道的位置、施工方法和襯砌類型以及支護方式，並對隧道的技術方案，即位於該範圍內的地形、地質條件，以及地下水的分布和水源等水文條件進行勘察。在隧道勘測和開挖過程中，必須了解圍巖的類別。隧道開挖會對隧道周圍巖體的穩定性產生影響。圍巖分類是指依次圍繞巖石的綜合強度。1975中鐵隧道工程《圍巖技術規範》分為6個標段。關於巖石分類，70年代以前普遍采用現場指揮官和普爾曼巖石等分類方法。70年代以來在世界上被廣泛使用並為國際巖石力學學會推薦的各種分類系統為巴頓所用。此外，還有日本用彈性波速度作為分類。隧道工程圍巖類別的確定，為合理的設計和施工順利進行提供了依據。
隧道設計:包括隧道線路縱向設計、橫斷面設計、輔助隧道設計等。
路線:根據標準、線路地形和地質條件等選定隧道的位置和長度。路線應為多種方案的比較。長隧道考慮輔助隧道和運營通風設置。洞口位置的選擇必須根據地質條件。考慮邊坡及邊坡穩定範圍，防止滑坡。
縱向設計:沿隧道中線至縱坡線的設計極限坡度。因為濕度大，隧道內輪軌間的附著系數減小，而列車的空氣阻力增大，所以在長隧道內垂直坡度應減小。縱坡形狀以單坡和人字居多，單坡標高為爭坡，人字為施工排水和坡碴排除。為了便於排水，縱坡最小值壹般為2 ‰ ~ 3 ‰。橫斷面設計:隧道襯砌的輪廓，即交叉進入隧道施工是對軌距和工作。中國隧道結構限界分為蒸汽機車和內燃機車牽引區段、電力機車牽引區段兩種，這兩種又各分為單節和雙節。壹般來說，襯砌的輪廓由單個圓拱部或三心圓拱部和直邊墻或曲邊墻組成。在地質松軟地帶加上陽拱。單線隧道內軌面輪廓面積約在27 ~ 32平方米以上，雙線為58 ~ 67平方米左右。由於曲線地段軌道車輛高度傾斜等因素，應適當加大斷面。電氣化鐵路隧道懸掛接觸網應得到改善和重視。美國、蘇姍國采用的尺寸大綱為:單線隧道高度約6.6 ~ 7.0 m，寬度約4.9 ~ 5.6米；雙線隧道高度約為7.2 ~ 8.0米，寬度約為8.8 ~ 10.6米.雙線鐵路修建兩座單線隧道，其中線間距離必須考慮地層壓力在巖石隧道上的分布，約20 ~ 25m，土質隧道應適當加寬。
輔助坑道設計:輔助坑道有豎井、副井、道坑、平行豎井和水平洞四種。傾斜在山脈的中心線附近的有利地點斜正在隧道裏挖著洞。傾角壹般在18° ~ 27°之間，提升間起升。斜截面壹般為長方形，面積約為8-14平方米。在靠近豎井中線的山頂上垂直於坑道的那個挖洞，就是洞。其平面位置在鐵路中線或距中線約20米的壹側)。豎井斷面多為圓形，內徑約為4.5 ~ 6.0 m .平行道坑是距17隧道中線25 m處開挖的平行隧道，與隧道斜向通道很小，也可與未來擴建的第二線平巷相連。1957——中國自建鐵路涼風鐵路隧道采用平行l型刀坑，石柱壹長3根，在全線58公裏以上的隧道中80%左右修建了平行刀坑。該洞是在山嶺隧道河溝邊的濱水區開敞地形上修建的小斷面隧道。此外，隧道還包括東門設計、開挖方式設計和襯砌類型的選擇。
隧道貫通控制測量:隧道貫通是為了保證測量和高程測量線在隧道貫通面處的偏差不超過規定的限值。
中線平面控制:長隧道在三角測量前，短隧道多用導線法控制中線偏差。自年代以來，我國已在65438±0km以上采用導線法進行隧道長度測量，也可控制隧道貫通誤差。光電測距儀的出現和發展，解決了距離的困難。山嶺隧道所有主洞和輔助洞均以導線法封閉，即在導線網上測角度和光電測距儀量距離，副導線只測角度不測距離。由副線組成的多邊形，只有角度調整的長度差，不均勻。所以主副導線法比三角網法簡單、實用，並且比單根導線法可靠。中國正線隧道數據以雙線作為副閉合中線平面控制隧道中線測量，就要考慮將來隧道貫通前的偏差數值。根據平硐工作面的長度形狀，在地形圖上布置測點位置和超前貫通點，並預計在平面圖上的必要尺寸量，再根據規範規定的限差試算測量角度和量的精度，然後進行必要的引測。這個過程稱為測量設計或稱為隧道貫通誤差，4 km的隧道預計線貫通極限誤差為+100mm；4-8公裏的隧道通過中線限差為+ 150毫米
高程控制:短隧道應用普通水準儀，長隧道應用精密水準儀，能保證應用需要達到的精度。高程突破極限誤差為+ 50 mm .隧道開挖方法分為明挖法和暗挖法。明挖法多用於淺埋隧道或城市鐵路隧道，而山嶺鐵路隧道多用明挖法。根據斷面大小和開挖位置分，開挖方法和全斷面劃分開挖方法。在鑿巖機鑿巖爆破法中，應用最廣泛的掘進機直接掘進也逐漸推廣。在松散地質中盾構法開挖較多。