地铁三号线广州东站地处瘦狗岭南麓，地势略呈北高南低，地面高程为13.74～21.13m，北面有广园路，中部为铁路站场，南面为广州东站大片站房建筑。广州东站折返线大部分位于瘦狗岭下，其余部分位于广园东路下方。所处的地形起伏较大，地面高程为19.91 ～105m。广园东路及广园东路以南为山前冲积平原地貌为主，瘦狗岭地段为山地。广园东路上的地面和高架桥上交通繁忙。
　　　广州东站主要包括广州东站及站后折返线暗挖隧道工程。站后折返线暗挖隧道下穿部分瘦狗岭地段、广园东路、广园高架桥等，起点里程为Y（Z）DK0+036.0，终点里程为Y（Z）DK0+336.676，总长为300.676m。广州东站暗挖隧道地表主要为火车东站站区，起点里程为YDK0+336.676,终点里程为Y（Z）DK0+605.182，总长268.51m。车站及折返线隧道防水等级分别为一级和二级。
　　（2）车站暗挖隧道
　　　广州东站主体结构双线暗挖隧道，线路线间距为22.2m，位于火车东站南站房及铁路站场的下方，埋深25m左右，处于微风化岩层中，采用开挖跨度分别为12.3～13.1m（右线）和7.05～10.65m（左线）的两单洞暗挖结构；初期支护采用C20喷射钢纤维混凝土，承担施工期间的围岩压力，二次衬砌为C30（S8）钢筋混凝土；左、右线隧道在站台层由7个横通道连接，横通道宽度为3.5m、6m、6.3m不等，均为暗挖结构；初期支护与二衬间设全包防水层，防水层采用土工布+2.0mm防水板。
　　　（3）站后折返线
　　　站后折返线暗挖隧道包括单洞和双洞两种结构形式，断面为马蹄形断面型式，结构断面频繁，共有14种断面，开挖跨度为6.2～13.5m；结构采用复合式衬砌，初期支护分为：喷C20砼锚杆支护和喷锚+钢筋网+格栅钢架联合支护两种方式，在破碎带处采用大管棚超前注浆支护，二次衬砌为C30（S10）钢筋混凝土；在左右线端部设横通道1座，宽度为3.4m，横通道为暗挖结构，横通道内设泵房；初期支护与二衬间设全包防水层，防水层采用土工布+1.5mm防水板。
　　　（4）工程地质
　　　广州东站处在天河向斜的北翼，无断层通过。折返线隧道横跨白云山-罗岗断隆区及广州断陷区，线路在本段内穿越走向近东西向的瘦狗岭断裂带。该断裂带总体产状倾向南，倾角50～60度，为早期压扭性冲断裂转为后期张扭性断裂。该断裂带宽40～80米，据观测目前仍在活动。在线路范围内断裂带分布区域界限为左线ZDK0+140～ZCK0+185，右线YDK0+120～YCK0+165。
　　　a地层岩性
　　　本工程区段上覆土层为第四系（Q）土层，瘦狗岭断裂带以北岩性上部主要为震旦系石英岩、下部为发生硅化的变质砂岩（PZI）。断层带部位的岩性主要上部为断层碎裂岩，瘦狗岭断裂带以南岩性主要为白垩系上统大朗山组三元里段（K2d）砾岩、含粒粉砂岩。
　　　b水文地质
　　　本区间范围内无大的地表水系。车站范围内地下水位平均深2.4～4.0m，主要补给来源为大气降水。素（杂）填土和全风化带孔隙水、基岩强-中风化带裂隙水为本站主要含水层，其中杂填土层孔隙水具水力联系，主要由大气降水补给，整体为弱透水层。粘土层、残积层、全风化带富水性弱，可视为隔水层。基岩强风化带、中风化带风化裂隙发育，富水性弱至中等，为弱透水层。微风化带风化裂隙发育，富水性弱，为微、弱透水性。
　　　地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
　　　c气象特征
　　　本工程地区地处南亚热带，属海洋季风性气候。全年降水丰沛，雨季明显，日照充足。夏季炎热，冬季一般比较温暖。年平均气温21.8℃，极端最高气温38.7℃（1953年8月）。在季风环流控制下，旱季（9月至翌年3月）天气干燥、降水少；雨季（4月至8月）天气炎热，降水量大。每年5～10月可能受台风影响。
　　　d地震烈度
　　　本区段地震基本烈度为Ⅶ度。
　　　e主要工程地质问题
　　　在广园东路以南及广园东路的粉砂岩及砾岩区域，基岩存在软弱夹层分布，造成同一剖面中上下岩层强度差异较大，风化不均。另外，软弱夹层区正是裂隙发育区，基岩裂隙水相对较大。在瘦狗岭断裂带，围岩主要为断层碎裂岩，岩体破碎，两边基岩因受挤压而较为破碎，断层两边岩石强度差异较大，断层构造破碎带水的存在对隧道施工不利。