工程由混凝土面板堆石坝、右岸放空隧洞及开敞式溢洪道、左岸引水系统及厂房等建筑物组成。

混凝土面板堆石坝，坝顶高程791米，防浪墙顶高程792米（墙高4.7米，露出坝顶1米），最大坝高178米，坝顶长1137米，坝顶宽12米，上下游坝坡均为1∶1.4。

溢洪道布置在右岸垭口处，全长1665米，其中引渠长1122米，引渠底宽120米，底部高程745米，引渠最大泄流量21750立方米/秒，最大流速3.8米/秒。渠道两侧为垂直边坡，每隔22米设12米宽的马道，不衬砌。引渠后紧接溢流堰，堰顶高程760米，设5孔弧形闸门，孔口宽13米、高20米。堰后为陡槽，槽长538米，中间设隔墙将陡槽分左、右两槽。左槽3孔，净宽47米，右槽净宽30米。槽后接挑流鼻坎，挑角45°，半径50米。泄槽用钢筋混凝土衬砌，设有5道掺气槽。放空隧洞置于右岸坝肩，进口底坎高程660米，全长1062.17米，前段为有压隧洞，长557.67米，圆形断面，内径9.6米；后段为无压隧洞，长489.5米，方形断面，宽×高为8米×11米。距进口339.17米处设事故闸门井，井高131米，内径11米，内设6.8米×9米事故平板定轮闸门，距进口560.67米有压隧洞末端为工作闸门室，设弧形工作门，尺寸为6.4米×7.5米。

引水道进口布置在坝上游左岸，进口尺寸长98米，宽27.5米，高79.5米，内设16扇拦污栅，1扇检修门及4扇事故门。进水口底板高程711.0米。引水道由4条内径9.6米、长551.49～652.86米的低压隧洞及其后的4条内径7～8.2米、长185米的高压钢管组成。

厂房为坝后地面式，顺河向布置，长145米，宽26米，高67米，内设4台单机容量为30万千瓦的混流式水轮发电机组，水轮机机型HLA330-LJ-530。变压器布置在上游侧副厂房屋顶上，发电机和变压器之间采用单独单元结线。 [3] 

该电站枢纽布置的主要原则：充分利用坝址有利的地形、地质条件，避开不利因素；尽量利用建筑物的开挖料筑坝，降低工程造价；方便施工和运行管理。在右岸垭口巨厚层块状灰岩地区布置开敞式溢洪道，其开挖料作为坝体填筑料大部分可直接上坝，运距短，对大坝施工无干扰；右岸上游1号冲沟地形适宜于布置放空隧洞；左岸岩层倾向山里，有利于地面开挖工程，且成洞条件相对较右岸好，宜于引水发电系统和大断面导流隧洞的布置。 [3] 

天生桥二级水电站是一座高水头引水式水电站。坝上游库容很小，泥沙会很快淤到坝前，枢纽的首要任务是处理库内淤积问题。水库调度的原则应当是，在减少库区淤积、减少进洞沙量、确保运行安全的前提下，充分满足发电需要。天生桥一级水电站建成后，二级水电站泥沙问题将得到缓解，进一步考虑提高发电要求，调整运行方式。天生桥二级水电站初设阶段规定的正常蓄水位是645.0米，汛期限制水位637.0米.根据天然河道来水来沙条件及枢纽的防排沙要求，参考水库淤积计算及模型试验资料，制定的调度方式即：

(1)枯水期，河道流量小于800立方米/秒时，坝前水库水位壅高到设计蓄水位645.0米运行；

(2)初汛期，河道平均流量为800立方米/秒左右，坝前水位降到640.0米运行；

(3)汛期头场洪水涨峰阶段，坝前水位稳定在640.0米，随着落峰再逐渐降到637.0米运行；

(4)以后各次涨落峰时均稳定在637.0米运行。但当流量小于800立方米/秒时，坝前水位仍壅高到645.0米运行。

这种调度方式能使库区床面在较长时间内控制在较低高程，同时又能缓冲头场洪水溯源冲刷的势头，减少进洞的沙量。 [3] 

（l）观测点布置 大坝布置有3个观测断面，0+630断面为河床中部最大断面，右岸0十438断 面在1/2坝高处，左岸0十918断面位于地形突变部位。在观测断面的665、692、725、758m高程，共布置有沉降测点50个，水平位移测点31个。

（2）观测仪器 坝体内部垂直位移观测采用水管式沉降仪，水平位移观测采用引张线式水平位 移计。天生桥大坝安装的垂直、水平位移计管线最大长度达350米，堪称世界第一。