由于地下工程地质情况复杂,具有一定的不可预测性,铁路隧道开挖后,周围岩体往往需要经历较长时间的应力重分布过程,加之断层、空洞、熔岩等地质病害的存在,造成隧道在修建完成后出现不同程度的二衬开裂现象。为了保证隧道结构安全性,确保行车安全,必须对衬砌开裂隧道进行整治。众多隧道整治工程的实践结果表明,仅仅依靠工程师的实践经验制定隧道加固方案和整治措施,未对裂缝扩展机理进行分析,缺少理论知识的支持,不可避免的造成整治措施、程序、方法有一定的不科学性,甚至是制定出错误的裂缝整治措施,造成人力、物力、财力不必要的损失。本文以南吕梁山隧道整治工程为背景,在分析衬砌病害原因的基础上,从断裂力学的角度对衬砌裂缝扩展机理进行研究,并对隧道整治效果进行评估。首先在简述南吕梁山隧道工程概况和二衬开裂情况的基础上,从温度应力、渗漏水、地质构造、施工和设计方面分析了隧道病害的原因。其次根据隧道整治前采取的四项监控量测措施所得数据,分析隧道病害程度,初步提出部分整治措施,在此基础上,结合断裂力学知识,分析隧道衬砌裂缝扩展机理,并利用地层结构法建立选取的4个带裂纹衬砌典型断面的数值模型,求得裂纹应力强度因子,代入本文提出的隧道带裂纹二衬安全系数计算公式,求出隧道安全系数,判定二衬裂缝扩展情况。然后介绍了隧道采取的整治措施,选取左线DK319+170和右线DK319+122.9断面作为典型断面进行监测数据分析,得出除个别测点应力和位移没有稳定趋势外,其余大部分测点都趋于稳定,初步判定隧道结构和围岩稳定性。最后提出将初支与二衬间压力实测数据作为初始荷载,加载到利用荷载结构法进行的数值模拟中,得出断面弯矩和轴力,并根据《铁路隧道设计规范(TB10003-2005)》中大小偏心受压构件验算方法进行安全性评估,评估结果表明所求安全系数大于该规范要求的安全系数,意味着选取的断面承载能力符合要求,隧道整治措施是有效的。