随着我国经济建设的蓬勃发展，其基础设施，尤其是交通设施建设的需求正在不断增加。铁路隧道作为一种永久性的建筑物，需要修建衬砌并合理选择衬砌形式以保证隧道能够适应长期运营的需要。而单层衬砌作为一个新兴的研究方向，国内外对其力学性能及作用机理的研究仍存在较多不足，而通过对单层衬砌的研究与推行，使部分隧道取消二次衬砌，创造巨大的经济效益是完全可行的。这也是对此进行研究推广的意义所在。因此希望能通过各种研究方法对现有资料进行再深入研究，以期得出适合国内实际状况、可以为设计提供参考的控制指标，并论证单层衬砌在施工中应用的可行性。本文主要分成两个部分，第一部分内容为现场试验。现场试验内容为对C25普通喷混凝土、C25硅粉喷混凝土、C25硅粉钢纤维喷混凝土和C25硅粉聚丙烯纤维喷混凝土四种材料进行各类试验，包括材料的初期强度、基准强度、粘结强度与抗渗性四种力学强度指标，以分析材料作为隧道内永久性单层衬砌用喷射混凝土，是否满足隧道施工要求的强度和耐久性。论文详细阐述了现场试验的试验方法、试验测试过程及数据结果，并对试验结果进行分析，以得出单层衬砌材料的力学性能指标。第二部分内容为单层衬砌的实例应用分析，本文基于NMT方法对施工实例进行设计修正，并在施工中进行衬砌的内力监控量测，通过对比方法来比较单层衬砌与复合式衬砌两者间受力区别，从而得出单层衬砌在隧道中应用的可行性与合理性。