在隧道工程施工及运营过程中,常出现由于衬砌厚度不足而导致的隧道病害现象,缩短了隧道的服役生命周期,严重影响了人身安全和交通运行。为此,本文以模型试验和数值模拟为研究手段通过对衬砌厚度不足时隧道结构与围岩间接触压力分布形式、结构内力状态、变形特征及裂损过程的分析探究了衬砌厚度不足对隧道结构安全性影响,并基于贝叶斯理论建立了衬砌厚度不足时隧道衬砌结构安全性评价模型。本文主要工作内容及研究成果如下:(1)通过模型试验和数值模拟研究了不同位置处衬砌厚度不足对隧道结构安全性的影响。结果表明:与衬砌无缺陷相比,衬砌厚度不足改变了隧道结构与围岩间接触压力的分布形态;当拱部存在衬砌厚度不足时,缺陷位置刚度降低导致结构局部承载力降低,拱顶沉降明显,缺陷位置处的接触压力显著减小,其相邻位置的接触压力有所增大;边墙处厚度不足时,水平收敛明显,缺陷位置处的接触压力增大,相邻位置的接触压力变化较小;衬砌厚度不足造成了结构局部刚度显著降低,严重影响了结构的受力特性及破坏规律,缺陷位置的结构内力减小,仰拱、拱顶内侧和两侧边墙外侧的张拉裂缝扩展速度加快,裂缝最终面积增大,边墙内侧压溃现象明显,裂损情况严重。(2)通过数值模拟研究了不同减薄范围和厚度下拱顶衬砌厚度不足对隧道结构安全性的影响。结果表明:随着减薄深度和范围的增加,拱顶与围岩的接触压力减小、结构内力(轴力和弯矩)减小、裂缝数目增多,裂缝的最终深度变大及典型裂缝的最终面积增大,结构承载能力降低,衬砌裂损更加严重。说明减薄范围及厚度对隧道结构的安全性有较大影响。(3)基于贝叶斯网络模型原理,以衬砌缺陷的位置、范围及厚度作为主要风险因素,数值模拟结果中的拱顶沉降、水平变形、裂缝深度、裂缝面积及裂缝数量等试验结果作为风险指标建立衬砌厚度不足时隧道结构安全性评价模型,并分析了 3种风险因素对结构安全性的影响程度。基于评价结果建立了衬砌厚度不足时隧道衬砌结构安全性风险控制体系,为隧道衬砌结构安全提供了保障。