铁路隧道属于地下结构，存在着大量的不确定因素，因而使设计具有很大的不确定性。应用可靠性理论和推行概率极限状态设计，并制定相应的规范，已经成为必然趋势。应用概率极限状态设计法修订铁路隧道设计规范的关键在于目标可靠指标和分项系数的研究。本文从“荷载-结构”模型入手，分别建立初期支护和二次衬砌的计算模型。采用Monte-Carlo有限元法实现对铁路隧道标准设计图进行作用效应的概率分析，考虑抗力的不确定性分析抗力的统计特征，为可靠性分析提供基础。根据可靠性度基本原理，按照混凝土抗压、抗裂，钢筋混凝土三种极限状态，考虑各随机变量的统计特征，结合对抗力统计特征的分析，将JC法应用于结构可靠度设计环节，成功求得铁路隧道中各截面的可靠指标。对目前铁路隧道通用参考图进行可靠度分析。采用铁路工程结构可靠度设计统一标准推荐的“校准法”，试算出铁路隧道二次衬砌目标可靠指标。结合国内外相关规范进行比较，给出铁路隧道结构设计目标可靠指标的建议值。采用带有分项系数的实用设计表达式，不仅继承了传统结构设计式的形式，而且能体现结构设计对目标可靠指标的要求，还能被设计人员接受。在可靠性分析的基础上，提出铁路隧道衬砌结构设计所采用的实用设计表达式。采用设计验算点法,对不同时速铁路隧道通用参考图二次衬砌结构分析计算综合抗力分项系数和作用效应分项系数，并给出铁路隧道衬砌结构分项系数的推荐值。