目前我国按新奥法施工的隧道中常出现初期支护背后存在空洞、喷射混凝土厚度不足、锚杆数量或长度不足、二次衬砌密实度与厚度不达标等工程质量问题。本文以山西忻保高速G1段中已建成的11条隧道为研究背景,采用现场检测、数值模拟和理论分析等方法对初期支护背后存在空洞和二次衬砌缺陷等进行了研究,本文的主要研究内容和成果如下:①利用RAMAC探地雷达系统,对隧道支护结构质量进行现场采集数据与处理,研究了典型的初期支护缺陷和二次衬砌缺陷图像特征。②根据忻保高速G1段11条隧道的初期支护背后空洞检测与二次衬砌缺陷检测数据,对这些缺陷进行了处理与分析,获得了隧道初期支护和二次衬砌中质量缺陷的位置分布规律。③采用有限元软件ANSYS对检测出的初期支护背后空洞进行数值模拟分析,以V级围岩浅埋隧道为例,探讨了不同位置和不同大小的空洞缺陷对隧道围岩变形和塑性区分布、支护结构位移和内力等的影响规律。④采用有限元软件ANSYS对二次衬砌整体厚度不足以及拱顶、拱腰、边墙局部厚度不足等工况进行数值模拟分析,探讨了在IV围岩深埋段、V级围岩深埋段、V级围岩浅埋段中隧道衬砌的安全系数,并得出了各种工况下衬砌的最小安全厚度。