现阶段中国隧道工程已经由建设阶段转向了建养并重阶段,科学养护已成为一个重要课题.为了提出科学合理的隧道衬砌结构养护策略,首先通过病害统计,考虑隧道特点与功能要求构建三层次的隧道系统失效模式;针对底层的4种失效模式(隧道极限承载、收敛变形、开裂、渗水),建立判断其失效与否的极限状态方程;采用理论近似方法,实现劣化可靠度的计算;考虑相关性给出隧道系统可靠度计算的实用方法;随后,基于风险最优给出详细的隧道预防性养护决策过程,构建隧道预防性养护的决策框架;最后,通过算例,依照所提出的框架对隧道养护决策中“何时维护、何处维护、何项目维护”的问题给出了解答.研究结果发现:结合隧道病害统计以及隧道结构的安全性、稳定性、耐久性功能需求可以选用隧道极限承载、收敛变形、开裂以及渗水4种模式代表隧道结构最底层的失效模式;“隧道系统-隧道区段-具体功能”三层次的失效表达能合理定义隧道系统的可靠状态;通过劣化可靠度可以考虑参数的不确定性,并为预防性养护决策提供具体指标;随着服役时长的增加,4种底层模式的可靠性均发生劣化,并且抗弯承载能力的均值和方差均随时间减少,在运营中开裂渗水为最易发生的病害.研究方法以及研究成果可为隧道衬砌结构预防性养护决策提供支持.