隧道的主体是人工地下结构,处于天然介质的环境中,由于施工质量以及赋存环境的影响,隧道在运营过程中,不可避免地会出现如渗漏水、衬砌裂损、洞内空气污染等病害,其中结构性病害直接降低了隧道的安全可靠性,严重危及到行车安全。本文依托长沙至浏阳公路中的蕉溪岭隧道群,针对公路隧道结构病害的具体特征,通过力学、化学、土力学、岩石力学等多学科的综合分析,对运营公路隧道结构病害的检测方法、病害成因、安全评估及整治措施等问题进行了较深入全面的研究。主要研究成果如下：(1)系统归纳总结了运营公路隧道的主要结构病害类型及相应的检测方法。通过多学科的综合分析,揭示了公路隧道病害形成机理,并以蕉溪岭公路隧道群为例进行了工程应用。结合现场病害以及设计、施工的资料的全面检测和调查,深入全面分析了该隧道病害的成因,并评定为为Ⅲ级病害等级,为后续维修加固工作提供了直接依据。(2)从隧道力学的基本概念出发,建立了荷载-结构模式的运营公路隧道衬砌厚度不足、材料劣化和衬砌背后空洞三种病害模型。并根据检测结果,建立了蕉溪岭隧道衬砌结构安全性评价分析计算模型,计算结果表明：隧道结构病害的存在,改变了衬砌结构的整体刚度和结构的受力状态,蕉溪岭隧道实际检测断面的70%左右截面安全系数均小于规范允许值,可见该隧道承载能力严重不足,需要立即加固维修。(3)基于荷载-结构模式的运营公路隧道病害模型,通过设置不同特征参数,分别对单类病害对衬砌结构安全性的影响规律进行了具体研究,研究结果表明：随着材料劣化及厚度不足程度的降低,衬砌结构截面最小安全系数随之呈同线性下降,而安全系数减小的范围与劣化范围相对应。而隧道衬砌背后脱空相对于其他两类病害,对衬砌结构的安全性影响最大,特别是当空洞宽度大于2.0m时,衬砌结构将失去应有的承载能力。(4)针对蕉溪岭隧道群病害的具体特征,并通过经济技术的进一步比较,提出了相应的病害整治措施和施工工艺。蕉溪岭隧道群的整治工作已于2007年完毕,整治施工过程中未出现工程事故,整治后至今服役状态和运营环境良好,实践证明,本文所提出的运营公路隧道结构病害整治思路和具体施工工艺是有效的,能够为以后类似工程的整治设计与施工提供参考和借鉴。