隧道结构可靠度评价一直是隧道工程领域的一项重要课题,目前概率可靠性理论及相应的概率极限状态设计法已经得到了一定的推广,但作为其补充和发展的非概率可靠性评价法在隧道工程中的应用研究还比较少,并没有形成一套完备的理论。总结其原因,主要是可靠指标度量方法不统一,区间扩张问题难以控制,隐式功能函数难以求解。鉴于此,本文依据区间理论对隧道衬砌结构的非概率可靠性计算分析方法展开较为系统和全面地研究。首先,本文从区间数学基本理论入手,介绍了区间扩张现象的产生原因和常用的处理方法;在此基础上,对常用的非概率可靠性模型进行对比分析,给定隧道衬砌结构非概率可靠性的度量方式及计算方法。然后,根据极限状态方程统一功能函数的表达形式,并以区间变量表征参数的不确定性,建立基于一阶摄动法的衬砌结构非概率可靠度计算模型;针对衬砌内力与围岩、材料参数之间无明确表达式的问题,提出相关因子法求解隐式功能函数非概率可靠指标,并提出参数组合法消除弯矩轴力相关性在可靠指标计算中的影响,通过工程算例实证该方法的有效性。对典型截面非概率可靠指标和传统的安全系数进行对比分析,证明运用非概率可靠指标评估隧道结构安全度更为合理。最后,对非概率可靠指标的参数敏感性分析方法展开研究,推导得出非概率可靠指标对极限状态函数中参数敏感性的解析解和近似解析解,提出优化法计算可靠指标对隐式功能函数中参数的敏感性,并通过工程算例分析隧道衬砌典型截面影响可靠指标的主要敏感参数,为隧道结构的勘察设计提供一定的参考和借鉴。