如何确定二次衬砌的合理施作时机一直是新奥法隧道施工中的热点、难点问题。为了研究二郎山隧道花岗岩区二衬支护时机,首先,结合现场实测数据分析了隧道变形的特征规律,总结归纳出两类变形时程曲线并分析了曲线形态差异的原因和产生条件;然后,根据现场实测数据的回归分析和数值拟合得到了Ⅲ级和Ⅳ级围岩净空变形的预测公式;最后,基于现场监控量测反分析法、收敛限制半解析法,以变形量、时间、空间参数的形式给出了Ⅲ级和Ⅳ级围岩下的二衬支护时机。结果表明:(1)实测变形时程曲线有两类;(2)Ⅲ级围岩二衬支护时机:周边收敛量为8.2~9.2 mm、拱顶下沉量为6.9~7.8 mm,开挖后的第11天,距离掌子面24~35 m;(3)Ⅳ级围岩二衬支护时机:周边收敛量为16.8~18.9 mm、拱顶下沉量为10.0~11.2 mm,开挖后的第16天,距离掌子面46~65 m。研究成果可对二郎山隧道后续花岗岩区施工和同类工程提供参考。