在隧道运营期限内,隧道主体结构的某些力学参数将随时间发生劣化,这将严重影响隧道结构的可靠性。本文拟从运营隧道衬砌结构性能劣化入手,进行基于劣化效应的运营隧道结构时变可靠性分析研究。本文主要研究内容及成果如下:(1)对于混凝土衬砌而言,在服役过程中受到多种时变因素的共同作用,结构存在多种失效模式。为此,提出了基于抗力衰减控制、最大裂缝宽度控制和混凝土碳化深度控制的多失效模式的服役隧道衬砌结构时变可靠度分析方法,采用概率故障树模型构建衬砌多失效模式系统可靠度分析模型,利用JC法计算结构的可靠度指标和失效概率,分析了衬砌结构可靠度服役期内的变化规律和不同失效模式对可靠性的影响。(2)针对可靠性评估中参数精确的数据信息难以获取的情况,将区间非概率可靠性模型应用到运营隧道衬砌结构的可靠性分析中,结合时变可靠度理论,提出了隧道结构服役期内区间非概率时变可靠性模型。分析了衬砌结构可靠度服役期内的可靠性变化规律和不同衰减函数对可靠性的影响。非概率区间模型可以较为合理的反映结构的可靠度水平及变化规律,为衬砌结构服役期内的可靠性评价提供了一种科学合理的参考方法。(3)针对以往利用Kriging模型进行结构可靠性分析时试验样本点精度不够的问题,提出了利用Hammersly点集构造样本点的Kriging模型可靠度计算方法。将该方法应用于工程实例中,并通过改变样本点数目与迭代次数验证了方法的有效性,通过与蒙特卡洛法对比验证了方法的计算精度;通过设计随机变量的样本点,采用最小二乘法拟合了可靠度指标与随机变量的线性关系,求解了抗压与抗拉两种情况下各随机变量对结构可靠度指标的因子。(4)将时变可靠度理论应用于衬砌结构的服役寿命预测中,分别从最大裂缝宽度准则和极限承载力准则两个角度对结构耐久性深入研究。通过对隧道设计年限内的可靠度进行计算,结合目标可靠度验证结构是否满足设计要求。将不同准则下衬砌结构的服役寿命做对比,发现基于承载力极限准则的结构使用寿命较大,这是与工程实际相符的。