因施工过程中各种原因导致的铁路隧道二衬欠厚缺陷,考虑其作用,根据现行规范,当既有缺陷混凝土衬砌厚度小于设计厚度的70%以上时需要返修补强处理。为保证衬砌返修施工过程中结构稳定,施工安全,需确定一次性返修凿除衬砌的范围,除施工中通常采用的工程类比确定凿除面积的方法外,可通过数值及解析计算方法确定。通过对隧道自稳定性较差的非层状Ⅳ级及Ⅴ级围岩衬砌进行解析计算,并采用GTS岩土有限元2D模型进行数值模拟,获得了衬砌结构在拱顶凿除不同范围工况下其受力特征及结构安全系数。分析及计算结果表明衬砌结构在拱顶开窗处、侧墙及底脚是应力较大部位,且拱顶衬砌产生拉应力作用区。对于Ⅳ级围岩,在不考虑钢筋作用条件下,拱顶开窗面积<2 m~2时,衬砌结构稳定;对于Ⅴ级围岩,考虑衬砌配筋条件下在拱顶一次性凿除面积<2 m~2时,衬砌结构也是安全的。