在过去的数次大地震中,如汶川地震和日本阪神地震,均出现了隧道结构发生严重破坏甚至坍塌的案例。隧道结构的抗震安全性问题已引起国内外学者的广泛关注。地震需求是地震易损性分析和可靠度理论研究中的主要内容之一。目前关于地上建筑的地震需求模型已有大量的研究,受土体非线性不易考虑、土-结构相互作用不易模拟等因素的影响,关于隧道结构地震需求模型的研究很少。本文研究的目的是给出隧道衬砌在横向水平地震作用下的弯矩、轴力和变形概率需求模型,主要研究内容如下:（1）为使模型具有明确的物理意义,本文通过在解析模型中增加线性修正项和随机项获取隧道结构的地震需求模型。因此首先讨论了解析方法计算隧道横向地震需求,由于隧道结构的动力放大效应较小,本文采用拟静力数值分析数据标定模型中的需求参数。（2）为获取拟静力分析中的位移加载数据,基于实测土体数据建立场地地震反应分析模型,以一组实际水平地震动作为输入,计算与隧道深度处最大剪应变对应的土体位移。鉴于隧道深度处自由场最大剪应变是解析方法中的重要参数,本文基于场地地震反应分析数据给出了最大剪应变的概率模型。（3）为考虑地震动、场地条件、隧道埋深、隧道尺寸、混凝土强度等各种因素的不确定性,基于均匀设计方法生成样本点,采用逐步回归进行模型修正项的优化,通过最小二乘法进行模型参数估计,建立了准确无偏的弯矩、轴力、变形概率需求模型。基于本文分析结果可以获取隧道衬砌在横向水平地震作用下的弯矩、轴力和变形的概率分布,这一结果对于隧道结构地震易损性分析以及基于可靠度的设计具有重要意义。