随着我国交通事业的发展，隧道建设方兴未艾。但目前我国隧道设计仍以工程类比法为主，套用标准进行设计。因此，寻求一条根据隧道衬砌结构受力特点来优化调整隧道衬砌结构设计的科学合理的途径，对保证隧道安全，提高隧道建设投资效益是必要而迫切的。本文首次利用遗传算法对隧道衬砌结构进行优化设计，研究工作及结论主要包括以下几个部分： 1．编制了考虑隧道与围岩共同作用的分析衬砌结构的有限元程序 ATM。将弹性支承与弹性地基梁结合，对传统的计算弹性反力模型进行改进，依据弹性支承法原理和改进了的计算弹性反力模型，利用计算机语言 Fortran 编制有限元程序ATM，应用有限元软件ANSYS对其进行验证。 2．根据非线性模型参数的遗传算法估计原理，编制非线性模型参数的遗传算法估计程序 NPE，通过算例验证其可靠性。 3．构建了遗传算法对地下结构优化设计的流程框架，首次将遗传算法引入到隧道衬砌结构优化设计中，研制了隧道衬砌结构的有限元模型的遗传算法优化设计程序 GOT。建立以保证安全下的材料用量最少化为目标的数学模型，采用罚函数法确定适应度函数，将分析衬砌结构的有限元程序ATM和遗传算法估计程序NPE 结合，研制遗传算法优化设计程序GOT。 4．将隧道衬砌结构的有限元模型的遗传算法优化设计程序GOT应用于工程算例，证明该方法可以安全经济地优化衬砌结构设计。 5．将有限元软件ANSYS中的一阶优化方法的优化结果与遗传算法优化设计程序GOT的优化结果进行对比分析，结论表明：用遗传算法对隧道衬砌结构进行优化设计的尝试是成功的。 本文提出的对隧道衬砌结构的优化设计方法不仅适于解决衬砌结构问题，而且对其它结构形式的建筑结构设计的科学优化有一定的参考价值。