本发明提供一种隧道钢内衬安装系统及施工方法，包括钢内衬组件、起吊架、安装台架和轨道车。钢内衬组件包括一对钢内衬半体，安装台架包括伞撑机构和升降机构，伞撑机构用于驱动两侧钢内衬半体转动，升降机构用于驱动伞撑机构上下运动。先在隧道外拼装好钢内衬组件，然后通过起吊架安放在安装台架上，通过轨道车转运钢内衬组件。在安装过程中，通过调整伞撑机构和升降机构可便捷地将两侧钢内衬半体撑开并移动到位，与待维修加固的原隧道衬砌相贴合，完整安装钢内衬。这样在天窗时间限制下，确保完成整环、整节段钢内衬安装，构成新的完整隧道衬砌结构体系。钢内衬一经安装，即可恢复铁路正常运营，保障行车安全。