本公开涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道衬砌结构及隧道支护系统。本公开提供的隧道衬砌结构包括初衬混凝土以及依次设置于所述初衬混凝土上的防水板和二次衬砌结构；所述二次衬砌结构包括间隔设置的多个钢管拱架，所述钢管拱架包括外层钢筋和内层钢筋，所述外层钢筋和所述内层钢筋通过连接筋连接，相邻的两个内层钢筋之间通过纵向筋连接；其中，相邻的两个内层钢筋之间设有钢筋网，所述钢筋网与所述内层钢筋搭接并通过箍筋与所述内层钢筋连接，混凝土层充满钢筋网与所述钢管拱架，大大增强了结构的整体性，提升了结构的承载能力和支护效果，减少了素混疑土衬砌段落因施工缺陷等原因而造成的运营期间隧道拱部突发性掉块的风险。