本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种运营铁路隧道衬砌钢混组合式加固结构，包括工字钢架、套衬钢筋、钎钉、模板、模板固定杆和混凝土。工字钢架沿隧道既有衬砌的延伸方向间隔布置。套衬钢筋布设在相邻两个工字钢架之间。钎钉一端锚固在隧道既有衬砌中，另一端与套衬钢筋连接。模板的两端分别与相邻两个工字钢架的外侧翼缘板连接。模板固定杆与模板贴合，模板固定杆的两端分别与相邻两个工字钢架的外侧翼缘板固定。混凝土填充在模板和隧道既有衬砌之间区域。相较于吊模法，避免了大量的钻孔及植筋作业，进而提高了套衬施工效率；同时，对模板的固定方式简单且牢固，不易掉落，从而有效降低了对运行列车安全性的潜在威胁。