本发明提供了一种设置系梁的隧道底部衬砌结构，其典型特征在于，隧道底部衬砌结构分为三层，下层仰拱二次衬砌与拱墙二次衬砌闭合成环，中间层为仰拱填充层，设置边沟和中心沟，并布置导水管组件和横向排水盲管，上层结构为后浇钢筋混凝土的系梁，与下层仰拱二次衬砌在墙脚位置采用接茬钢筋连接，三层结构形成封闭式内叠合隧道底部衬砌。本发明提供的技术方案可以改善衬砌结构的受力状态，由大偏心受力转化为小偏心受力，在不增加圬工量的基础上显著提高衬砌结构的承载能力；此外将隧道排水的边沟位置低置，可以增大横向排水盲管的斜率，提高过水效率，防止因化学结晶而堵塞盲管，保证衬砌结构运营期排水通畅。