本发明提供一种高地温隧道离壁式衬砌结构的隔热试验装置及方法，包括试验箱，试验箱内设有岩体并构筑有隧道，岩土内埋设有加热组件，隧道内设有初支，而初支的内侧设有二衬，二衬内部设有温度传感器，二衬为薄壁板材并具有弹性形变能力，而二衬的端部设有成折叠状的柔性板材，初支与二衬之间的间隙构成空气隔热层，由于二衬为柔性可调组件，那么空气隔热层的尺寸能够实现调节。通过改变空气隔热层的尺寸探究不同隔热尺寸对隔热效果的影响，进而得出最优隔热效果的空气隔热层尺寸，那么采用实验的方式优化离壁式衬砌结构的设计，并对实际运用过程提供基础和依据，使得隧道内部处于适宜的工作温度。