本发明公开了一种基于冲击振动的隧道衬砌结构二维变形识别方法，属于隧道衬砌结构测试技术领域，通过单参考点冲击振动测试采集衬砌结构的激励荷载与二轴加速度响应，投影变换得到横、竖向加速度响应数据，利用改进的复模态指示函数算法识别衬砌结构竖向和横向的模态参数，通过构造二维空间的增强频响函数进一步识别衬砌结构的竖向及横向位移振型缩放系数，并构造衬砌结构二维空间的位移柔度矩阵。单参考点冲击振动测试相较传统多参考点冲击振动测试减少了测试成本，提高了测试效率；本发明将一维柔度识别改进为二维空间的柔度识别；基于求得的二维空间的位移柔度矩阵准确识别了衬砌结构的位移变形。