本发明公开了一种隧道二次衬砌纵向灌注一体化施工方法，包括以下步骤：在施工隧道内布置衬砌台车、纵向灌注台车及混凝土输送泵；S2：控制混凝土输送泵送混凝土浆液，并经纵向灌注枪将混凝土浆液注入至衬砌台车的布料机构中，布料机构将混凝土浆液注入至各入料窗口内；S3：使纵向灌注枪经端板上的封堵盒阀门进入二衬模板的顶部混凝土灌注空间，并移动至另一端头位置；控制纵向灌注枪在原位进行混凝土灌注，当灌注满后暂停并进行振捣；之后开始回退纵向灌注枪，边纵移回退边进行补充注浆以防止形成脱空，直至退出封堵盒阀门。本发明的优点是：通过纵向灌注枪直接浇筑衬砌边墙与拱顶，减少施工设备转换时间，提高施工效率。