本申请提供了一种隧道二次衬砌变形实时监测系统，该系统包括：三维变形监测仪和管理分析模块，三维变形监测仪埋设于隧道二衬内或隧道表面，三维变形监测仪内设有首尾依次相接的、可任意弯折的多个监测单元，且多个监测单元并行电连接；多个监测单元与隧道的多个监测点一一对应；其中，监测单元用于对隧道进行监测，以获取监测单元对应的监测点处的监测数据，响应于监测单元获取的监测数据大于预设阈值，监测单元向管理分析模块发送触发信号；管理分析模块与三维变形监测仪通讯连接，响应于管理分析模块接收到触发信号，管理分析模块修改监测参数并发送至对应的监测单元，以由对应的监测单元根据修改后的监测参数对隧道进行监测。