为揭示移动荷载作用下公路隧道复合式路面结构力学响应，通过现场试验与有限元法相结合及模型精度验证的手段，基于响应面试验设计方法分析有仰拱和无仰拱的隧道复合式路面力学响应。结果表明，无论有仰拱，还是无仰拱，轴载对各项力学指标的影响最大，混凝土基层厚度对各项力学指标的影响较小，水平荷载对混凝土面板板底拉应力和沥青面层层间剪应力的影响较大、对沥青面层层底拉应变影响较小；无仰拱时围岩模量对各项力学指标的影响大于有仰拱；有仰拱时混凝土面层厚度对沥青面层层底拉应变的影响大于沥青面层厚度，混凝土面层厚度对沥青面层层间剪应力的影响大于基层厚度，无仰拱时影响相反；有仰拱隧道复合式路面结构轴载换算系数得到混凝土面层设计轴次是现行规范的1.8倍，无仰拱是1.3倍；有仰拱、无仰拱时混凝土面层疲劳寿命分别比设计轴载大17和8个数量级，沥青面层疲劳寿命均比设计轴载大1个数量级。研究结果可为隧道复合式路面结构设计研究提供参考。