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衬砌结构作为隧道结构受力的重要部分,在交通车辆火灾中的受损程度决定了隧道是否能正常运营。大量公路隧道火灾案例数据表明衬砌结构防火的重要性,因此在大量公路隧道修建的同时,建立公路隧道不同交通车辆火灾下衬砌结构体系的损伤程度评价指标和评价体系对二衬混凝土防火具有指导性重要意义。本文以成渝高速中梁山隧道新建左线为背景项目,主要研究内容包括:(1)隧道不同交通车辆火灾场景模拟的火灾关键参数的确认。(2)利用FDS软件以1:1比例模拟了成渝高速中梁山隧道新建左线隧道ZK5+159.5~ZK5+279.5区间中部不同交通车辆的火灾场景。(3)以衬砌壁面的温度拟合曲线为基础,利用ANSYS软件分析衬砌结构的温度场分布。(4)衬砌混凝土结构在不同交通车辆火灾时的力学行为。(5)不同交通车辆火灾高温时衬砌混凝土的损伤评价分析。在大量公路隧道火灾案例和试验成果基础上,本文取得了以下主要成果:(1)确定轿车、客车和货车三种类型的交通车辆火灾关键参数后,建立了六个火灾工况的火灾场景;得到了隧道不同截面的温度分布,以及拱顶、拱肩壁面的最高温度;并根据温度随时间的变化数据拟合出了六个火灾工况下隧道壁面最高温度点处的升温曲线。(2)将隧道二衬沿厚度方向的热传导简化为一维的瞬态热传导问题后,以升温曲线为荷载作用在二衬表面,得到了六个火灾工况下二衬混凝土内部的温度分布;在没有设置防火板条件下,工况GK05下的拱顶二衬混凝土1cm深处的温度为252.65℃,拱肩二衬混凝土表面温度为232.4℃;工况GK06下的拱顶二衬混凝土1cm深处的温度为363℃,拱肩衬砌混凝土3cm深处处的温度为292.9℃。(3)以隧道二衬混凝土内部的温度场为荷载,计算出二衬混凝土的应力变化及结构变形。在没有设置防火板条件下,工况GK05下拱顶二衬混凝土表面的拉应力为2.587MPa,拱顶二衬混凝土1cm深度处的拉应力为1.698MPa,拱肩二衬混凝土表面的拉应力为1.384MPa;工况GK06下拱顶二衬混凝土表面的拉应力为1.62MPa,拱肩二衬混凝土表面的拉应力为2.419MPa,拱肩二衬混凝土1cm深度处的拉应力为1.71MPa。(4)建立了以二衬混凝土爆裂温度和以二衬应力分布为指标的评价体系,对隧道内轿车、客车和货车发生火灾时二衬结构的损伤程度进行了分析评价。在成渝高速中梁山隧道新建左线隧道ZK5+159.5~ZK5+279.5区间中部,隧道在无防火板隔热措施时,货车在隧道中线位置的30min火灾发展过程中,火源下游4.2m截面拱顶二衬混凝土损伤1cm;货车在隧道左侧道路中线位置的30min火灾发展过程中,火源下游3.6m截面拱顶二衬混凝土损伤1cm,下游4.8m截面拱肩二衬混凝土损伤3cm;当设置10mm防火板隔热措施,货车燃烧且在30min的火灾发展过程中不会对二衬混凝土造成损伤;轿车、客车燃烧且在30min火灾发展过程中,不论隧道有无防火板等防火隔热措施,二衬结构均无损伤。