在地下空间结构大规模开发的背景下，随着行车速度和行车密度日益加大以及隧道里程的不断增加，各类隧道事故发生的数量和频率也相应增加。其中，火灾发生频率高居各灾害之首，除烟雾使人窒息以外，高温下结构损坏甚至倒塌是造成人员伤亡的原因之一，更是造成直接和间接经济损失的主要原因，因此研究隧道衬砌结构火灾下温度场分布特点及受损特性对深入认识衬砌结构的火灾反应和抗火性能具有重大意义。并为隧道结构的健康监测提供指导。本文的研究主体为高温火灾作用下的隧道衬砌结构，采用数值模拟作为主要的研究手段，着重从隧道衬砌结构形状、衬砌混凝土强度等级、不同受火场景等方面对其力学特性和稳定性进行分析研究，具体研究内容包括以下几方面：（1）分析研究隧道衬砌结构在高温火灾作用下的一般力学特性和受损规律，得出受火时间长短和受火范围大小直接影响衬砌结构温度场的分布，并拟合出破损规律曲线；（2）考虑隧道断面形状、混凝土强度等级及隧道受火时间对高温火灾下隧道温度场和应力场的影响规律，得到受火时间为影响衬砌温度和位移的主要因素，隧道断面形状和混凝土强度等级为次要因素；（3）模拟分析衬砌结构在防火保护层作用下的温度分布及动态破坏特性，并提出有效的隧道衬砌结构火灾时的预防保护措施，最终得到防火保护层导热系数越低，其隔热隔温效果越好；（4）用有限元软件模拟分析工程实例，并与实例结果相对比，得到有限元软件火灾模拟可行性及可靠性。