隧道以其地理位置与结构形式在交通领域独具优势,对改善交通出行具有突出作用。随着国家基础设施投资力度进一步加大,数量众多的各类隧道将被建造。然而,无论在建设阶段还是运营过程,隧道的安全性始终为第一要素。爆炸是导致隧道结构受损最严重的事故,几乎是毁灭性的破坏,同时爆炸释放巨大热量、产生浓烟,导致营救极为困难,往往造成重大人员伤亡与巨大经济损失。对隧道在剧烈爆炸作用下衬砌受损机理与灾后修复研究具有重要理论意义与工程实用价值。2015年2月24日,成都市洛带古镇隧道在建设过程中,发生瓦斯爆炸事故,为近年来国内外典型的隧道内剧烈爆炸案例。论文以此工程背景,对隧道灾后结构安全与稳定性进行评价;创新了隧道瓦斯爆炸高效模型构建技术,实现爆炸过程的数值还原;以4种工况描述隧道爆炸特征,研究分析了隧道内爆炸冲击波传播特征、衬砌动态响应、衬砌损伤机理与损破物理过程,数值模拟结果与实际情况相符;针对衬砌不同受损特征制定相应修复方案,并对修复衬砌的稳定性进行监测;论文的研究内容与创新成果如下:(1)在对灾后隧道衬砌的变形监测、衬砌实体质量检测、衬砌病害发展及损伤特征调查与统计的基础上,依据规范将灾后隧道衬砌技术状况类别评定为第4类,需尽快实施衬砌病害处治措施。(2)基于ANSYS/LS-DYNA中流固耦合算法,考虑自由、约束爆炸工况,建立相应的流固耦合模型,经对比发现,体积填充法构建爆源有效可行,提高了公路隧道内爆炸问题的数值研究效率。(3)通过对瓦斯爆炸数值模拟中等效爆源类型选取的研究,发现等效气体法难以表征隧道内瓦斯爆炸特征且无法描述爆点附近衬砌响应,相比较下,等效TNT当量法适用于洛带古镇隧道内瓦斯爆炸问题的研究。(4)采用4种爆炸工况描述洛带古镇隧道爆炸,并建立与相应的流固耦合模型,研究隧道内爆炸冲击波传播规律。研究发现流固耦合模型可有效观测冲击波在隧道内反复振荡特征;掌子面处、两爆点间的冲击波强度均增大;冲击波在洞门削竹式断面处衍射,且自洞门传出后有两条运动轨迹。(5)通过对4种工况下衬砌上爆炸荷载传播特征、衬砌动态响应、主应力响应特征进行分析,研究了隧道衬砌损伤机理。基于侵蚀算法,模拟了洛带古镇隧道衬砌损破物理过程。(6)根据衬砌损伤裂缝不同特征确定相应修复方案。基于规范,考虑Ⅳ级、Ⅴ级围岩段衬砌裂缝的数量、深度对衬砌安全系数的影响。依据最不利原则,验算得到单条贯通裂缝修复后衬砌安全系数为8.711;两条及以上贯通裂缝修复后衬砌最小安全系数为8.811,均满足规范要求。修复方案除确保安全系数外,经济指标好、操作性强。(7)为评价隧道修复方案,在现场修复过程中与修复完成后,对修复衬砌的拱顶沉降、周边收敛、二衬内部混凝土压力及钢筋应力等进行监测。监测结果表明隧道修复完成后基本处于稳定状态。本文研究贯穿隧道爆炸事故发生至处治的全过程,结合研究成果,提出了处治方案,这些成果的实施应用,取得了良好的工程效果。