作为20世纪新发展起来的水下隧道形式,沉管隧道相对于其他形式的隧道有其独特的优势。近几年来,沉管隧道发展迅猛,全球范围的沉管隧道数目在逐年增加,且规模越来越大。但是,沉管隧道高速发展的背后也存在着诸多的安全隐患。一旦隧道内发生火灾,管段内空间狭小,温度将迅速上升,烟气也将在短时间内充满整个管段,而逃生途径单一。另外,隧道火灾的温度一般都超过1000C,高温对沉管隧道将产生严重的破坏,严重时外部海水突进管内,可能造成隧道管段的无法修复。因此,研究沉管隧道结构在火灾下的力学以及热学行为,以此得出的结论作为日后沉管隧道防火设计的参考,保证结构的火灾安全性,具有十分现实的意义。本文参照港珠澳大桥沉管隧道,选取沉管隧道的薄弱环节—接头部位作为研究对象,做了以下几方面的工作:(1)综合分析各类案例,对隧道火灾的最高温度、升温速率以及持续时间进行归纳,结果用于火灾场景设计。试验火灾场景设计基于HC升温曲线,试验时间定为4h,考虑防火措施。(2)制作沉管隧道管节接头和节段接头局部1:1构件,分别置于火灾炉进行火灾试验,观察构件在火灾下的反应,采集构件内部各点的温度并进行分析,将构件所受的破坏形态展现出来。(3)采用ABAQUS有限元分析软件,对试验构件进行火灾数值模拟,分析过程不考虑爆裂影响,将分析结果与试验结果对比,将爆裂视作一个参数,分析其对结构内部升温的影响。(4)总结试验和有限元分析的结果,对实际工程中隧道防火设计提出几点建议。研究表明:(1)管节接头的止水带均未破坏,故而4h内的高温燃烧,接头密闭性尚能满足要求。节段接头的OMEGA止水带则在一开始便焚毁,但混凝土密闭性尚良好。所以,4h的高温燃烧还不至于使得沉管隧道接头发生渗水,可是也不能再继续承受高温。(2)相比接头部位,沉管隧道的主体结构受损较轻,最高温度也比接头部位低。节段接头与管节接头相比,受损也相对较小。故而在实际工程中要加大对接头的保护,尤其是管节接头。(3)对比模拟和试验可以发现,如果不存在爆裂,结构的温度上升会放缓许多,因此爆裂对于沉管隧道的火灾破坏具有十分重要的意义。实际工程虽然不能避免爆裂,但可以尽可能采取措施减少爆裂。