随着经济的快速发展，沉管隧道越来越多地应用于跨越江海湖泊，但由于其结构狭长、空间小、通风条件差，一旦隧道内发生火灾，很难及时扑灭，后果将非常严重。大火除了对隧道内的人员造成巨大伤害外，还会由于高温导致混凝土爆裂和力学性能的劣化，对隧道结构产生不同程度的损伤，大大降低结构的承载力和安全性。本论文的主要研究工作如下：①基于热传导理论，采用大型有限元分析软件ANSYS，建立了沉管隧道火灾高温分析模型，在合理选择升温曲线与边界条件、正确设置随温度变化的材料热工参数的基础上，进行沉管隧道结构的火灾工况温度场模拟计算，研究得出火灾高温时沉管隧道结构的温度分布规律。②基于热弹性力学理论，建立沉管隧道温度-结构共同作用计算模型：根据结构的受火时间，在沉管结构内部施加对应的温度荷载；依据沉管隧道不同埋深段的外部条件，在结构外部施加对应的荷载作用。利用该模型进行沉管隧道结构火灾工况热应力计算，研究沉管隧道结构在无隔热条件下的热应力变化规律及其造成的结构损伤深度。③基于沉管隧道管段构件模型火灾试验，可以得出构件模型在两层1cm厚（共2cm厚）玻镁防火板保护下构件表面及内部温度随时间的变化规律。然后将构件表面温度变化规律作为沉管隧道温度场数值计算的温度荷载，进行数值计算，分析隔热条件下结构内部的温度分布规律，进而开展隔热条件下沉管隧道火灾工况应力变化规律以及热应力损伤的研究。④基于高温下沉管隧道可能达到的承载力极限状态，在综合考虑结构内温度场分布以及混凝土与钢筋力学性能劣化的基础上，给出了火灾高温下沉管隧道结构设计方法及其表达式。