近年来随着我国国民经济的发展，交通量不断增大，隧道内发生交通事故后引发火灾的案例也越来越多。火灾往往导致隧道衬砌结构损毁事故（爆裂、掉块、渗漏水等）的发生，给人们的生命财产造成的威胁日益增加，人们开始关注火灾后衬砌结构的损伤特征及安全性评价，并开展了一系列的研究。本文主要根据新七道梁高速公路隧道火灾事故的实际损伤情况，集成已有研究成果，结合室内模型试验及数值模拟技术，研究隧道内发生火灾后衬砌结构的损伤特征并进行安全性评价。主要研究内容如下：（1）根据依托隧道工程现场火损情况建立缩尺1:2.7隧道模型，进行火灾试验，得出火灾试验时隧道衬砌内部温度的分布规律；（2）在衬砌截面温度分布情况研究的基础上，通过对依托工程隧道纵横向不同部位现场取样，结合室内试验，详细研究公路隧道衬砌结构不同温度和含水率条件下火灾损伤特征；（3）通过测定火灾试验后不同断面位置处的衬砌结构的残余承载力，综合现场勘测结果，总结了火灾高温下隧道衬砌在不同温度区域与不同衬砌深度混凝土的物理力学性能的劣化规律，分析了衬砌结构的安全性；（4）通过有限元分析软件ANSYS,以不同侧压力系数对9种工况条件下隧道火灾后衬砌的应力，变形及安全性进行了分析。得到不同应力场中，火灾损伤对衬砌受火面拱顶影响最为显著，拱肩、拱腰影响其次，对拱脚处影响最小；随着侧压力系数的增加，拱顶所受的压力也显著增加。各应力场中，当隧道拱顶厚度小于34cm或掉块大于16cm时，衬砌应力增大趋势明显，隧道衬砌结构的变形将显著增大，衬砌结构的整体安全性将显著降低。本文的试验结果和相关结论旨在为火灾后隧道衬砌结构的损伤鉴定和安全性评价提供参考。