随着我国城市地铁建设的快速发展,为改善城市交通状况,地铁隧道不断修建,越来越多的隧道采用自然通风技术,这种通风方式不仅可以节约地铁列车正常运营的区间隧道换气通风能耗,还可节省通风设备的投资。然而,当隧道发生火灾时,如何有效地采取措施保证人员的安全疏散显得尤为重要。本文采用模型试验、理论分析的方法,对自然通风地铁区间隧道的火灾烟气特性和烟气控制进行了详细的研究,研究成果可为地铁隧道防排烟系统设计以及隧道防灾救援策略的制定提供参考。首先通过对隧道火灾相似模拟法的比较,确定Froude模拟法作为隧道模型设计的依据,以及考虑试验场地、可操作性等因素,综合文献中缩尺比,确定隧道火灾模型实验设计的缩尺比为1:20。搭建了顶部自然通风竖井地铁隧道模型实验平台。由于隧道火灾发生的不确定性,对自然通风隧道不同纵向火灾发生位置进行研究,确定了最不利火源位置,以及得到了纵向火源位置顶壁下方纵向烟气温升计算式。在最不利火源位置情况下,火源热释放率(HRR)、竖井横向位置、竖井长宽比、竖井间距、竖井尺寸等因素对烟气分布特性的影响进行模型试验研究,对隧道顶壁纵向烟气温度及竖井排烟温度进行测量。分析了竖井参数的变化对自然通风竖井地铁区间隧道火灾顶壁烟气温度及竖井内烟气温度的影响。研究结果表明:(1)随着烟气的蔓延,隧道顶部烟气温度逐渐降低,且随着HRR的增加而增加,由于竖井的排烟作用,隧道顶壁纵向烟气温度在竖井处陡然下降,且火源段的顶壁温度比非火源段烟气温度高很多。(2)竖井横向位置、竖井长宽比、竖井间距、竖井尺寸对火源段内的纵向烟气温度没有影响,但会对非火源段烟气温度造成影响,表现为竖井位于隧道中间、竖井间距越长、竖井长宽比越小、竖井越长或越高,非火源段内烟气温度越低。竖井内的排烟温度随着竖井间距的增加而减小,随着竖井长度的增加先增加后不变,随着竖井高度的增加略有增加。由于非火源段烟气与隧道口来流空气相互作用,导致扩散和沉降较为严重,另外,非火源段的烟气从隧道底部经竖井回流到火源段,使火源段烟气严重下沉。在竖井宽度等于隧道宽度的条件下,让火灾产生的高温烟气能够及时从竖井排走,确保烟气不越过竖井,把烟气控制在两个竖井之间,得到了临界竖井长度,以及分析了HRR、竖井间距等因素对临界竖井长度的影响,并且基于烟气羽流质量流量、竖井排烟的质量流量和控制体理论模型,建立了预测自然通风地铁隧道火灾临界竖井长度的理论模型。