地铁具有大容量、高速、安全、准时、环保、节能、节约土地等优势,能有效解决土地紧缺和交通拥堵等制约城市发展的问题。地铁系统在给交通出行带来便利的同时,其环境问题和安全隐患也不容忽视。地铁列车在区间隧道运行产生的活塞风对隧道通风有着重要的影响,系统地研究活塞风发展规律,对合理利用活塞风有重要的意义。而且由于地铁一般位于地下且相对封闭,地铁火灾已经成为公共安全的主要问题之一。当地铁列车在隧道内发生火灾时,活塞风和列车阻塞对烟气流动的影响也不容忽视。论文针对长大区间隧道活塞风特性开展了系统研究,并在此基础上研究了活塞风对烟气流动的影响。通过理论分析建立设置中间风井的长大区间隧道活塞风理论模型,分析了中间风井的设置及其参数对活塞风特性的影响,探讨了活塞风速变化及活塞通风率与风井参数的关系。通过理论分析建立了未设置中间风井的长大区间隧道活塞风理论模型,分别针对单车运行和双车追踪运行工况开展研究,采用单因素分析法研究了列车发车间隔、列车运行速度、列车长度、隧道长度、阻塞比和壁面摩擦系数等因素对单车运行和双车追踪运行工况下活塞风特性的影响。探讨了隧道内的活塞风速变化规律及最大活塞风风速与列车及隧道参数的关系。研究表明:中间风井对长大区间隧道活塞风特性有着显著的影响,设置中间风井的长大区间隧道内最大活塞风速和通风率均大于不设中间风井的长大区间隧道。隧道内的活塞风特性、风井内的气流特性以及活塞通风率与风井位置和断面面积有关,而风井高度的变化对活塞风特性的影响不明显。未设置中间风井的长大区间隧道内活塞风速随列车发车间隔呈周期性变化。当列车与隧道参数相同时,双车追踪引起的最大稳定活塞风速是单车的1.24倍。最大稳定活塞风速与列车速度和长度成线性增大关系,与阻塞比成幂函数增大关系,与隧道长度和摩擦阻力系数成幂函数规律衰减,在此基础上提出了最大稳定活塞风速的预测模型。采用理论分析与数值模拟计算方法,研究了地铁列车在长大区间隧道内发生火灾被迫停车时活塞风对火灾烟气蔓延规律的影响。基于未设置中间风井的长大区间隧道活塞风理论分析结果,建立了单车运行和双车追踪运行活塞风理论模型,分析了隧道火灾时活塞风速的动态变化规律。引入了综合考虑纵向通风和活塞风共同作用的等效纵向风速,以数值模拟方法实现动态变化的活塞风对火灾烟气蔓延的影响。进一步的探究了有效控烟的临界状态下,从阻止烟气逆流所需驱动力的角度,研究了控制烟气的临界驱动力。采用一维管网模型分析了临界状态下的压力平衡,并通过数值模拟分析了列车阻塞效应和火源节流效应影响下的临界风速及临界驱动力,提出了临界驱动力的预测模型。研究表明:单车运行和双车追踪运行条件下,隧道火灾工况活塞风的发展规律以及对烟气流动影响规律基本相同,仅双车追踪运行条件下活塞风衰减的初始风速更大。当活塞风的方向与纵向通风方向相同时,可以增强纵向通风的控烟效果。当活塞风的方向与纵向通风方向相反时,采用现有临界风速模型计算的纵向通风风速在活塞风作用阶段无法有效控烟,应以等效纵向临界风速设计纵向通风系统。在有效控烟的临界状态下,列车阻塞效应会明显的加剧火源节流效应,导致临界驱动力显著增大,且列车阻塞效应比热释放速率的影响更为显著。列车阻塞效应会降低临界风速,增大临界驱动力。