成都市红星路下穿市政隧道首次采用了顶部开孔的自然通风方式。由于此种方式能够沿程排放污染物，可以减轻隧道洞口的环境污染，故可能成为一种新兴的市政公路隧道形式。但根据现行设计规范，对于顶部开孔公路隧道自然通风和火灾排烟都无相关规定可供参考。为了在实际工程中更好的应用这种方式，有必要对顶部开孔公路隧道自然通风和火灾排烟的基本特征进行研究。本文建立了自然通风时的隧道各段和各个通风孔气体流动情况以及隧道内CO浓度分布的一维数学模型。利用该模型计算正常行车工况时，在不同通风孔布置方式下，改变通风孔面积、孔组内孔间距、车流量和行车速度时的污染物分流率及污染物浓度分布情况，并分析其规律。研究表明：正常行车工况时，顶部开孔隧道可以将一部分污染物沿程排放，在一定开孔面积和孔组内孔间距时，隧道洞口浓度低于顶部无开孔隧道洞口浓度。且增大通风孔面积和减小通风孔组内的孔间距有利于污染物的分流。另外，建立了阻滞工况时热压作用下的自然通风模型。通过计算阻滞工况时，顶部无开孔隧道和顶部开孔隧道分别在交通通风力和热压作用下的隧道内CO浓度分布，得出：阻滞工况时，顶部开孔隧道内的热压自然通风有利于降低隧道内的污染物浓度，优于顶部无开孔隧道。对顶部开孔隧道火灾工况时的烟气扩散和火源附近人员的安全性进行分析。应用STAR-CD软件，建立项部开孔市政公路隧道火灾工况时的三维物理数学模型。分别计算火源与通风孔间距离为60m和130m时，隧道内的温度分布规律和高温烟气的扩散规律，并分析对隧道内火源附近人员逃生的影响。