隧道由于其狭长的特殊结构,一旦发生火灾,消防救援和安全疏散将面临巨大挑战,高温有毒烟气是造成人员伤亡的主要原因。纵向通风是一种有效控制烟气的通风方式,当纵向风速较小时,烟气在撞击顶棚后,将迅速沿隧道顶棚蔓延,呈一维纵向流动的特点。当纵向风速增大到一定程度时,烟气在火源下游可能出现分岔流动现象,在隧道顶棚将出现几乎无烟的低温区域。当火源位于隧道中心位置（中心火源）时,顶棚烟气将呈“V”形分岔流动并最终汇聚,而当火灾发生在隧道侧壁处（贴壁火源）时,顶棚烟气将呈“S”形流动。因此,烟流结构形式随着纵向通风速度、火源横向位置的不同将产生较大差异。临界风速是纵向通风设计的主要依据,在实际工程中,为了保守起见,纵向风速往往超过计算的临界风速。当纵向风速较大时,火源下游将出现烟气分岔现象。竖井或排烟口一旦设置在烟气分岔流动的低温无烟区域时,将不能有效排烟。因此,纵向通风作用下烟气分岔特性的研究,对于指导隧道防排烟设计具有重要的理论意义与实用价值。论文通过小尺寸实验,开展了中心火源条件下烟气分岔流动时顶棚最高温度的研究,将实验结果与Kurioka最高温度预测模型进行了对比,发现使用Kurioka预测模型计算烟气分岔顶棚最高温度时,会产生较大误差。基于小尺寸实验结果,提出了适用于烟气分岔流动时顶棚最高温度的预测模型。在火源热释放速率较小时,Kurioka预测模型和本文的预测模型差异较小,在火源热释放速率较大时,两者预测结果会产生较大差异。为了分析火源横向位置的影响,开展了贴壁火源条件下烟气分岔流动时顶棚最高温度实验,提出了贴壁火源最高温度预测模型。同时,利用“镜像”原理对贴壁火源进行处理,发现基于镜像原理的计算结果和本文的预测模型存在较大差异。最后,通过FDS数值模拟,研究了不同隧道宽度条件下,纵向通风对贴壁火灾烟气分岔的影响。针对贴壁火源烟气分岔呈“S”形的特点,对顶棚烟气“S”流动进行了区域划分,分析了烟气撞击顶棚位置、烟气撞击侧壁位置等,构建了烟气触顶区域的纵向偏移距离和低温无烟区域纵向长度的理论模型。结果表明,随着纵向风速的增大,烟气撞击顶棚与撞击侧壁的区域会不断往下游发生偏移,低温无烟区域将随着纵向风速的增大而扩大。基于FDS模拟结果,提出了贴壁火源烟气“S”形蔓延下三个特征长度的预测模型。