随着城市化进程与土地之间矛盾不断加剧,地下交通系统建设不断发展,顶部竖井隧道为促进经济发展、缓解城市交通压力、提高交通运输能力等方面做出重要贡献,但也给火灾防治工作带来新的挑战。因此,研究隧道火灾的烟气流动特性及烟气控制对保障人员安全具有重要意义。本文以顶部竖井隧道火灾烟气防控作为研究背景,以顶部竖井隧道火灾烟气分层及运动特性作为研究内容。参考了国内公路隧道以及重庆市轨道交通6号线隧道结构,运用理论分析、缩尺寸隧道模型实验以及FDS数值模拟的方法对不同情形下顶部竖井火灾烟气分层及烟气运动特性进行了细致研究,主要有以下结论:第一,开展了缩尺寸实验研究了顶部竖井隧道烟气热分层。探索了层化曲线以及T/Taver=1与层化曲线的交点的变化规律。层化曲线能够较好描述隧道内各区域火灾烟气的稳态,即:层化曲线重合则说明烟气分层稳定;层化曲线不重合(顺时针旋转)则说明烟气失稳,分层受到破坏。T/Taver=1与层化曲线的交点可用于判定烟气层升温快慢。即:即温度上升较快,交点向左移动;温度下降较快,则交点向右移动。探索了竖井高度对隧道内烟气分层影响。顶部竖井通风排烟模式下烟气热分层具有分段的特点。火源附近到竖井内侧(00.67时,气体质量流量随v*增加呈指数型下降,表现为不稳定。提出了最大排烟效率的纵向通风、竖井高度。在一定的纵向风速下,竖井排出气体质量流量较稳定,且可有效避免吸穿的发生,使更多的烟气流入竖井快速排出。考虑到排烟效率,本文建议无量纲纵向通风为0.67。此外,基于此研究,竖井高度越高,吸穿现象更严重,也会造成竖井空间巨大浪费。因此,对于禁止货车通过城市隧道,兼顾气体质量流量和排烟效率,建议竖井高度在3m～4m之间。