隧道火灾给隧道的长期安全运营、防灾救援带来了极大挑战。同时,隧道火灾的发展过程及规律与隧道的几何尺寸密切相关。水下大断面隧道呈超宽扁平状,地质情况特殊及周边路网复杂,一旦发生火灾,人员疏散及救援困难,造成后果尤为严重。此外,长大隧道通常建立庞大复杂的通风排烟系统,其智能化及信息化水平亟需提升。目前关于长大水下隧道的相关规范标准较少,隧道安全运营体系研究正逐步开展。因此,论文开展了水下大断面隧道火灾数值模拟及通风排烟系统研究,主要研究内容如下:(1)建立了隧道火灾数值计算模型,研究了不同火灾规模与不同纵向风速下隧道内温度场分布规律与烟雾场蔓延规律。量化了温度场的时变规律、空间分布状态及火场最高温度的变化规律;分析了不同火灾规模的火灾烟气蔓延特性,明确了抑制不同火灾规模的临界风速,得到了烟气层高度、能见度及火场CO分布与纵向风速的关系。(2)建立了射流风机火灾数值计算模型,评价了风机布设参数变化对温度场及速度场分布的影响,得到了安装高度、横向间距与纵向间距与火源下游隧道断面平均风速的关系,优化了风机布设参数,给出了满足临界风速的风机组合开启方案。(3)分析了信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)系统应用于隧道通风排烟的可行性,结合水下隧道通风排烟的控制需求,设计了基于CPS的隧道通风排烟系统,制定了通风排烟控制策略。综上,本文通过研究水下大断面隧道火灾温度场分布与烟雾场蔓延规律,探析射流风机布设参数对火灾通风排烟的影响,设计基于CPS的水下隧道通风排烟系统,研究结论对水下隧道火灾研究及通风排烟系统设计具有理论参考价值,也可为同类工程通风排烟设计提供应用参考。