近年来我国隧道建设技术发展迅猛,各类水下公路隧道不断涌现,其长度和建设规模也不断增大。这些长大隧道在提高出行效率和经济效益的同时,也带来了一定的安全运营挑战,尤其是隧道火灾事故严重危害公众生命和财产安全,而针对矩形大断面隧道的排烟控烟技术,目前鲜有研究。因此,本学位论文以矩形大断面隧道火灾工况下排烟控制为研究对象,通过理论分析、数值模拟和缩尺寸模型试验,对交通阻滞工况（侧部集中排烟模式）和非交通阻滞工况（纵向通风和侧部集中排烟组合模式）下隧道火灾烟气控制进行了分析研究,为矩形大断面隧道火灾工况下排烟设计及安全运营管理提供了参考借鉴和数据支撑。主要研究内容如下:（1）根据依托工程实际结构形式和设计情况,建立了1:1 FDS数值模型和1:15缩尺寸试验模型。通过查阅相关规范以及前人研究成果等资料,设计试验工况,配备测量系统和机电系统,搭建了矩形大断面隧道试验平台。（2）针对侧部集中排烟模式下排烟口设置关键技术进行研究。通过数值模拟和模型试验,对比分析了不同排烟口设置参数（高度、面积、布置方式）下排烟系统排烟效率、隧道内烟气蔓延范围、蔓延速度以及温度分布情况。研究发现;排烟口均匀布置、适当增加排烟口高度有利于隧道排烟。（3）针对纵向通风和侧部集中排烟协同作用下隧道火灾临界风速变化规律进行研究。首先通过量纲分析对临界风速各相关影响因素进行化简分析,得到其无量纲公式;其次通过数值模拟,发现无量纲化后,火源热释放速率不大于0.14时,临界风速随火源热释放速率的1/3次方呈线性增大趋势,但当火源热释放速率大于0.14时,临界风速变化趋于稳定,并结合量纲分析和模拟计算结果,建立了纵向通风和侧部集中排烟协同作用下隧道火灾临界风速预测模型;最后通过与缩尺寸模型试验结果和前人所建临界风速预测模型进行对比,验证了本文预测模型的可靠性和适用性。（4）针对纵向通风和侧部集中排烟协同作用下隧道纵坡对临界风速的影响进行研究。通过FDS模拟计算不同隧道纵坡下（0%坡度、±1%坡度、±2%坡度和±3%坡度）的临界风速,分析隧道内烟气蔓延和温度分布规律,明确隧道纵坡对临界风速的影响,进而对前文已建立的临界风速预测模型进行坡度修正。