伴随我国经济的快速发展，大量寒区隧道工程在东西部寒冷地区正在大规模的兴建，与一般地区相比较寒区隧道将面临更多复杂的技术难题，尤其是冻害问题。国内多座公路隧道和铁路隧道均遭受到不同程度的冻害，直接威胁到隧道结构的稳定性与行车的安全性，并且造成了严重的经济损失。鉴于寒区隧道遭受冻害的严峻形势，对隧道围岩温度场及保温隔热技术的研究变得尤为重要。本文结合哈尔滨天恒山公路隧道及现场监测数据，对隧道内气温及围岩温度场进行系统的分析。首先提出考虑相变的平面瞬态温度场计算模型，利用ANSYS有限元软件对隧道及围岩温度场进行模拟，分析隧道运营以后不同时间段，隧道及围岩的温度场变化规律。其次对比分析三种不同工况相同厚度的保温层设置，表明将保温层分层设置在初期支护表面和二次衬砌表面，能更有效的防治冻害现象的发生。通过对PU，XPS，EPS三种材料的保温效果进行综合分析，选择了更有效更经济的保温材料。论文最后根据有限元和传热学基本理论，对隧道结构设置保温层和不设保温层两种工况下进行热与应力场的耦合分析，发现温度场对隧道结构的应力场有较大的影响，因此在寒区进行隧道结构设计时，要考虑热应力的影响。