如何保证隧道运营时的结构安全性及耐寒性,已成为制约我国季冻区交通生命线发展的瓶颈。本文以吉图珲铁路榆树川既有隧道为研究对象,在充分借鉴和吸取前人研究成果基础上,以理论分析、现场监测和数值模拟为手段,提出了波纹钢板-聚氨酯保温套衬防冻胀措施,研究了波纹钢板-聚氨酯保温套衬的力学性能和保温效果,总结了波纹钢板-聚氨酯保温套衬的快速施工工法,推导波纹钢板-聚氨酯保温套衬温度场公式并通过现场监测数据验证,明确了隧道温度场变化规律,为进一步提高季冻区隧道冻害整治效果提供了参考,具体研究成果如下:(1)针对季冻区既有隧道存在的冻害问题,通过数值模拟分析了隧道拱顶、右拱肩发生冻害(衬砌垮落)时,平板结构和波纹钢板结构的应力、应变变化。分析结果表明:波纹钢板结构的应力、应变控制效果明显优于平板结构。同时采用有限元软件对比分析了无措施、施设平板保温套衬和波纹钢板-聚氨酯保温套衬三种工况隧道温度场变化规律,结果表明:施设波纹钢板-聚氨酯保温套衬后,套衬外沿及初支温度场变化与其结构形式相似,呈波浪型;随着沿隧道径向的深入,套衬对围岩内部温度影响逐渐减小,围岩整体温度较无措施有显著提升。(2)依据现场勘查结果,明确了增设波纹钢板-聚氨酯保温套衬具有保温效果好、防止混凝土剥落掉块、拆除更换方便等优点;并根据工程经验总结出波纹钢板-聚氨酯保温套衬快速施工工法,解决了材料笨重、运输和安装困难等问题,使工效得到了极大的提升,社会经济效益明显。(3)推导波纹钢板-聚氨酯保温套衬隧道温度场理论公式,并通过现场数据进行验证,验证结果表明:各测点理论值与实测值温度差在0.3°C～1.1°C之间,理论值与实测值较为接近。公式可对波纹钢板-聚氨酯保温套衬保温效果进行快速预估,并为该套衬设计提供参考。(4)通过安装在隧道波纹钢板-聚氨酯保温套衬不同段落及围岩深度的测温仪及无线采集装置,建立了季冻区既有隧道波纹钢板-聚氨酯保温套衬保温效果监测系统。明确了隧道各监测断面温度随时间变化的规律,以该地区最冷月份为研究重点,得出以下结论:最冷月份各时刻,隧道二衬内部监测点温度沿隧道纵向呈波浪式上升,各监测点温度沿径向逐渐升高;波纹钢板-聚氨酯保温套衬试验段断面各监测点温度相对未施设段温度有明显上升,衬砌、围岩温度均达到正温。通过数值模拟进一步探究隧道温度场变化规律,并与实测值进行对比分析,综合考虑得出该套衬具有良好的保温效果。