近年来,隧洞(道)等地下工程逐渐向大埋深、长进程方向发展,在隧洞工程的建设过程中经常遭遇到高地温、高地应力等不良地质灾害,严重影响工程的施工与运行。本文依托新疆某高地温引水隧洞,基于现场监测和数值模拟研究了高地温条件下隧洞衬砌结构的温度与应力特性,揭示了保温隔热层厚度、围岩初始温度以及洞内环境温度对衬砌结构温度及受力特性的影响规律。主要研究成果如下:(1)通过现场监测试验,得到了施工期隧洞衬砌结构在无保温隔热措施下衬砌温度分布变化特征与存在保温隔热层的复合衬砌温度分布变化特征,基于现场实测温度,对普通衬砌与EPS复合衬砌温度场进行了数值模拟,结合现场实测结果,总结了施工期在有保温隔热层与无保温隔热层下的衬砌温度分布特征,并对比分析了施作保温隔热层对隧洞衬砌温度场的影响。结果表明:衬砌结构在有保温隔热材料和无保温隔热材料下的温度场分布规律相同,温度场皆呈环形阶梯状分布,且衬砌沿围岩径向深度的增加,温度逐渐递增,直至恒温边界。施作保温隔热材料后,衬砌内外侧温差有明显降低,温度差值由10℃降为7℃,降低幅度近30%,有效阻隔了围岩深部热量的传递。(2)采用数值模拟方法,探究了不同厚度保温隔热层对衬砌温度分布的影响。结果表明:当保温隔热层厚度增加7cm,衬砌内外侧温差降低7℃左右,增加保温隔热层厚度能有效降低衬砌内外侧温差,减小由高温差引起的温度应力。通过模拟施工期高地温隧洞普通衬砌在纯温度荷载和耦合荷载两种不同工况下的应力场发现:温度荷载对衬砌结构受力影响明显,耦合温度荷载后,在衬砌结构靠近洞壁处产生了拉应力,最大值达到了9.7Mpa,最大拉应力出现在拱腰位置,最大竖向位移出现在拱顶处,两处受力较为不利,在分析衬砌稳定性时要重点关注拱腰与拱顶两个区域。(3)通过分析围岩初始温度与洞内环境温度对高地温隧洞衬砌内外侧温度及其温差的影响,发现:当围岩初始温度升高时,衬砌结构内外侧温度及其温差均呈现上升的趋势,围岩温度每提高10℃,衬砌内外侧温差提高4℃左右。衬砌外侧受围岩初始温度变化影响更为显著,围岩初始温度每提高10℃,衬砌结构外侧温度提高5℃左右。随着洞内环境温度的升高,衬砌内外侧温度及其温差也出现递增的趋势,但洞内环境温度的变化对于衬砌内侧温度影响更为显著,当洞内环境温度从5℃变化到30℃时,内侧温度变化了22℃左右。(4)通过分析围岩初始温度和洞内环境温度对隧洞衬砌受力的影响,发现:衬砌应力受围岩初始温度影响较大,围岩初始温度每提高10℃,拱腰处最大径向应力提高0.1MPa,最大环向应力提高2MPa,最大竖向位移增大1mm,而洞内环境温度对于高温隧洞衬砌受力影响较小。综合以上分析,建议在高地温隧洞衬砌施工时重点在极高温洞段衬砌外侧施作相对较厚的保温隔热层,已达到隔绝围岩深部热量,降低高温差所带来的衬砌结构温度应力,保证衬砌结构安全稳定的目的。