目前,国内外寒区隧道因围岩和衬砌内存在季节性冻融而产生诸如混凝土衬砌开裂、剥落、渗水、挂冰、隧道洞门墙融沉、滑塌、倾覆、隧道排水口冻结等一系列病害,不仅影响隧道美观且威胁隧道的正常安全运营。引起隧道内各种冻害的原因是隧道衬砌和围岩内存在负温区,故只有正确了解隧道衬砌和围岩内温度场,才能真正对寒区隧道进行有效的保温防寒设计,将寒区隧道的病害减少到较低水平,减少或免除隧道后期维修费用。本文依托修建在纬度高、气温低的国道304线阿拉坦隧道工程,对此类寒区隧道开展温度场的研究。主要完成的研究工作包括:(1)对隧道区洞外大气温度和隧道内环境温度的测试与分析,总结了隧道内环境温度变化的特点,隧道内环境温度与隧道外大气温度变化的关系,为实现对隧道围岩内温度场模拟和实测提供理论和实际数据;(2)对隧道围岩内温度场进行测试,获得围岩温度分布与变化规律,总结出其分布变化与隧道内环境温度、围岩地质条件的关系;(3)将隧道内环境实测温度作为载荷施加到隧道二衬表面,采用二维和三维非稳态带相变的热传导有限元模型计算方法,对隧道一般埋深横断面和隧道纵向分别采用无保温层和有保温隔热层的进行数值分析,从而确定了隧道内保温隔热层厚度和沿隧道纵向铺设保温隔热层的长度。论文研究成果对该隧道的防冻保温设计有直接指导作用,也为今后类似工程有借鉴意义。