我国正在加快推进交通体系建设,铁路建设更是迎来了新一轮的发展机遇,许多新建的铁路线逐渐向高海拔、高纬度的寒冷地区延伸,这其中包括大量的寒区隧道修建而成。寒区隧道工程因外界气候环境的特殊性所引起的工程问题已得到寒区工程问题专家重视,并作为一个重要的研究课题被提到日程。本文以准池铁路杀虎口隧道为工程依托,基于现场温度实测数据,对隧道洞内、外温度的变化规律进行了研究分析;利用数值模拟的方法,对二衬背后和围岩内部瞬态温度场在完整冻融循环周期的变化规律、隧道洞内0℃等温线的变化规律进行了拓展研究。运用积水冻胀模型,分别按岩体力学和结构力学方法对隧道衬砌背后空洞积水冻胀对其引起的受力和变形情况进行了数值模拟分析。主要的研究工作有:(1)寒区运营铁路隧道洞内、外实测温度场分布规律研究。根据布置原则,在隧道洞内、外不同里程位置布置温度传感器等一系列量测元件,对洞内、外环境温度及二衬背后、围岩内部温度量测项目进行长期监测,对现场实测数据整理分析,掌握量测项目在监测周期内温度的变化规律。(2)寒区运营铁路隧道围岩温度场拓展分析。因二衬背后、围岩内部温度实测数据不完整,采用FLAC3D有限差分软件,利用洞内环境温度的实测值作为边界条件,建立温度场模型,进行数值模拟计算分析;将数值计算结果与实测结果进行对比,验证计算模型的正确性。在计算模型正确的基础上,整理计算结果得出实测位置在完整的冻融循环周期内的瞬态温度场变化规律及隧道洞内0℃等温线的变化规律。(3)寒区运营铁路隧道冻胀特性研究。查阅相关文献并对现有冻胀模型作了相关评述后,运用积水冻胀模型理论,分别按照岩体力学和结构力学的方对杀虎口隧道因衬砌背后空洞积水冻胀对其引起的受力和变形进行了数值模拟。将计算结果与规范中的数值相对比,分别得出应力比、安全系数,并以此作为参考对衬砌结构进行了评价。本文的研究成果对寒区隧道冻害的防治提供了技术支持,具有一定的参考意义。