人们对寒区隧道抗冻防冻的重要性已经达成共识,国内外学者对防寒保温的方法及关键技术进行了大量的研究,然而,目前为止还没有展开通风对抗防冻设计的影响的研究,尤其是非稳态传热方面的研究。本文通过理论推导及数值分析,对高寒地区铁路隧道横断面非稳态传热机理进行研究,包括了围岩调热圈随时间的变化情况。在此研究的基础上进行对流-导热耦合作用下的高寒隧道纵向非稳态传热机理研究,主要分析隧道围岩的温度分布规律。在理论研究和推导的基础之上,使用VC++语言编制有限差分程序,计算在各种通风工况下的隧道围岩温度分布。并与FLUENT软件模拟进行对比,验证其可行性。本文以成兰线王登铁路隧道工程为依托,通过大规模的数值模拟,比较了不同的自然风和活塞风情况、不同的运营年份隧道围岩温度的纵向分布情况。通过对模拟成果的统计分析及归纳整理,提出寒区隧道抗冻设防合理范围。本文得出的结论和成果如下：(1)通过二维有限差分程序对调热圈的研究表明,调热圈范围随着时间增长而逐渐增大,其增大的趋势逐渐变缓并最终趋向一个稳定值,三维模拟计算选取70m左右的围岩范围计算是远远超过调热圈的范围的。(2)保温层因其较低的导热率及较高的比热容,铺设于初衬与二衬之间,起到很好的“阻碍”热量传递的作用,减缓了保温层后的围岩降温幅度和速率,从而减缓了调热圈的增长速率。(3)用FLUENT软件模拟马蹄形隧道对C++编制的三维有限差分程序计算圆形隧道进行对比验证。结果表明,两者得出的温度变化趋势相同,计算误差很小。(4)分别用三维有限差分程序计算极低恒定风温和以当地全年平均气温为依据的周期性风温条件下隧道围岩温度的纵向分布。结果表明,自然风对隧道内围岩温度起着重要的作用,风速越大,岩温下降越快。隧道内原始岩温及风流速度的大小和风流的方向对隧道围岩的温度分布有着十分重要的影响。活塞风对抗防冻的影响要依照具体运营工况而定。(5)根据三维有限差分计算得出的周期性风流温度和最冷月平均风温条件下的围岩温度分布情况,讨论了抗冻防冻的范围。