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寒区隧道由于衬砌背后低温和水的作用大多存在严重的冻害问题且难以根治，在寒区隧道防冻设计方面国内尚未确立直接的理论依据或者出台具体规范，大多采取工程类比的方法或全程敷设保温层，既延长了工期，也造成经济上的浪费。鉴于国内对考虑热流固耦合效应的温度场和保温设防长度方面的研究较少，本文结合实际工程，采用稳态传热分析数值模拟的方式，对寒区隧道洞口段纵向及径向温度场的分布规律，保温层敷设后对温度场变化进行分析，并找出衬砌背后发生冻结时的临界温度，提出基于洞内空气-围岩温度场的寒区隧道防冻保温设防长度计算确定方法，以期对寒区隧道病害提前预防和有效治理，可为正在进行的川藏铁路隧道建设提供借鉴。