随着我国铁路建设的迅猛发展，其中有一部分隧道在寒区修建，由于其特有的寒冷气候，隧道很容易产生冻害现象，影响隧道的使用功能。为防治隧道发生冻害，需要掌握隧道洞内气体环境温度场和围岩温度场的分布规律。本文以寒区隧道为背景，对隧道施工期和运营期的洞内气体环境温度场和围岩温度场进行研究，主要完成的研究工作包括：(1)利用Fluent软件建立隧道施工期洞内气体环境温度场。研究隧道施工期间风筒进口处不同送风速度、不同送风温度、不同壁面温度、不同风筒长度以及不同开挖长度下，隧道内气体速度场、隧道内截面平均气温以及风筒出口和掌子面附近隧道高度方向上的气体温度分布规律，提出保证施工环境的相关措施，同时对施工期间挂门帘后的洞内气体环境温度场进行模拟；(2)利用Fluent软件建立隧道运营期洞内气体环境温度场。研究隧道长度为500m、1000m、2000m、5000m和隧道进口风速为1m/s、4m/s、6m/s、10m/s工况下，洞内空气流体沿隧道进深方向的温度场和速度场的变化规律，其中的气体温度分布作为研究围岩温度场的边界条件；(3)利用Ansys软件建立500m长三维隧道模型分析衬砌和围岩温度场的分布规律。通过研究有无保温层、不同位置保温层、不同厚度保温层、不同种类保温层以及极端低温工况下的温度场分布，得出不同工况下衬砌和围岩温度场的分布规律以及保温层的保温效果，对寒区隧道的防冻保温设计有一定借鉴意义。本文研究成果对寒区隧道施工期如何保证施工环境、确保工程质量和隧道运营期应采取何种保温措施有指导作用，为今后类似工程的设计与施工提供理论依据与参考。