近年来我国交通事业得到长足发展,投资建设范围越来越大,随着建设重心向西部地区偏移,高海拔地区隧道工程数量日趋增多。高海拔地区四季温差和昼夜温差明显,隧道二衬结构受到地质条件影响和温度应力反复作用下,易引发结构冻胀、开裂、渗漏水等病害,严重影响二衬结构使用寿命。因此高海拔地区隧道亟需解决大温差效应下隧道二衬结构冻胀开裂等问题。依托高海拔地区圭嘎拉隧道,对其温度场进行实测与分析,数值模拟研究不同影响因素及其耦合作用下二衬结构开裂特征,并对二衬混凝土性能进行优化研究,得出如下结论:(1)通过研究隧道的传热理论,分析隧道内部存在的热交换方式,整理分析圭嘎拉隧道现场实测数据,得到了该隧道温度场变化规律,结果表明:高海拔地区隧道温度场受当地气候影响差异性明显,洞口段温度场变化复杂多样,洞内温度场变化较为平稳;(2)为了研究二衬结构开裂特征,对高海拔地区隧道二衬结构开裂机理进行了深入分析,并结合实测数据,利用有限元分析软件ABAQUS建立了隧道热-力耦合下的分析模型,计算分析了大温差、偏压荷载和二衬混凝土性能3种因素及耦合作用下隧道二衬结构开裂特征,结果表明:在大温差效应下,结构在受到其他因素影响时,更容易导致破坏现象的产生,且多因素耦合相对于单因素作用,不只会促进结构的破坏,而在某些工况下,对单因素的破坏也起到减弱的作用;(3)通过原材料优选、正交试验优化设计,制备了适用于高海拔地区的复合型防冻抗渗泵送剂,以混凝土和易性、力学强度、抗冻性及抗渗性为评价指标,与三种常用泵送剂进行对比,结果显示其性能优于市场常用泵送剂。(4)通过二衬混凝土配合比优化,结合本项目制备的防冻抗渗泵送剂,以二衬混凝土抗冻性、抗渗性、抗开裂等为指标进行检验,结果显示:优化后混凝土完全满足>F200的要求,极大提高了高海拔地区二衬混凝土抗冻性;混凝土坍落度满足规范要求,且粘聚力较好,无泌水现象产生,强度均保持在40MPa左右,渗水高度H1、H2分别为14mm和17mm,抗渗等级满足高海拔地区混凝土相关要求;观察二衬混凝土外观质量,优化后大幅减少了衬砌表面气泡面积和裂缝数量。