伴随着我国经济稳速发展的是交通网路的完善化,铁路和公路等基础道路设施在我国的西北和东北等地正在大兴。但由于这些地区的山多、海拔高、气温低等原因,道路设施的建设有着许多的问题。隧道工程作为其中重要的一环,其重要性不言而喻。本文以敦煌至格尔木铁路中的当金山隧道为依托,对包含主洞、平行导坑和防寒泄水洞的高海拔寒区隧道的渗流场、温度场和应力场从理论和数值模拟上进行单场和耦合研究,主要研究了:各洞室在单应力场下的水平和竖向位移及最大和最小主应力在主洞施加衬砌前后的特点和变化;各洞室在单渗流场下的孔隙水压力达到稳定时的特点和变化;各洞室在单温度场下的围岩的最大冻结深度的特点和变化;各洞室在温度—应力耦合下的主洞施加衬砌前后的水平和竖向位移及最大和最小主应力特点和变化;各洞室在渗流—应力耦合下的主洞施加衬砌前后的水平和竖向位移及最大和最小主应力的特点和变化;各洞室在渗流—温度耦合下的围岩最大冻结深度的特点及变化;各洞室在渗流、温度和应力三场耦合下的水平和竖向位移及最大和最小主应力及最大冻结深度的特点和变化。得到的结论如下:(1)主洞的拱脚、平导的拱腰和防寒泄水洞的左右边墙受压严重;施做衬砌后隧道围岩承受的拉力减小,承受的压力增大;(2)隧道开挖后会引起围岩应力的重分布,各洞室的拱顶会下沉,底部会隆起,其中拱顶的下沉量会随着开挖时间的延长先增大后趋于稳定,底部的隆起量会随着开挖时间的延长先减小后趋于稳定,同时拱顶的沉降位移会随着月平均气温的降低而增大,但是底部的隆起位移随着月平均气温的降低变化不大;(3)在温度场作用下各洞室的最大冻结深度出现在拱顶,且随着月平均气温的降低而增大,渗流、温度和应力三场耦合下月平均气温为-10℃、-15℃、-20℃及极端的-25℃、-30℃、-35℃的隧道主洞的最大冻结深度分别为1.20 m、1.50 m、1.74 m、1.90 m、2.02 m、2.13 m;(4)隧道主洞最大孔压出现在其右拱脚,隧道平导的最大孔压出现在其左拱腰,防寒泄水洞左右边墙的孔压相差不大,最大值出现在边墙和底部的交界处;(5)温度场相较于渗流场其对各洞室竖向位移场的影响较小。如:主洞未施做衬砌时月平均气温为-10℃、-15℃、-20℃、-25℃、-30℃、-35℃主洞的最大沉降量分别为8.33mm、8.41 mm、8.48 mm、8.55 mm、8.63 mm、8.70 mm,而在渗流场作用下达到稳定时主洞的最大沉降量为12.41 mm。应力场对温度场的影响也较小,在温度—渗流两场耦合下的各洞室的最大冻结深度与渗流、温度和应力三场耦合下的最大冻结深度几乎没有变化。(6)渗流、温度和应力三场耦合下各洞室的受拉情况随着各洞室的月平均气温的降低而变得严重,但各洞室的受压情况随着平均气温的降低而减轻;月平均气温为-10℃、-15℃、-20℃、-25℃、-30℃、-35℃且施加衬砌后主洞的最大沉降量分别为4.51 mm、4.59 mm、4.68 mm、4.77 mm、4.85 mm、4.95 mm,最大隆起量变化不大为4.16 mm。(7)在数值模拟的基础上预测隧道运营期最冷月隧道主洞、平导和防寒泄水洞的衬砌的出现负温的时间分别出现在隧道运营后的第34年、第50年、第64年。