近几年来,我国的经济建设发展迅猛,现代化、高质量的国家综合立体交通网正在有序建成。铁路和公路的总体规模也在迅速增长,涉及的隧道建设逐渐步入深埋长大阶段,在深埋长大隧道的建造和运营过程中,常会受到高地温和高地应力的影响,相关的“两高”问题已受到国内外研究学者的广泛关注。为了应对“两高”问题,就要求掌握隧道支护结构与围岩的温度和热应力分布的基本规律,从而为实际的深埋长大隧道工程的设计与施工提供参考。本文依据隧道支护结构与围岩的二维稳态热传导方程,考虑洞内空气与隧道内壁面的对流换热边界条件,推导出高地温隧道支护结构与围岩两层温度分布解析解;在此基础上,联立应力几何方程、热弹性应力应变本构方程及平衡微分方程,推导了高地温隧道两层支护结构与围岩热应力分布的解析解;分析了高地温、高地应力下的隧道支护结构与围岩温度和热应力的影响因素,总结了影响支护结构与围岩稳定性的重要因素。以正在施工的大理-瑞丽铁路高黎贡山越岭段铁路隧道工程为工程实例,选取洞内空气与隧道内壁面的第三类换热边界条件,应用解析解计算两层支护结构与围岩的温度和热应力分布,得出以下主要结论:1.推导出隧道支护结构与围岩的温度和热应力分布的解析解。该解析解计算结果与文献的数据进行对比,结果显示温度场和热应力场误差在5%以内,且变化趋势一致;2.隧道支护结构与围岩的轴向温度分布结果显示:在轴向深部,支护结构与围岩的轴向温度基本保持不变,验证了在一般计算中将其作为假设的合理性;自隧道入口端,轴向温度由接近于外界大气温度值向内逐渐升高,并趋于某一稳定数值,该段隧道长度与隧道半径之比为约为9.0左右。3.隧道支护结构与围岩的径向温度分布结果显示:支护结构内温度梯度随其导热系数减小而增大,围岩内温度梯度明显小于支护结构内的温度梯度;在隧道支护结构与围岩交界面处有较为明显的温度升高过程,由于材料的热物性存在差异,在支护结构两侧温度转折,随着支护结构导热系数增大,支护结构两侧的温度差值减小;4.隧道支护结构与围岩热应力场的计算结果显示:解析解正确刻画了隧道支护结构与围岩径向热应力的变化规律,“随着围岩半径逐渐增加,在支护结构及其附近的围岩径向应力变化显著,在围岩深部,径向应力的变化逐渐变缓,并趋近岩层的原始地应力”。隧道支护结构与围岩热应力在交界面处出现转折,在隧道支护结构与围岩交界面的围岩侧附近出现了拉应力。隧道支护结构与围岩的径向热应力在3倍隧道半径左右达到极大值,随后下降,并逐渐接近于原始围岩应力。这里的应力极大值比忽略温度荷载时增加了14.1%。