为探究寒区隧道冻害机理，以吉图珲高铁沿线10座隧道为依托，结合现场长期实测数据和数值模拟实验，提出寒区隧道洞内温度场分布规律及计算方法。研究结果表明：隧道洞内空气温度场可采用二次抛物线来拟合和计算，其主要控制参数包括隧道长度、隧道洞口基准温度、隧道洞口温度增长梯度和隧道洞内平均风速；隧道衬砌结构具有较好的短波滤波特性，能够很好地过滤掉衬砌表面日温度的波动变化；隧道衬砌背后温度与衬砌表面5日平均温度曲线基本一致，可据此确定隧道钢筋混凝土衬砌设置长度；无保温层情况下，隧道二衬壁面温度与初支-二衬接触面温度平均差值为2.2℃,当隧道内二衬壁面温度低于-2.2℃时，需设置保温层；有保温层情况下，隧道二衬壁面温度与初支-二衬接触面温度平均差值为10℃,当隧道内二衬壁面温度低于-10℃时，保温层的保温效果会将难于满足隧道防寒的要求，此时需与其他保温措施相结合。