为了探索寒冷地区隧道穿越后温度场的演变规律，以图珲铁路草木沟隧道为研究对象，根据现场温度实测数据，利用ANSYS有限元软件建立了等比例隧道温度场模型。基于热传导理论，分析了影响温度场演变的主要因素，控制变量法计算了不同冻结期、有无列车风和不同外界温度下隧道纵向和径向温度场的分布规律。结果表明，隧道实测断面温度为正弦曲线，距离衬砌表面越远，温度越低。在整个隧道的冻结期，温度仅为0以上280米，因此有必要对整个隧道采取保冷措施。隧道洞口段的冻结深度与冻结时间和外界温度密切相关。冻结时间越长，冻结深度越深，在极端温度下，洞口冻结深度可达8.2米。与自然风的影响相比，不同列车风速对冻结深度影响不大，但列车运行时隧道径向冻结深度平均增加0.19米，因此，列车风的影响不容忽视。研究结果可为草木沟隧道冻害治理提供理论数据支持。