为了改善寒区隧道的冻害问题，对寒区隧道的保温防冻进行研究尤为重要。该文基于改进层次分析与灰色关联分析理论，优选出适用于不同保温铺设方式且保温效果良好的保温材料；其次，利用数值模拟方法分别对采用不同保温材料及铺设方式时的隧道温度场进行计算与分析，得出保温材料与铺设方式相互组合时的温度场，根据“组合温度场”对比结果，得出最佳的保温方案。研究表明：采用“离壁式铺设+福利凯保温板”的形式为最佳保温方案，其优势在于离壁式铺设形成的空气隔热层与福利凯保温板层组成的双保温隔热层能有效抵挡负温的传递，进而降低对衬砌结构与围岩的影响，而且铺设时施工便捷、维护成本低。研究成果可应用于工程实际，减小冻害发生概率，为寒区隧道保温防冻设计提供参考。