冻结法以其加固土体强度高、封水性好、能适应各种复杂地层和环境工况等优势，正在普通工法难以实施的穿越隧道工程中得到了越来越多的应用。冻结过程中，冻胀对环境结构物稳定性的影响；冻土帷幕开挖过程中，冻土的蠕变特性与结构物及临时支护相互作用的力学性状，是冻结工程设计和施工亟待解决的复杂课题。本文以上海某穿越隧道工程为研究背景，应用室内试验、现场实测、理论分析、数值模拟相结合的方法系统分析了冻土冻胀和蠕变效应及其与结构物的相互作用。主要研究成果包括： (1)对上海地区典型软土的冻胀和蠕变特性进行了室内试验和分析研究，统计得出了冻胀率与影响因素之间的关系、冻胀方程和冻土的单轴蠕变方程； (2)基于指数积分函数，研究获得人工冻土瞬态温度场的解析解，为工程预测冻结帷幕的形成提供理论依据。在分析人工冻土瞬态温度场、水分场、冻胀位移场基础上，将随机介质理论应用于冻土冻胀变形分析中，运用叠加原理研究得出了冻土和地基梁相互作用的冻胀位移和接触压力的半理论解； (3)以实验获得的冻胀方程为基础，建立了冻土温度、水分和应力准耦合作用的冻胀数学模型，以穿越隧道工程冻结为研究对象，采用数值方法模拟了冻胀与筏板基础(地铁车站底板)相互作用的力学性状，提出并量化了缓冻冻结模式、减小冻土体积和改变结构刚度等减小冻胀效应的工程对策； (4)人工冻土帷幕具有显著的蠕变效应，以穿越隧道开挖与支护施工时冻土蠕变效应为研究对象，以实验获得的蠕变方程为依据，将冻土帷幕当作蠕变材料，隧道内土体及其它结构当作弹性介质，与冻土帷幕及结构外围相作用的土体当作土弹簧处理，运用有限元程序对隧道冻土帷幕开挖与支护结构、既有车站结构相互作用的时空效应进行了三维蠕变数值模拟分析，总结得出缩短冻结帷幕暴露时间和采用分步开挖方式有利于提高车站底板、冻土帷幕和支护结构的稳定性，并改善其受力状态； (5)通过上海某大型穿越隧道冻结工程应用，全面系统的总结了冻胀和蠕变效应的工程控制方法；通过温度场、位移场和应力场的大量现场实测，验证了理论分析和数值模拟的可行性，为冻结法在类似复杂工程中的应用提供了参考依据。