在深厚表土层冻结法凿井工程中，多圈管冻结壁在形成过程积聚了较大的冻胀力，对冻结管的安全有重要影响。由于冻结壁为非均质结构，由冻胀作用导致的深部土体增载并非均匀分布。在井筒掘进过程，冻结壁不同区域所经历的卸荷作用存在较大差异。在非均匀的增载、减载过程中，开挖面下冻土体的应力场如何变化；卸荷过程初始地压、冻结条件、开挖荒径对冻胀应力场有何影响，目前尚未开展相关研究。深入认识上述问题对于揭示冻结管断裂机理有重要意义。本文采用数值计算和模型试验手段，研究了双圈管冻结壁卸荷前应力变形场演变规律以及卸荷后开挖面下方冻胀应力变形场的分布规律。第二章以双圈管黏土冻结壁为研究对象，建立了有限元模型，对开挖面下冻结壁冻结过程中应力和位移场的发展规律，以及卸荷后应力位移场分布规律开展了数值计算研究。研究了地压、外圈管半径、开挖半径对卸荷前后应力、位移场的影响规律。第三章开展了黏土冻结壁卸荷应力场模型试验研究，首先对试验模型进行高压固结，在有载条件下冻结，然后在轴向上进行卸荷，研究卸荷过程开挖面下方土体应力场和位移场的演变规律。本文主要结论如下：数值计算结果显示，内、外圈管首先分别交圈，随后内外圈管之间冻结壁逐渐交圈。冻结初期，土体冷缩效应为主导作用，后期冻胀作用占据主导地位。各区域土体各向冻胀应力均为负值表示压力。各向应力值均先减小，后增大，直至稳定。双圈管黏土冻结壁卸荷后，内、外圈管位置出现拉应力；竖向应力分布呈现出明显的区域性。不同卸荷阶段，井心至外圈管外侧区域冻土径向应力、切向应力变化较大；在卸荷区域竖向应力为卸荷后压力，非卸荷区域竖向应力为初始地压。卸荷后开挖面下各部位应力随初始地压增加而增大，井帮、内圈管、外圈管区域受地压影响大，内外圈管之间、外圈管外侧区域土体受地压影响小。外圈管圈半径对卸荷应力场的分布规律的影响主要在于，应力极值点位置随着外圈管位置改变而改变。开挖半径，仅对卸荷段应力场产生显著影响，对非卸荷段应力场影响较小。对于模型试验，内外圈冻结壁首先各自交圈，其次是内外圈之间冻结壁交圈。冻结初期，冷缩占主导作用，随后冻胀作用显著增加，占主导作用，后期稳定时的应力基本大于初始固结压力。轴心卸荷阶段，分级卸荷应力随时间急剧减小，卸荷完成后会出现应力恢复，即各向应力随时间增长而增加。卸荷直径150mm试验方案分级卸荷各向应力值基本小于卸荷直径100mm试验方案分级卸荷各向应力值。轴心卸荷范围大，轴心卸荷段产生上升位移土体体积大，周围土体下沉位移大，约束减弱程度大，导致土中应力值均降低。