本文以甘肃省引洮供水一期工程TBM解困工程为背景，采用数值模拟、物理试验、现场实测相结合的方法，对形成的竖直、水平双向冻结温度场发展变化规律进行研究。首先，根据物理模拟试验的结果，合理调整土体热物理参数，进行双向冻结温度场发展变化规律的数值模拟研究。并且，对实际工况下的冻结温度场发展变化情况、控制截面的交圈情况进行了预测，确定了双向冻结模型的薄弱位置；研究了水平竖直冻结管间距、提前冻结时间两个因素对薄弱交界面冻结壁厚度的影响规律；发现了冻结温度场趋于稳定后平均温度与冻结管外壁温度的比值k、冻结壁厚度E的特性。其次，根据初步数值模拟结果，合理设计物理模拟试验系统。通过物理模拟试验，研究了温度场发展变化规律。得到的结论与数值模拟实验结果一致。另外，通过现场实测对冻结温度场进行研究，得到了温度变化曲线，分析了实际工况下温度场发展变化规律。最后，对数值模拟与物理模拟实验、数值模拟与现场实测的测温孔温度、特征面温度分布分别进行了对比，分析了由于数值模拟模型假定参数选取上存在的偏差，并对物理模拟试验提出了改进优化的思路。通过3种研究手段所得结果的相互验证，得到了水平与竖直双向冻结温度场发展变化规律，预测了工程中冻结壁交圈的时间。所得结论具有科学性、准确性，对类似工程具有指导意义。