本发明公开一种预应力冻土复合支护结构及施工方法，适用于地下工程施工中使用。在设置开挖范围周围软弱含水地层内设置冻结壁，冻结壁包裹在开挖范围的顶板与两帮，其中冻结壁的内侧为冻土内边界、外侧为冻土外边界，冻土外边界和冻土内边界位置分别设有冻结管，冻结管控制了冻结壁的发展范围并限制了冻结过程中冻结壁产生的冻胀作用，使形成的冻结壁压密而提高强度，而冻结壁的冻胀作用也使冻土外边界和冻土内边界位置的冻结管产生预应力变形，从而冻结管和压密的冻结壁共同构成预应力冻土复合支护结构，所述预应力冻土复合支护结构为冻结壁内部空间土体的开挖施工过程提供支护作用，维护外部土体的稳定性，抑制冻结施工对环境的影响。