在上下台阶法的施工过程中，拱脚及上下台阶交接处的拱腰部位都是应力集中较大的部位，在施工过程中要特别注意对这些部位进行处理。
②围岩位移场分析
台阶法开挖施工过程所引起隧道围岩位移场变化如图5和图6所示。
a)开挖上台阶横向位移图 b)开挖下台阶横向位移图
图5 台阶法开挖围岩横向位移图（m）
a)开挖上台阶竖向位移值 b)开挖下台阶竖向位移值
图6 台阶法开挖围岩竖向位移图（m）
从上图可以看出：采用上下台阶法开挖隧道，当隧道上台阶开挖支护完成后，上台阶拱脚处水平位移较大，最大水平方向位移发生在开挖面拱脚下方，拱脚处的水平位移指向洞内；下台阶开挖支护完成后，拱脚处横向位移最大；当隧道上台阶开挖支护完成后，围岩竖向位移显对称分布，地表处的竖向位移有明显的下沉趋势，说明该段受到隧道的开挖而对地表处的竖向位移影响较明显，下台阶开挖支护完成后，拱顶和两侧拱肩下沉量略有反弹，说明下台阶的开挖对拱顶下沉的影响很小，是因为上台阶开挖后，围岩应力重分布使拱部应力释放，变形已基本稳定。
③支护结构内力分析
隧道开挖、支护完成，支护结构的内力如图7所示。
a)上台阶开挖弯矩图 b)下台阶开挖弯矩图
a)上台阶开挖轴力图 b)下台阶开挖轴力图
a)上台阶开挖剪力图 b)下台阶开挖剪力图
图7台阶法开挖后支护结构内力图 （单位：弯矩/kN·m，轴力/N，剪力/N）
从上图可以看出：隧道采用台阶法开挖完成上台阶后，喷射混凝土层弯矩是对称的，在拱顶部分是内侧受拉，从拱顶向两边渐渐减小，到拱肩部位时弯矩有个突变，由内侧受拉变为外侧受拉，上断面开挖支护后弯矩最大值出现在拱脚上方；喷射混凝土层轴力在上断面拱脚处最小，在拱腰处最大；喷射混凝土层在上断面拱脚处产生最大剪力值。台阶法开挖支护完成后，隧道顶部的喷射混凝土层弯矩明显减小，上断面拱脚处围岩受到的原先由下断面岩体施加的约束转由支护结构承担，支护性能改善，弯矩大大减小，最大弯矩值且转移到下断面拱脚下方；喷射混凝土层轴力在拱底处最小，在边墙中间处达最大；喷射混凝土层在左右拱
脚及仰拱外侧产生较大剪力。
分析主要控制点的内力值，在开挖面的拱脚出现了最大弯矩，最大弯矩值为109 kN·m；初期支护的边墙处所受的轴力最大，最大轴力为4497kN；最大剪应力出现在拱脚和拱腰下部较小的范围内，其值为176 kN。施工中应采取合理的加固措施增强边墙与仰拱交接部位的抗剪强度，以防止其发生剪切破坏。从上下台阶开挖的过程来看，锚杆轴力呈增大趋势，即下台阶开挖后锚杆的轴力大于上台阶开挖时锚杆的轴力。对一个断面开挖完后的锚杆轴力分布来看，拱腰以下的锚杆受力很小，所以锚杆主要以拱部锚杆受力为主，拱脚部位锚杆作用较小。锚杆施工中及时起到了控制围岩压力和塑性应变的作用。
（2）全断面法 ①围岩应力场分析
全断面法开挖最终导致的围岩第一主应力和第三主应力变化过程如图8所示。
a)全断面开挖第一主应力值 b)全断面开挖第三主应力值
图8 全断面开挖后应力分布图（Pa）
从上图看出：隧道采用全断面法开挖最大和最小主应力成对称分布，在左右拱脚部位由于隧道曲线曲率较大产生应力集中，主应力最大，从拱脚到边墙到拱肩再到拱顶，主应力依次减小。隧道顶部和底部附近在开挖完成后的应力最小。
分析主要控制点的应力值，围岩的第一主应力最小值为-181kPa，出现在拱底附近；最大值为-1243kPa，出现在左右拱脚部位；对于第三主应力分布位置和第一主应力有类似的规律，最小值为-408kPa，出现在拱底附近；最大值为-2660kPa，出现在左右拱脚部位。
②围岩位移场分析
全断面法开挖最终导致围岩位移场变化如图9所示。
a)全断面开挖后围岩横向位移图 b)全断面开挖后围岩竖向位移图
图9 全断面开挖后围岩位移图(m)
从上图可以看出：由于受围岩应力重分布的影响，周围的围岩总的移动趋势是拱顶下沉、两侧边墙张开、仰拱向上鼓起。围岩横向位移最大位移值为2.036mm，主要集中在左右拱脚附近；围岩竖向位移成对称分布，竖向位移的最大值为68.367mm，主要集中在地表处，且竖向位移有明显的下沉趋势，说明该段受到隧道的开挖对地表处的竖向位移影响较明显。在隧道开挖过程中，拱顶处的围岩主要在自重作用下向洞内收敛，而拱腰处围岩不仅受重力作用还受到侧向压力的作用，拱底处主要受侧向压力作用，有水平移动趋势受约束后产生向上的位移。
分析主要控制点的横向位移，拱顶和拱底处的横向位移为0，左右拱脚附近的横向位移受隧道全断面开挖的影响最大；分析主要控制点的竖向位移，拱顶处竖向位移最大，最大值为56.588mm，拱底竖向位移最小为35.423mm。
③支护结构内力分析
隧道开挖、支护完成，支护结构的内力如图10所示。
a)全断面开挖后弯矩图 b)全断面开挖后轴力图
c)全断面开挖后剪力图
