近年来，随着我国高度公路和高等级公路的迅速发展，我国公路隧道建设已进入大发展的新时期，相应地对公路隧道建设技术及相关理论提出了更高的挑战和要求。目前，在隧道支护结构的研究中，对隧道钢拱架的力学行为研究较少，所以对这方面的研究具有特别的意义。 (1)本文以湖北省五峰县沙子垭隧道为依托，主要对隧道内钢拱架复合支护结构的力学行为进行研究。首先对沙子垭隧道施工过程进行监控量测，得出了钢拱架支护结构的应力应变规律、拱顶下沉和水平收敛的位移变化规律，对指导施工和变更设计提供了科学依据。 (2)对隧道结构进行了三维有限元模拟，通过模拟隧道开挖，得出了隧道内钢拱架的应力、位移的空间效应规律；通过计算值与实测数据的比较分析，得出了其时间效应的规律并且提出了构造地应力的影响。建立不同有限元模型比较计算，得出了锚杆对钢拱架应力和位移的影响。 (3)通过在模型中增加围岩结构面进行计算，研究结构面对钢拱架应力和位移的影响以及考虑围岩结构面时隧道的空间效应规律，与不考虑结构面时的空间效应规律进行比较。 (4)对钢拱架的侧倾屈曲和平面内稳定性问题，通过解析计算和数值计算进行了相互印证，对沙子垭隧道钢拱架的稳定安全性提出结论。