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以湖南西部桌红砂岩浅埋隧道为例，建立了三维有限差分数值模型并模拟了隧道不同开挖步过程中掌子面附近围岩应力和地表沉降的变形规律，最后利用数值计算结果与实测数据进行了对比分析。结果表明：隧道开挖对掌子面前方影响范围约为2D，在掌子面后方1D范围内围岩应力发生明显变化，随掌子面向前推进逐步趋于稳定；地表沉降量主要发生在上台阶开挖时，当仰拱施作完成形成稳定的闭合环结构后，沉降变形很快趋于稳定。主应力最大值位于拱腰，其次是拱脚，而塑性区主要出现在拱肩和拱脚。实测数据与计算结果基本吻合。