洞形分析时围岩级别限定为Ⅳ、隧道埋深取为120m、净距取为0.8B、全断面开挖方法且无支护。对三种洞形计算所获得的应力和位移进行分析比较，研究围岩稳定性和断面形状之间的关系。三种隧道开挖后横断面尺寸见图3.7。洞周位移、围岩应力集中度和塑性区分布为评价围岩稳定性的最重要指标，故以下分析采用这三个指标进行。
（1）洞周位移
由于4.2节还将对小净距隧道施工力学行为做专门研究，本次计算对左右洞的开挖考虑在一个荷载步内完成。因此，在ANSYS数值计算过程中，分两个荷载步便完成了计算，分别为自重应力场计算及同时杀死左右隧道洞口范围内的生死单元后的计算，生死单元的杀死用来模拟洞口范围内岩石的开挖。由于计算是在结构和荷载均对称的条件下进行的，隧道洞周位移左右洞的分布规律是一致的，因此只给出左洞洞周各特征点位移，洞周位移起始点及顺序标示于图4.2所示。
图4.2 左洞洞周点分布示意
图4.3 洞周特征点位移
图4.3为直墙式、马蹄形和设计形三种断面形状隧道开挖后的洞周各点水平位移和竖向位移。三种断面形状隧道开挖后的洞周位移分布规律是基本一致的，即竖向位移中拱顶和拱底最大，且拱底位移大于拱顶位移，水平位移中两拱脚处最大。从洞周位移总体水平比较看，则无论是水平位移还是竖向位移，均为直墙式的最大、马蹄形次之、设计形最小。三种洞形中，最大水平位移差值在左右拱脚，分别为3.8mm和5.8mm，拱顶、拱底竖向位移最大差值分别为4.5mm和为2.9mm。在洞周各点位移中，拱脚和拱顶位移是围岩稳定性的最重要表征点和控制点，在相关规范监控量测条目中都是规定的必测项目，且作为围岩稳定性评判的基础数据。由以上分析知小净距隧道的开挖断面形状对洞周位移影响较大，一般情况下开挖断面边界弧段越通顺、洞周各点位移越小，越有利于围岩稳定。
（2）围岩应力分析
在本计算假设条件下，小净距隧道开挖后除洞周各点的应力是单向应力外，其他所有部位的围岩均处于双向应力状态。由于各点的应力状态不同，因此不宜将某个主应力值进行简单对比，作为分析小净距隧道围岩应力状态和评价其稳定性的依据。在此根据第三强度理论，将最大和最小主应力的差作为当量应力，对三种开挖断面下的围岩应力状态进行比较分析，三种开挖断面的围岩当量应力分布见图4.4。
从图4.4知，三种开挖断面当量应力最大值直墙式为3.98MPa，马蹄形为3.93MPa，设计形为3.91MPa，三者相差不大。从三种隧道断面围岩各区域的应力分布情况看，当量应力在3.5MPa以上的区域，直墙式所占面积最多且分布集中，而设计形所占面积最小且分别在中岩柱两侧及另外两侧拱脚处等4个区域，马蹄形的分布情况则居中。三种开挖断面的洞周围岩应力较小值（0.45～1.3MPa）分布情况为：直墙式所占面积最多，马蹄形的面积居中，而设计形的面积最少。以上三种情况下的当量应力分布说明，设计形隧道开挖断面应力分布最均匀，合理的开挖洞形有利于围岩应力分布和围岩稳定，马蹄形居中，直墙式隧道应力分布最差，最不利于围岩稳定。
（3）塑性区分布
塑性区分布是隧道围岩稳定性分析中的重要指标之一。对于小净距隧道，有文献以中岩柱塑性区是否连通作为隧道失稳的判断依据，也有以中岩柱塑性区面积超过中岩柱面积三分之二作为隧道失稳的判据，还有以屈服接近度作为隧道稳定性判据。事实上，小净距隧道的稳定性判据到现在还没有统一的定论，但塑性区的分布情况在一定程度上说明了围岩稳定性问题。图4.5为小净距隧道三种开挖断面开挖后的塑性区分布。
从图4.5中可以看出，直墙式开挖洞形的塑性区面积最大，马蹄形居中，设计形最小。从塑性区连通情况看，直墙式和马蹄形的塑性区均连通。因此，从围岩稳定性角度来说，直墙式是最不稳定的，而设计形则要好得多。根据三种断面的塑性区分布及前面的位移分析表明，隧道开挖断面形状对围岩位移、应力分布和稳定性影响较大，一般的原则为尽量避免出现角点或者是不同的开挖边界弧段尽可能连接顺畅，在没有支护的条件下，上述三种开挖断面的围岩均处于失稳状态。