随着社会的不断进步,中国的城镇化率也越来越高。城市规模越来越大,人口不断的激增,这导致城市交通压力越来越严重。解决城市中日益严重的交通堵塞,持续发展地下轨道工程已是这个社会的大势所趋。地下隧道使城市具有空间性,地下轨道交通运载能力十分强,其日益增多变成了城市加速前进的重点。但在隧道开挖的进程中,经常会出现由于地层损失造成的上覆土体不均匀沉降的现象,这种现象严重危害了地下空间结构的安全性。所以我们经常采用组合支护结构对开挖土体进行支护。格栅拱架和喷射混凝土组合支护在较为复杂的地质环境下的隧道开挖施工中是一种很常见的支护形式。在支护作用时,格栅拱使得喷射混凝土的刚度与强度得到了增强,喷射混凝土也同样增强了拱架等支护的相对稳定性,两者的力学特性得到了互补和改善。另外在隧道开挖过程中,土体成拱可以承受一部分上部荷载带来的压力,带来的优势就是我们组合支护受到的荷载压力有所减小,优化设计且节省材料。在土拱效应分析中我们发现,不同砂土级配形成的土拱效应也有所不同,砂土成拱的条件和特性研究也是我们要解决的问题之一。本文利用弹性力学的薄壳理论为依据,建立隧道组合支护的简化力学模型,利用太沙基理论和普式理论划分深埋浅埋隧道界限,计算Ⅱ～Ⅴ级围岩条件下的竖向荷载及水平荷载,用矩阵位移法计算位移及内力。本文以砂土粒径不同作为筛选条件,将土体分为粗砂、中砂、细砂和粉砂。利用MIDAS-GTS岩土软件对上述四种土体建立隧道开挖组合支护模型,对开挖支护进程进行数值模拟分析。研究上述土体条件下上覆土的竖向位移和应力作用,来分析土体中土拱效应的形成过程和组合支护受力特性。当覆跨比为0.91、1.36、1.82、2.27和2.73情况下,通过研究应力大小及土体竖向沉降,分析土体中土拱效应的形成过程及有无拱效应条件对组合支护的影响分析。利用MIDAS-GTS岩土软件对Ⅱ～Ⅴ级四种围岩条件土体建立隧道开挖组合支护模型,对开挖支护进程进行数值模拟分析,研究隧道组合支护的竖向位移变形和刚度、强度及稳定性分析。选用Ⅳ级围岩条件进行数值模拟分析,运用控制变量法,研究锚杆直径为25mm～35mm条件下和拱架直径22mm～26mm组合支护的最大主应力。研究相同用钢量条件下,不同直径的锚杆和拱架组合支护的水平及竖向位移。选用Ⅳ级围岩条件进行数值模拟分析,建立锚杆、格栅拱组合支护的隧道开挖支护模型。研究不同组合支护下的地表拱顶隆起和沉降、最大最小主应力和剪应力在隧道开挖过程中的变化,研究围岩压力的重分布情况,得出土拱效应对于组合初期支护结构的影响。