以国内罕见的大帽山原位2扩4隧道为工程背景，应用卸荷岩体力学原理及方法建立隧道原位扩建三维数值模型，将数值计算结果同现场实测地表下沉、拱顶沉降值进行比较，验证数值模型的可行性.在此基础上，分析卸荷效应下小净距隧道原位2扩4采用CD法施工的围岩变形及力学特性.分析结果表明：(1)由于受既有隧道和隧道不对称扩挖的影响，地表沉降槽曲线呈现非对称性，偏向扩挖一侧的地表沉降值略大.相较于加载理论，卸荷效应下的模拟值与工程实际更为吻合.(2)隧道原位扩建CD法施工导致既有隧道的拱顶、拱肩、拱腰、仰拱处产生不同程度的变形，接近原位扩建隧道一侧受开挖影响较大，隧道呈现出明显的偏压状态；(3)距掌子面前后0.5D范围内，围岩变形急剧增长，应力释放最为明显；距掌子面0.5D～1.0D时，围岩变形及应力增长缓慢连续；距掌子面1.0D后，围岩变形及应力趋于稳定，呈现出流变性；(4)在采用CD法施工及现有支护条件下，既有隧道衬砌的拆除及开挖面积的大小为影响围岩塑形区大小的主要因素.研究成果对日益增多的隧道原位扩建施工时围岩变形稳定性的进一步分析提供了参考.