Lời giải giải tích trong phân tích ổn định hầm vẫn còn nhiều hạn chế về giả thiết hình học của hầm, tương tác của khối đất đá, và quá trình thi công hầm. Sử dụng mô hình số cho phép xét đến yếu tố tính phi tuyến hình học của hầm, phi tuyến cơ học của đất đá xung quanh hầm; các dạng kết cấu chống đỡ hầm và tương tác của chúng với môi trường đất đá xung quanh qua từng giai đoạn khác nhau trong quá trình đào hầm; và các điều kiện biên, điều kiện ban đầu phức tạp của môi trường đất đá . Mô hình số sử dụng công cụ máy tính để giải các phương trình vi phân phức tạp (hay còn gọi là phương pháp số) được chia thành hai nhóm chính: phương pháp phần tử biên và phương pháp chia lưới [13, 43].
+ Phương pháp phần tử biên (BEM) có biên hầm được chia thành các phần tử, còn môi trường đất đá được thể hiện bằng toán học dưới dạng liên tục vô hạn;
+ Phương pháp chia lưới có môi trường đất đá được chia thành các phần tử đơn giản về mặt hình học mà mỗi phần tử này được giả định các tính chất. Việc tập hợp các đặc tính và tương tác của chúng được đơn giản hóa bằng các mô hình phần tử phức tạp hơn thể hiện đầy đủ tính chất của đất đá. Phương pháp chia lưới gồm các phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEM), sai phân hữu hạn (FDM) và phần tử rời rạc (DEM). FEM và FDM đều phân tích môi trường đất đá là môi trường liên tục; còn DEM coi mỗi phần tử đất đá riêng lẻ là phần tử duy nhất. DEM có kể đến ảnh hưởng của các gián đoạn có trong khối đá khi phân tích ổn định cho công trình ngầm. Tuy nhiên, phương pháp này thường sử dụng trong phân tích công trình ngầm có kích thước lớn. Với các công trình ngầm nhỏ như hầm thì ít ý nghĩa hơn.