En un difícil sprint ascendente en Tarrega, el ciclista del Discovery Chanel superó a su compatriota Baden Cooke y al italiano Daniel Bennati para conseguir su primera victoria del 2007.
Davis, de 26 años, dijo que fue una "victoria inesperada, pero muy bienvenida".
"He estado lesionado desde que fui segundo en la Milán-San Remo (en marzo) con tendinitis, por lo que esto es muy bueno para la moral", destacó.
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Davis estuvo implicado en la "Operación Puerto" en España, pero en noviembre fue exculpado por la federación de su país.
"El último año ha sido muy difícil. Pero al menos ahora puedo dejarlo atrás y mirar al futuro", destacó.
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"Es horrible cuando de repente tu nombre aparece implicado en un asunto como ese y tú siempre has jugado limpio y según las reglas", agregó.
El español Imanol Erviti continúa como líder de la clasificación general, pero no se mostró optimista sobre sus oportunidades para permanecer en lo más alto.
"Las probabilidades de que yo esté como líder en la rueda de prensa de mañana por la tarde son muy pocas", dijo.
"Daré lo mejor de mí, ha sido divertido liderar, pero no creo que sea lo suficiente fuerte como para aguantar".
El local José Iván Gutiérrez y el ruso Vladimir Karpets, compañeros de Erviti en el Caisse Epargne, están segundo y tercero en la clasificación general, a un segundo del líder.