基于VOSviewer的隧道工程领域研究进展知识图谱分析

叶万军， 周子豪， 吴云涛, *， 陈 明， 陈孙恩， 赵建国

(1. 西安科技大学建筑与土木工程学院， 陕西 西安 710054； 2. 中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西 西安 710024； 3. 中铁隧道集团二处有限公司， 河北 三河 065201；4. 西安捷达测控有限公司， 陕西 西安 710000)

0 引言

隧道线路平缓顺直，能够大大降低目的地之间的距离，在选线时一直受到线路设计人员的青睐。随着《国家高速公路网规划》以及《中长期铁路网规划》的相继出炉，隧道工程进入蓬勃发展阶段。以往大多数专家学者针对隧道施工技术[1-3]、围岩工程特性[4-5]、围岩压力及变形规律[6-7]、支护结构[8-9]以及施工参数[10-11]等展开了一系列研究。这些研究均针对某一特定依托工程，而针对“隧道工程”这一方向，仍缺乏以文献统计为纽带展开的相关研究。

采用文献计量学方法对文献的外部特征进行定量分析，能够避免受到主观因素的影响，准确评价该领域研究现状、各机构研究水平、评估学科发展态势、捕捉科研热点等[12]。近些年，国内专家已经运用文献统计的方法针对物流需求[13-14]、公共卫生[15-17]、城市发展及治理[18-19]、农业发展[20-22]等进行了大量研究。

本文将从文献计量学角度出发，以“隧道工程”为研究对象，从文献计量学分析、研究热点、研究趋势等方面开展研究，明确隧道工程发展历程，了解研究热点，归纳主要研究内容，预测未来主流发展方向，以期为隧道工程的相关研究提供参考。

1 方法与数据收集

1.1 研究及使用方法

统计知识载体从而进行定量分析作为文献计量学的基础，该方法能够揭示和研究发文规律，方便文献管理。近些年，随着计算机技术的发展，基于大数据进行文献统计，从而形成可视化网络，CiteSpace、UCINET、VOSviewer和Global maps of science等软件工具均能实现以上功能。

本文所采用的VOSviewer是荷兰莱顿大学科技研究中心开发的一款基于Java的开源软件，主要面向文献数据，适应于无向网络的分析，侧重科学知识的可视化。该软件简单易于操作、支持多格式使用，可提供多类视图解读。

操作流程如下： 1)将圈定后的文献导出为txt格式文件； 2)对txt文件中的符号字符进行调整； 3)导入文献管理器，并转换为ris格式文件； 4)导入VOSviewer软件，限定关键词贡献数量； 5)生成网络可视化图、标签视图及密度可视化图。

1.2 数据收集

本文数据来源于中国期刊CNKI全文数据库，以主题检索的方式进行检索，以“隧道工程”作为检索词，共计检索结果80 088项，包含期刊、学位论文、专利、图书、会议、年鉴及标准等。为了提高检索精度，更好地发掘数据进行可视化分析，将检索范围进行一定限制，具体如下： 1)圈定检索类型为中文学术期刊； 2)圈定为近20年文献(2001—2020年)； 3)圈定文献来源均为核心期刊及EI来源期刊。根据以上限定进行检索，剔除创刊纪念稿、征稿信息、新闻报道等共计125项，剩余5 259项作为全文研究的数据基础。

2 文献计量学分析

2.1 不同时间发文数量分析

根据文献计量学理论，文献数量反映了该领域研究水平。本文统计了近20年“隧道工程”领域的相关文献(见图1)，从图中可以看出，虽然曲线过程有一定的波动，但是整体表现为随时间增长发文数量逐渐增加的趋势，充分说明近些年人们对隧道工程领域的关注度逐渐增加，国内专家学者在该领域的研究不断丰富。结合发文数量，将关于“隧道工程”的研究分为缓慢增长阶段、增长阶段和快速增长阶段，分别以发文量200篇和300篇为界限，具体如图1所示。

图1 2001—2020年隧道工程研究文献分布

1)2001—2007年。从图1可以看出，在2007年以前，年发文量不超过200篇，发文量相对较少，增长率较小，间接反映该阶段隧道工程领域发展相对较慢。虽然我国在2004年就通过了《国家高速公路网规划》，但是截至2007年仅完成“五纵七横”主干道的建设，且大部分均在东部城市，隧道使用率相对较低。

2)2008—2012年。随着高速网的不断扩展，相对偏向西部地区，而西部地区山地较多，为隧道建设提供了广阔的平台；同时，随着2007年《综合交通网中长期发展规划》的提出，我国铁路网不断壮大，使得隧道工程里程不断刷新；另外，在此阶段，国内地铁建设进入发展阶段。三者共同作用造成“隧道工程”领域发文量进入增长阶段，但年均发文量不超过300篇。

3)2013—2020年。步入2012年后，年发文量超过300篇，且自此开始进入快速增长阶段，这缘于我国近些年提出“一带一路”的发展战略，多项基础设施向西部地区倾向，无论公路、铁路、地铁均呈现爆发式发展。以2020年建成的银西铁路为例，全线依次穿越咸阳塬、长武塬、早胜塬、董志塬，其中全线隧道集中，超过10 km隧道6座，分别为新永寿梁隧道、彬县隧道、永乐隧道、早三隧道、庆阳隧道、贾塬隧道，这将或多或少刷新隧道工程里程，也将成为文献增加的主要原因之一；同样，以城市地铁建设为例，截至2012年我国内地拥有地铁城市17个，截至2020年内地拥有地铁城市45个，这也是推动该领域发展的主要原因。

2.2 关键词热度及聚类分析

对关键词进行分析，由于文献基数较大，限定出现频次不少于20次的共有85个关键词，分别绘制了关键词聚类视图、标签视图和密度视图，如图2所示。同种类型关键词字号越大、颜色越偏向红色，代表出现的频次越高，图中主要分为红色、黄色、绿色、蓝色、紫色5个聚类。

图2 2001—2020年文献关键词图谱

同时，统计了该领域高频关键词，按照关联强度进行排序依次为隧道工程、数值模拟、模型试验、施工技术、盾构、监测等，其中，关联强度最大的关键词为隧道工程，而出现频次最大的依然为隧道工程，具体见表1。

表1 隧道工程领域Top 10高频关键词

由于篇幅原因，文章并未一一列举关键词情况，以表格形式列举了部分高频关键词，并对其进行了分类，大致分为隧道施工技术、特殊岩土和不良地质、稳定性分析、隧道类型、风险控制及动力分析，具体见表2。

表2 隧道工程领域研究主题及关键词聚类

3 研究热点及阶段性前沿分析

3.1 国内研究进展分析

通过应用VOSviewer软件对国内“隧道工程”相关文献进行计量分析，初步得到了该领域研究者以及研究主题情况，对该领域有了初步认识。结合图2及表1内容，归纳总结了该领域研究热点，并预测了今后的研究方向。

3.1.1 隧道施工技术

国内针对隧道施工技术类研究主要集中在钻爆法、盾构法、沉管法、TBM法、顶管法及明挖法的优化改良、信息化配置、机械设备提升以及施工组织设计等，这些施工措施很大程度地解决了施工难点，提高了施工效率，保证了高效安全施工。

3.1.1.1 钻爆法

钻爆法作为目前隧道工程的主流施工方法，经历了数年的发展，取得了长足进步。针对炸药类型的选择、炮孔布置方式及爆破参数设计进行了大量研究；但堵塞材料及堵塞长度对爆破冲击波和爆炸产生气体的作用机制尚未明确，不同作用下的炮孔堵塞长度、方便有效的新型填塞材料等问题还需进一步研究[23-26]。为减少周边围岩扰动而制定针对性的周边爆破施工技术不断引起专家学者的重视，通过采用预留光爆层全断面一次开挖及分段预留减振孔等爆破施工新技术，达到了较好的开挖效果[27]。

同时，智能装备配套钻爆法也在隧道施工中得到了应用。例如： 智能化凿岩台车、装配式衬砌结构、多功能台车、履带式凿岩车等已经在工程建设中取得了良好的效果。

3.1.1.2 盾构法

盾构法以其地层适应性强、掘进速度快、沉降变形控制效果良好等优点受到工程项目的青睐，成为城市轨道交通建设的首选工法。近些年，针对盾构施工的刀盘选型、刀盘受力特征、围岩沉降量测、盾构姿态控制、掘进参数选择以及注浆方式、注浆材料等方面均进行了大量研究[28-33]。

可以发现，预测沉降变形规律、选择合适掘进参数、选择适当注浆材料是保障施工质量的关键，尤其近些年提出了克泥效技术进行加固，对控制沉降具有显著效果。

3.1.1.3 沉管法

沉管法是预制管段沉放法的简称，是指在水底建筑隧道的一种施工方法。随着港珠澳工程的建成，沉管法引起了广泛关注。目前，对于沉管隧道的研究主要集中在地基处理、沉管接头力学行为、接头防渗水处理以及沉管安装技术[34-36]等方面。

3.1.1.4 TBM法

硬岩掘进技术(TBM)具有施工速度快、围岩扰动小、机械化程度高等优点，随着TBM由进口转向国产化，使得其在山岭隧道、水工隧洞中得到广泛应用。目前，针对刀盘性能、切削力学模型等进行了大量研究[37-39]。同时，TBM选型、TBM卡机、配套设备等也引起了大量关注，取得了一定研究成果[40-42]。

3.1.1.5 顶管法

顶管法作为一种非开挖或少开挖技术，由于能够显著降低对土层的扰动，被广泛应用于管线及通道铺设。由于城市建筑物密度较大，顶管法施工多需穿越地铁、高架、区间、车站以及城市既有道路等工程，在施工准备阶段往往需要考虑用途、场地条件等影响因素，针对管节形状、尺寸、长度、配筋情况及固定支架作用力等进行设计和充分论证[43-44]。另外，顶管施工引起地表沉降的计算方法、变形规律和控制措施也是需要关注的重点。

3.1.1.6 明挖法

明挖法作为地下工程施作最常用的方法，指先开挖构筑物，后续回填恢复原有场地的施工方法。不同明挖法项目具有不同特点，针对具体工程的方案比选、设计以及施工方法均需要结合工程实际，进行针对性分析；明挖法往往与其他工法结合施作，接头部位往往受力复杂、工序较多，选择合理的工法及安排合理的施工组织设计有助于保证工程项目安全推进；另外，由于明挖过程时常涉及深大基坑工程，基坑设计、稳定性分析、风险分析及围护结构变形规律同样是关注的重点。

3.1.2 特殊岩土和不良地质

特殊岩土和不良地质作为制约隧道工程建设的主要因素，直接决定设计选线及施工工法，本文选择几种高频关键词，对其研究热点进行一一归纳。

3.1.2.1 破碎地层

近些年，随着基础设施的建设，千枚岩、变质砂岩、碳质板岩等软弱破碎围岩成为隧道工程建设的难点。例如： 兰渝铁路木寨岭隧道、兰新铁路乌鞘岭隧道、成兰铁路云屯堡隧道等均由于工程地质问题延误施工工期，带来了一定的安全风险。

此类围岩多处于断裂带附近，由地壳挤压作用形成，围岩结构面发育，多填充碎屑或黏土矿物，不具有一定的承载力，极易在开挖扰动条件下出现变形失稳现象。因此，通常需要在隧道掘进过程中进行超前加固，采用大管棚辅助注浆的方式能够有效控制围岩变形，而注浆参数、大管棚布置均成为研究的重点[45-46]；同时，断面形式“化大为小”，逐级支护，快速开挖，设置预留，极有利于控制围岩变形；另外，选择合理支护形式、调整支护结构间距、研发高强支护系统均成为克服破碎地层的主要方向。

3.1.2.2 黄土地层

黄土主要分布于我国西部，形成于第四纪，孔隙较大、结构疏散、节理裂隙发育，受水分影响较大。福银高速、郑西高铁、宝兰高铁、西安地铁等项目的开展，极大程度提高了黄土隧道修建技术[47-49]。

由于黄土抗拉性极小，因此对于浅埋隧道应关注地表沉降或开裂，黄土地区地铁开挖往往造成地层损失从而直接产生地表变形，且根据开挖工法在沉降方面表现出一定的差异性。另外，由于黄土自身的结构性，造成其遇水结构破坏从而劣化，因此黄土隧道设计、施工时应着重关注含水率的影响。以西安地铁3号线通化门—胡家庙右线隧道为例，采用矿山法进行施工，饱和软黄土地层相比较普通黄土地层下的地表沉降值增加了28.1 mm[50]。同样，对于深埋隧道而言，黄土-古土壤夹层中的含水层下方普遍存在1层大小不一的软塑黄土层，该层黄土似泥糊状，极易坍塌，银西铁路上阖村隧道便是典型案例[51]。值得关注的是，无论深埋、浅埋隧道，超前地表降水对于降低含水率、保证围岩稳定性能够起到显著效果[52-53]。

根据黄土自身工程特性，在隧道设计开挖时应着重考虑防水、止水和降水。对于浅埋隧道，地表裂隙、自然塌坑、冲沟、进出洞口等敏感部位需要着重关注，而深埋隧道则应考虑是否存在潜水层。

研发更为有效的防排水措施，尽可能降低防排水体系阻塞、结晶显得尤为迫切。

3.1.2.3 膨胀地层

遇水膨胀、失水收缩是人们对于膨胀土最直接的定义，近些年膨胀土已成为隧道工程的主要病害之一。水作为膨胀力释放的元凶，降雨入渗、干湿交替均会对围岩含水产生一定影响[54-56]。应当指出，膨胀力释放过程往往具有一定的时间效应，并非隧道开挖完成或支护结构形成后膨胀力就能完全释放；因此，采取延缓二次衬砌浇筑时间、设置预留变形、提高支护参数等方式能够一定程度上消耗膨胀力[57-58]。同时，根据膨胀特性试验结果可知，重塑围岩膨胀性明显大于原状试样，快速、少扰动开挖也是减缓膨胀力的主要方式之一[59]。另外，膨胀力作为形变压力的一种形式，在现场试验过程中难以测量，这也是难以定量分析膨胀力的一个原因，容易造成支护结构设计的不适。

3.1.2.4 含瓦斯地层

瓦斯爆炸是隧道施工中最严重的灾害之一,危害性极大，瓦斯隧道应着重关注施工过程的防护问题。隧道勘察应查清赋存规律，施工过程中应做好防护及通风措施，多管齐下保证施工安全[60-62]。

3.1.3 隧道稳定性分析

对隧道围岩进行稳定性分析时，通常以现场监测得到的变形、压力作为依据，以支护-围岩相互作用情况作为落脚点，综合考虑地下水的影响进行隧道稳定性分析。

3.1.3.1 围岩变形规律

围岩变形作为反映隧道稳定性的重要手段，由于方便测量，成为工程领域关注的重点。虽然各个工程隧道结构具有差异性，各行业对变形标准也具有不同要求，但是总体来说，现如今变形测试技术仍以全站仪为主，近些年三维扫描技术、光纤测试技术、信息化监测技术的出现，也极大程度地丰富了传统测试手段[63-65]；同时，针对围岩变形的研究，更多的是考虑临近建筑物、构筑物对既有线、基坑、桥桩等的影响。

3.1.3.2 围岩压力情况

围岩压力是指岩体受扰动产生应力重分配过程中，围岩变形受到支护结构的阻挡而在支护与围岩的接触面上所产生的压力，是进行隧道结构设计的基础。目前关于隧道围岩压力的研究方法，通常有实测分析、理论计算、模型试验和反分析预测等。不足之处是多数围岩压力计算中以经验为主，造成主观性较大，适应性较差。

3.1.3.3 支护结构稳定性分析

隧道支护结构能有效约束和控制围岩的变形，能够保持围岩的稳定性，保证施工安全。不同隧道结构形式呈现出不同施工力学行为，在选择支护结构形式时通常考虑工程岩体类别、工程特性、隧道埋深、原岩应力大小、变形规律、地下水赋存状态以及作业时间等；同时，针对锚喷支护、锚杆支护、喷射混凝土支护等具体支护形式中的具体支护结构，如锚杆、锚索、钢拱架等结构机制进行分析、评价[66-68]。

3.1.3.4 地下水问题分析

地下水是隧道设计、修建过程中最棘手的问题之一。不同地区地下水往往呈现不同水化学特征，地下水在碱性环境、高含盐状态与碳酸盐矿物发生反应，生成物易导致盲管结晶致使防排水体系失效。因此，近些年对于新型防排水体系的探索一直未停下脚步[69-71]；同时，长期渗流作用、干湿循环侵蚀围岩使得其强度软化，从而加剧衬砌结构劣化风险，增大衬砌渗漏概率[72]；最后，在岩溶地区，隧道设计过程中往往综合考虑岩溶水系统特征，进行水害预测及用水量计算，综合研究隧道选线方案[73-74]。

3.1.4 隧道类型

3.1.4.1 铁路隧道

铁路作为国家经济的命脉，近些年取得了长足发展，隧道里程逐年刷新。高速铁路项目的不断推进，成为推动铁路隧道发展的主要助推力。我国高速铁路隧道断面面积较大，基本在100 m2左右。隧道数量不断刷新记录，以2020年为例，运营高铁隧道189座，其中超长隧道15座；在建隧道1 811座，其中特长隧道50座；规划隧道3 525座，其中特长隧道134座[75]。由于我国领土广阔，工程地质情况复杂，在修建隧道时表现出一定的地域性，例如： 东北地区应注意隧道防冻问题，西北地区应总结黄土地层隧道修建技术，西南地区应防止涌水病害[76-79]；随着运营里程的不断增加，还应时刻关注隧道运营期维护问题。

3.1.4.2 公路隧道

公路隧道的限制坡度和限制最小曲线半径要求远不如铁路严格，过去在山区修建公路时为了降低造价，多采用绕行的方式，但随着高速公路的建设，隧道成为重要选择之一。

同铁路隧道相比，除了近些年隧道朝向长距离发展外，隧道改扩建造成跨度增加也是公路隧道发展的方向之一。金州隧道曾为中国第1座单洞4车道公路隧道,最大开挖宽度达22.482 m；福建的金鸡山隧道单洞净跨18.198 m,连拱隧道总跨度达41.498 m[80-82]。虽然近些年公路隧道得到了长足发展，但在运营阶段发生了一些安全事故，值得反思、研究。例如： 隧道发生火灾使得隧道衬砌破坏、超长隧道引起驾驶人员视觉疲劳、进洞时驾驶员产生黑洞效应、长大隧道通风，这些问题引起了专家学者的更多关注[83-86]。

3.1.4.3 水底隧道

水底隧道既不影响航道通航，也能避免极端天气，是穿越大江大河的主要选择之一。自1970年，我国第一条水底隧道——穿越黄浦江隧道修建以来，经过长达50余年的发展，陆续建成下穿长江、黄河、珠江，横跨伶仃洋等项目，对于水压作用、潮汐作用、地震作用等外荷载作用下衬砌力学行为进行了大量研究，尤其是沉管接头处力学行为分析、基地加固处理、抗浮计算[87-89]，并提出了防灾关键技术、人员疏散模型，为后期研究打下了基础。

3.1.4.4 地铁隧道

截至2020年底，中国内地累计有45个城市开通了城轨交通。随着城市化进程的进一步加速，中国的城市轨道交通建设有望迎来黄金发展期。

城市地铁受场地建设影响，对沉降变形要求更加严格，施工风险较大。如今，城市地铁建设过程中往往下穿高层建筑基础、既有线、高铁、河流、文物古迹等一系列敏感建筑，对此提出了一系列针对性较强的开挖方法及支护措施；同时，地铁建设过程接收始发井多为深大基坑，对于支挡结构也进行了一定研究，受场地影响和从成本考虑，装配式支护将成为今后发展的方向之一[90-92]；另外，针对富水软土地层进出洞口、联络通道冻结法施工也进行了大量研究，并取得了一些研究成果。

3.1.4.5 水工隧洞

水工隧洞作为水利工程的重要组成部分，近些年随着引汉济渭、滇中引水项目、新疆北部引水工程等水利工程的兴建，取得了长足发展。今后，随着更多引水工程的建设，水工隧洞将进入空前发展阶段。

3.1.5 风险控制

风险控制指风险管理者采取各种措施和方法，消灭或减少风险事件发生的各种可能性。近些年，随着施工项目重要程度的不断增加，风险源逐渐增加，各个管理机构对于风险管理要求逐渐提升，风险控制成为隧道工程领域的热门研究内容。尤其当城市轨道交通项目处于城市中心，风险源较多、安全防护等级高、管理更加严格，风险控制显得更加重要。以昆明地铁5号线弥勒寺—五一路区间为例，归纳为自身风险、周围环境风险及地质风险合计14处，其中最为突出的为周围环境风险，具体为下穿运营线路、城市主干道、省委建筑群、军区建筑群、国防大厦等敏感建筑。由于风险源的多样性、复杂性使得风险控制显得非常必要。

现阶段对于风险控制的研究主要集中在风险识别、风险评估以及风险控制技术，此类研究通常以施工组织过程、隧道中的变形、应力情况为影响因素，采用层次分析等数学模型进行全面分析，最终落实到具体措施环节。

3.1.6 动力分析

隧道工程动力分析是以动态荷载的角度分析隧道工程领域的问题，通常涉及爆破荷载、地震荷载、车辆荷载以及高速列车穿越隧道产生的空气动力效应4个方面。

3.1.6.1 爆破荷载

隧道爆破开挖时，爆破荷载作为爆破参数设计的主要依据，受装药量、钻孔布置方式等影响，受到了大量研究者的关注[93-94]。在此基础上，研究人员逐渐提出了空孔爆破的思想。如何在减少装药量、增大炮孔间距的条件下获得好的爆破开挖效果是研究人员关注的重点，但关于空孔爆破的爆炸作用机制还需进一步完善。随着对安全方面的考量，各机构对爆破试验器材的管控更加严格，使得隧道爆破试验逐渐由实验室转向现场，由爆炸力学转变为振动响应，如何更贴切地完成现场爆破试验方案设计，有效地获取、分析及处理振动数据，尤其是爆破振动对周边围岩、建筑物的影响，将成为爆破试验设计下一步思考的重点。

3.1.6.2 地震荷载

关于“地震荷载作用下隧道动力响应”的发文量随时间变化直线上升，说明专家学者越来越关注地震荷载与隧道结构的相互作用。近些年，随着城市化进程的不断推进，越来越多的隧道处于地震带上，国内外研究人员利用现场监测、数值计算和理论分析的研究方法，针对研究对象的速度、加速度、位移等动力参数进行研究，分析敏感部位动力参数分布规律以及剪切波随场地变化规律[95-97]。

3.1.6.3 车辆荷载

随着西安地铁下穿徐兰高铁、杭州地铁下穿余杭线、广州地铁下穿武广线等工程项目开展，下穿运营线路成为工程领域急需解决的难题。考虑既有线对在建隧道稳定性分析时，需要模拟车辆荷载对在建隧道的影响情况。同时，近些年随着高速铁路不断提速，高铁荷载作用下动力响应成为研究热点。车辆荷载与爆破荷载、地震荷载具有本质的区别，车辆荷载需要考虑车辆荷载形式。对于地铁、火车、高铁还应着重考虑轮轨之间的相互作用，这也是主要研究方向[98-100]；另外，对于荷载传播规律也进行了大量研究。

3.1.6.4 列车引起隧道空气动力效应

近些年我国高速列车发展迅猛，高速列车在隧道中运行时所诱发的空气动力效应(瞬变压力、附加阻力、列车风、微气压波)也引起各方关注。高速行驶的地铁、高铁、磁悬浮列车进入隧道时也会产生气动效应，而洞门、竖井、联络通道等附属结构也会对空气动力效应产生一定影响，这些均会对行车安全及舒适度造成影响[101-103]。研究人员往往通过改变列车几何外形、设置隧道缓冲结构等措施减缓空气动力效应带来的影响，虽取得了较为丰硕的成果，但相关试验仍以大量数值计算与模型试验为主，结果与实际状况存在很大差距[104]。随着试验条件的逐渐改善，更多的现场试验将极大丰富该领域的研究成果。

3.2 国内研究方向预测

根据知识图谱中标签视图的结果，寻找近些年新出现的高频关键词，并结合近些年关注较多的研究方向，对国内研究方向进行了预测。

3.2.1 高精度勘探

地质勘探作为隧道选线、设计的重要依据，直接关乎后期设计、施工方案的制定。目前，在进行隧道勘察过程中，常规的地球物理勘探手段和岩体试验技术等均存在较大局限性,在精度上带来较大的差异[105]。以钻探为例，通常相邻钻孔间距一定距离，很容易错失敏感地层，从而带来地质隐患，为施工运营埋下隐患。因此，今后隧道勘察方面的研究还有很长的路要走。

3.2.2 机械化施工

经历多年发展，我国隧道工程机械化程度显著提高，研发了适应性较强、智能化程度较高的成套工装设备。以城市盾构为例，目前盾构已经基本实现常压换刀、智能管片拼装、自动化量测等技术，很大程度上解放了人力资源。然而，山岭隧道的施工仍然以人工为主，安装钢拱架、焊接网片、铺设防水板大多由人工完成，研发配套工装设备显得格外迫切。

3.2.3 隧道防排水体系

隧道防排水技术作为隧道长期运营的保障，对隧道稳定性具有重要意义。经过多年的发展，虽然针对我国隧道防排水体系进行了大量研究，但在运营过程中时常暴露许多问题，如排水管失效、盲管结晶、施工变形缝渗水[106-108]，这些多缘于人们对于隧道围岩含水率迁移情况尚未掌握、对地下水性质不知晓、对防水材料缺乏认识，这些都是以后需要研究和关注的重点。

3.2.4 衬砌结构开裂

隧道衬砌开裂是目前隧道工程遇到的主要病害，容易造成衬砌承载力降低，发生渗漏水等灾害，这种情况在大断面、超大断面隧道表现得尤为明显。以高铁隧道为例，施作二次衬砌后经常出现不同程度的环向裂纹，在两环交接处表现得尤为明显，究竟是温度影响、大体积混凝土水化热、使用外加剂、材料混合比或者模板问题造成此类现象，还不得而知，今后还需进一步探究。

3.2.5 不良地质灾害预测

由于勘察技术的局限性，以及不良地质灾害的隐蔽性，使得不良地质灾害表现出一定的突发性和危害性。由于传统勘察手段受场地及精度限制，往往很难准确预测灾害情况，需辅助地质调查和现场试验等手段以提升其准确性。因此，不断拓展预测手段、研发高精度仪器、提高灾害预测结果将极大程度降低隧道灾害风险。

3.2.6 智能化建造技术

隧道智能化建造是工程建造领域的发展方向，是新形势下工程建设发展的必然趋势，近些年随着5G、物联网、BIM、云计算、大数据、人工智能等先进技术的应用,未来将更好地推动隧道智能化发展。

4 结论与展望

收集近20年隧道工程领域研究论文，利用知识图谱分析软件VOSviewer针对文献作者、关键词等信息进行统计，分析研究热点并预测研究方向，得到如下结论：

1)国家政策作为影响隧道发展的源动力，随着《国家高速公路网规划》《综合交通网中长期发展规划》以及各个地方政府城市轨道交通规划的相继出炉，极大程度地推动了隧道工程的发展。近20年，隧道工程领域发文数量持续增长，以时间为界限，大致分为缓慢增长阶段、增长阶段和快速增长阶段。

2)根据可视化聚类网络分析，可将目前研究热点问题分为6个聚类，分别为： ①施工技术； ②特殊岩土和不良地质； ③稳定性分析； ④隧道类型； ⑤风险控制； ⑥动力分析。

3)随着高速铁路、高速公路、引水工程等项目的不断推进，会遇到更为复杂的工程地质环境及更加苛刻的自然环境，施工技术、工程管理方法、工装工艺等方面均面临较大挑战。今后，面对复杂条件下的隧道修建技术，还应提出针对性对策。快速掘进技术、防灾减灾技术、高效支护技术、新型防排水技术等将是今后隧道工程发展绕不开的话题；另外，随着隧道运营里程的不断增加，运营期病害识别、病害处置、病害预防等技术也需要不断提高。运营期病害往往由于地域表现出一定的差异性，如高寒地区的隧道冻害或者高地应力地区的岩爆问题，这些都需要针对具体工程具体分析。