高寒公路隧道温度场研究综述
寒区隧道温度场综述

寒区隧道温度场综述摘要:近年来,随着隧道工程施工技术发展的越来越成熟,公路与铁路的建设在路线选择上更加多元化,由原来的避山绕路到现在的凿山取直,隧道工程发挥着重要的作用。
但是部分地区冬天寒冷的气温对隧道衬砌结构的稳定性造成极大的威胁,同时为行车安全留下隐患。
因此对季冻区隧道围岩温度场分布情况的掌握,就是我们需要亟待解决重要问题之一。
关键词:寒区隧道;温度场;冻害研究;综述引言:随着对气温寒冷地区隧道的研究逐渐深入,地下工程研究人员逐渐发现隧道工程中产生失稳现象以及冻害现象的原因是因为在工程实际中水分、温度和应力这三种状态相互耦合,相互影响。
但由于我国在季冻区隧道温度场研究领域起步较晚,对这一问题的认识不足,在实际工程中不能切实有效的施以更好的措施防止冻害现象的发生;再者,伴随着一带一路政策的实施,国内寒区隧道建设日益增多,加快对其的研究工作有助于更好地提高寒区工程建设的效率以及安全度。
对于季冻区隧道温度场的研究工作近几年主要围绕温度场的分布规律、热物性等对温度场影响研究及借助软件进行数值模拟的研究上。
对寒区隧道温度场的研究有助于认识隧道冻害机理,更有针对性的采取相应的防治冻害措施,确定防排水设施类型,为此国、内外隧道工作者进行了大量研究工作。
1、国外研究美国一实验研究所[1]从上世纪60年代开始进行一段较长时间的监测专门观察一座多年冻土隧道,通过此次观测在寒区隧道温度场分布规律方面的研究取得了一系列科研成果,也对进一步开展冻土研究有着重要价值。
1973年,国外学者Bonacina[2]和Cominit[3]分别用数值求解的方法解决温度场问题,是地下工程领域首次对寒区隧道温度场多场耦合数值模拟及非线性分析进行研究[4][5]。
2、国内研究近些年,在我国西部与东北部等寒冷地区修建公路、铁路隧道越来越多,我国许多隧道工作者对各个不同的隧道进行了围岩温度的现场监测,通过长期观测隧道围岩温度场,其变化规律已经被掌握。
高海拔寒区隧道冻胀机理及其保温技术研究

高海拔寒区隧道冻胀机理及其保温技术研究一、概述随着我国基础设施建设的不断推进,隧道工程在高原寒区的发展日益增多。
高海拔寒区隧道工程面临着诸多挑战,其中冻胀问题是影响隧道结构安全和长期稳定性的关键因素之一。
冻胀现象不仅会导致隧道衬砌开裂、剥落,甚至引发更为严重的结构性破坏,而且会显著增加隧道的维护成本和运营风险。
本文旨在深入探讨高海拔寒区隧道冻胀机理,并在此基础上,研究有效的隧道保温技术。
通过文献综述,分析当前关于隧道冻胀机理的研究现状,明确现有研究的不足和未来研究的方向。
结合实地观测和室内试验,系统研究高海拔寒区隧道冻胀的物理和力学特性,揭示冻胀发生、发展的一般规律。
进一步,利用数值模拟方法,模拟不同工况下隧道的冻胀过程,分析冻胀对隧道结构的影响程度。
在深入理解冻胀机理的基础上,本文将重点研究隧道保温技术。
通过对比分析不同保温材料的性能,选择适用于高海拔寒区隧道工程的保温材料。
接着,设计合理的保温结构,并通过试验验证其保温效果。
结合经济性和实用性,提出一套适用于高海拔寒区隧道工程的保温技术方案。
本文的研究成果将为高海拔寒区隧道工程的设计、施工和维护提供科学依据,对于提高隧道工程在恶劣环境下的安全性和耐久性具有重要意义。
同时,本研究也将为相关领域的科研工作者和工程技术人员提供参考和借鉴。
1. 研究背景及意义随着全球气候变化和我国基础设施建设的快速发展,高海拔寒区隧道工程日益增多。
这些隧道工程在建设与运营过程中面临着诸多挑战,其中冻胀问题尤为突出。
冻胀是指在低温条件下,土体中的水分冻结成冰,体积膨胀,从而对隧道结构产生应力,导致隧道衬砌开裂、变形甚至破坏的现象。
高海拔寒区隧道的冻胀问题不仅影响隧道结构的稳定性,还可能导致运营中断、维修成本增加,甚至引发安全事故。
高海拔寒区隧道冻胀机理的研究对于揭示冻胀现象的本质、预测冻胀发展趋势、优化隧道设计及施工方案具有重要意义。
针对冻胀问题开展保温技术研究,可以有效控制冻胀现象,提高隧道结构的耐久性和安全性。
高寒公路隧道温度场分布规律

高寒公路隧道温度场分布规律【关键词】寒区隧道;温度场;防寒泄水洞0 引言季节性冻土区和一般地区隧道道温度场的变化规律国内目前已经开展了大量的研究[1-4]。
陈建勋对秦青公路上的梯子岭隧道进行了温度场的现场测试和分析,得出了隧道洞内外温度随径深,时间的变化规律,以及最大冻结深度的分布规律。
何川在线鹧鸪山隧道进行了温度场进行了测试和分析,得出了隧道洞内外温度的年变化规律。
吴紫汪对青海大坂山公路隧道进口段进行了温度场的现场测试和研究,得出了隧道洞内和隧道衬砌的温度变化规律。
但是以上文献关于青藏和高原永久冻土区的隧道温度场特性提及不多。
1 温度场测试内容1.1 测试时间和频率结合隧址所在地区气象资料,隧址区历年年平均气温≧-4.2℃的时间段为4月2日至11月2日,日最低气温普遍出现在6-8时,日最高气温普遍出现在13时。
按以上气象数据制定监测频率:4至11月每月监测4次,12月至次年三月每月监测8次,每天监测时间:1:00、8:00、13:00、20:00,如果偶遇特殊天气,可以适当加测。
1.2 监测断面布设1.3 测点埋设1.3.1 二衬钢筋施工完成后,将温度计绑扎在二衬钢筋上,等待二衬混凝土浇筑完成,完成测点的埋设;二衬表面的温度将测温元件用粘胶布粘贴在脱模的混凝土表面。
1.3.2 2、4、11、13号断面用来检测仰拱不同深度的混凝土温度,必须抓住仰拱施做钢筋的时段,将测温元件绑扎于仰拱钢筋的不同部位,混凝土浇筑完成,完成测点埋设。
1.3.3 围岩中测温元器件的埋设,必须先用电钻打孔,孔深1500mm、孔径45mm,清孔后浇筑满水泥砂浆,最后整理好测线。
2 温度场分布规律2.2 隧道内围岩及衬砌结构温度的环向分布规律从上面的曲线图中可以发现:①沿隧道环向,从衬砌表面到围岩,由浅到深,深处的温度变化总是滞后于同一桩号处浅处的温度,最终与衬砌表面温度达到统一;②围岩及衬砌结构温度在径深约3m处变化幅度较大,说明环境温度对围岩及衬砌结构在环向方向上的影响具有一定的范围,该范围之内的围岩及衬砌结构的温度将随着环境温度的变化而变化,在该范围之外的围岩温度趋于稳定;③进口目前已开挖区段范围之内二衬甚至围岩在环向方向上都呈现负温度,而且随着环境温度的降低,负温区相对应的冻结区也逐渐增大;离洞口越近,冻结区越大,离掌子面越近,冻结区越小;④随着距隧道洞口距离的增加,温度的变化幅度逐渐减小,在任意桩号环向方向上也呈现此变化规律。
高寒地区隧道保温层施工技术研究

・
1 8・ 4
2011年 11月
山 西 建 筑
S NXI ARC HA HⅡEC U T RE
Vo . 7 No 3 13 . 3 NO 201 V. 1
・
桥 梁
・ 隧 :t x ,・ t
文章编号 :0 9 6 2 (0 )3 0 4 -2 10 - 8 5 2 1 3 — 1 80 1
2 3 衬砌保 温层材料 和 结构 .
2 3 1 衬砌保温层结构 . . 隧道保温层共两 层 , 内层 ( 近衬砌 ) 靠 采用 5 L热 固性 0mm F
常见 , 保温层施工前 , 提前对洞 内渗漏水 点进行处 理 , 必须 杜绝 因
渗漏水 引起 的冻融造 成混凝 土及保 温层 的腐蚀 。
关键词 : 钢筋混凝 土连 续梁桥 , 质量缺 陷, 裂缝 , 载试 验 荷
中图分类号 :4823 U 4 . 1 文献标识码 : A
现浇钢筋混凝 土连 续梁桥 是广 泛使 用于公 路 工程 的一种 桥 工程 采用四层全定向涡 轮式互 通立 交形式 , 中第一 层 E 其 s匝道 型。其就 地浇筑施工方法是在 门式支架预 压后安 装模板 , 扎及 第一联 0号 ~ 号墩为 2 2 . 绑 2 × 25m钢筋混凝土等截 面连续箱梁 。
高寒地 区隧道保温 层施 工技术研 究
李 兴 波
摘 要: 针对 高寒地 区隧道 内冻融、 冻胀现 象严重 , 易使衬砌 混凝土 产生开 裂、 容 酥松 、 落、 冰等危 害, 剥 挂 通过 对 隧道 保
温层与衬砌的 紧密性粘结及安装施工技术进行研究 , 用结构保 温技 术, 采 成功的解决 了高原 高寒隧道的冻 害问题 。 关键词 : 高原高寒 , 隧道 , 温层 , 术研 究 保 技 中图分类号 :U 5 .1 T 4 59 文献标识码 : A
高寒公路隧道温度场研究综述

科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界0引言随着高海拔高严寒地区铁路、公路隧道的逐年增多,国内外开展了一系列专门针对寒区隧道温度场的研究,并取得了一些成果。
本文主要分为理论研究与现场实测研究两部分来阐述近年来国内外在寒区隧道温度场所做的研究,并在这些基础上提出一些关于寒区隧道温度场研究方面的建议。
1寒区隧道温度场理论研究我国冻土专家针对实际工程中遇到的寒区隧道,通过数值计算进行了温度场方面的研究。
理论研究得到了寒区隧道温度场的解析解与数值解,两者联系紧密。
1.1赖远明1999年求得了寒区圆形截面隧道温度场解析解。
2003年张学富、赖远明、喻文兵等根据考虑相变瞬态温度场的控制微分方程,应用Galerkin法推导出三维有限元计算公式并编制了计算程序。
2010年王成,丁敏,李晓红对鄂西地区沙子垭隧道进行了温度场与应力场的二维非线性耦合分析。
2003年贺玉龙进行了温度场、渗流场与应力场三场两两耦合作用强度的量化研究。
1.22004年裴捷等根据实测盘岭隧道围岩温度数据对围岩的导热系数进行了反分析,但是采用的是一维热传导模型。
1.3关于地壳温度场研究中得到了正常增温区地温预测经验公式。
1.4对于冻胀力的计算模型归纳起来主要有冻融岩石圈整体冻胀说、局部存水冻胀说、含水风化层冻胀说三种学说。
2寒区隧道温度场现场实测研究理论研究与实验研究是密不可分的。
根据现场实测结果,得出了关于寒区隧道温度场分布的结论,进一步论证了理论计算的可靠性。
本文主要介绍寒区隧道温度场的分布规律。
2.1环境温度与隧道内气温的相互关系环境温度及洞内气温的变化具有明显的周期性。
在冬季隧道内的气温随着离洞口纵深的增大而升高,而在夏季隧道内的气温随着纵深的增大而减小。
不管是夏季还是冬季,随着纵深的增大,温度的振幅呈下降的趋势。
整体上来看隧道内气温呈现一种“冬暖夏凉”的现象。
特高海拔寒区隧道温度场分布规律研究

特高海拔寒区隧道温度场分布规律研究
郑长伟;李申
【期刊名称】《公路交通技术》
【年(卷),期】2024(40)2
【摘要】为解决高寒高海拔地区运营隧道的冻害问题,在某单洞双向隧道4个断面的不同位置处布设了大量温度传感器进行现场温度监测,分析研究了特高海拔寒区隧道围岩、衬砌在不同位置处的温度场分布规律以及围岩冻深情况。
结果表明:隧道温度随季节呈周期性变化,距洞口10 m处冻害最为严重;隧道衬砌温度与隧道纵向深度呈负相关,围岩温度与隧道径向深度呈正相关关系;在距隧道洞口越近的最不利断面处,拱顶温度高于拱腰和拱脚;距洞口10 m的拱脚处冻深最大,隧道冻深影响范围为0 m~250 m。
研究结果可为寒区隧道施工和保温防冻提供依据和指导。
【总页数】5页(P171-175)
【作者】郑长伟;李申
【作者单位】中国铁建大桥工程局集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U456
【相关文献】
1.寒区隧道温度场分布规律及保温层适应性研究
2.寒区隧道施工阶段温度场分布规律研究
3.寒区铁路隧道温度场分布规律研究
4.寒区隧道纵向温度场分布规律研究
5.考虑地温影响的高海拔寒区隧道温度场分布规律研究
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高寒公路隧道保温措施研究

高寒公路隧道保温措施研究摘要为了有效地避免高寒地区公路隧道受到冻害的影响,必须通过更有效的防寒措施进行预防,使这一问题不会对有关地区公路隧道的使用产生影响,将这一问题有效解决。
本文首先对高寒地区公路隧道防冻治理情况进行了简单的概述并对相关的保温措施进行了一定的研究,希望相关措施可以有效地起到隧道保温的效果,将其带来的负面影响彻底消除。
关键词高寒地区;公路隧道;保温措施前言我国为了将寒区公路隧道的问题解决,已经进行了大量的研究,使用了很多的解决办法,传统的方式使用最多的是通过较轻的材料用作隧道保温层,将隧道受到影响部分减小。
随着温度的逐渐降低,会对其保温层的厚度有更高的要求,需要将其保温层的厚度增加,使保温效果更好的,但是其厚度是有增加上限的,在达到限制之后这一方式的效果就无法再次提高。
与之类似的办法同样都会受到一定的限制,所以需要更有效的方式解决这一问题。
1 高寒地区公路隧道防冻治理现状隧道冻害是因为隧道内的水流与围岩积水在寒冷环境下冻结,导致隧道中拱部出现冰柱等现象,对车辆的行驶产生了一定的威胁。
面对这一问题需要使用多种手段将相关问题解决,使其对车辆行驶产生的影响可以有效地降低,为驾驶人的安全提供保障。
在我国北部地区,很多的公路隧道都受到了这一问题的影响,如果不能将其有效解决,就会对我国公路的运营产生非常大的负面作用,而我国在解决这一问题中所面临的现状是因为相关技术的不健全,使得这一问题的解决时间较长,不能有效地避免受到其影响[1]。
2 保温措施应用研究2.1 传统方式在寒区隧道保温工作中最常见的措施就是保温层的设置,通过布置保温层可以有效地防止隧道围岩与冷空气之间的接触,将冻害的影响降低。
保温层的布置方式主要包括两种,可以在初期支护与二次衬砌之间进行,或者是在将其布置在二次衬砌混凝土的表面。
保温层在实际的应用中虽然可以有效地起到一定的保温作用,但是相关材料不能使隧道温度提高,在外界温度较低的情况下隧道的温度还是会降到冰点一下,不能有效地起到防冻的效果。
高地温隧道研究综述及前景展望

高地温隧道研究综述及前景展望
温隧道是一种特殊的山谷形态,它以清晰的演变趋势、单一的地质结构和可控的温度变化而特殊。
许多地区的高地温隧道在多年的地质演化中,温度变化从低温发展到中温,形成了复杂的温度结构,为深入研究其气候变化和地表能量转换提供了机遇。
首先,对高地温隧道长期温度变化特征的研究,以及这种特殊温度结构对其功能的影响,相关研究表明,高地温隧道具有复合保温功能,这种功能可有效逆转温度变化,减缓过热度变化,避免多变不定的天气变化,从而提升空气水汽含量,维持地表环境的稳定性,对科学研究有着重要价值。
其次,高地温隧道温度变化特点,提供了解其多季节气候变化的研究机会。
研究表明,高地温隧道受温度变化的影响,可以调节夏季和冬季的温度,起到避免极端高温和低温的作用,从而维护生物多样性,起到改善环境质量的作用,对于促进饮水资源的可持续利用和地区生态平衡也有重要意义。
此外,高地温隧道的水文动力特征也是研究的重点,确定温度变化的规律,可以帮助人们掌握高地水文过程,有助于改善水资源管理,促进高地植被的复原与发展。
最后,研究表明,高地温隧道的温度与水文特征可有效调控林分结构,土壤活力和植被生长,有助于改善生态环境,也可以促进特定植被结构和功能的发展,这有助于提高生态系统的可持续性和生态健康状态。
综上所述,高地温隧道研究已取得许多有益成果,但是对其动态变化和生态效应的研究仍处于初级阶段,未来研究任务有待进一步开展。
希望能有更多的研究和实践,及时跟踪温隧道的温度变化特征,深入挖掘温度结构对温隧道功能的影响,从而有效改善地表环境,实现高地温隧道可持续发展。
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高寒公路隧道温度场研究综述
【关键词】寒区隧道;冻土;温度场;实验;现场实测
0 引言
随着高海拔高严寒地区铁路、公路隧道的逐年增多,国内外开展了一系列专门针对寒区隧道温度场的研究,并取得了一些成果。
本文主要分为理论研究与现场实测研究两部分来阐述近年来国内外在寒区隧道温度场所做的研究,并在这些基础上提出一些关于寒区隧道温度场研究方面的建议。
1 寒区隧道温度场理论研究
我国冻土专家针对实际工程中遇到的寒区隧道,通过数值计算进行了温度场方面的研究。
理论研究得到了寒区隧道温度场的解析解与数值解,两者联系紧密。
1.1 赖远明1999年求得了寒区圆形截面隧道温度场解析解。
2003年张学富、赖远明、喻文兵等根据考虑相变瞬态温度场的控制微分方程,应用galerkin法推导出三维有限元计算公式并编制了计算程序。
2010年王成,丁敏,李晓红对鄂西地区沙子垭隧道进行了温度场与应力场的二维非线性耦合分析。
2003年贺玉龙进行了温度场、渗流场与应力场三场两两耦合作用强度的量化研究。
1.2 2004年裴捷等根据实测盘岭隧道围岩温度数据对围岩的导热系数进行了反分析,但是采用的是一维热传导模型。
1.3 关于地壳温度场研究中得到了正常增温区地温预测经验公式。
1.4 对于冻胀力的计算模型归纳起来主要有冻融岩石圈整体冻胀说、局部存水冻胀说、含水风化层冻胀说三种学说。
2 寒区隧道温度场现场实测研究
理论研究与实验研究是密不可分的。
根据现场实测结果,得出了关于寒区隧道温度场分布的结论,进一步论证了理论计算的可靠性。
本文主要介绍寒区隧道温度场的分布规律。
2.1 环境温度与隧道内气温的相互关系
环境温度及洞内气温的变化具有明显的周期性。
在冬季隧道内的气温随着离洞口纵深的增大而升高,而在夏季隧道内的气温随着纵深的增大而减小。
不管是夏季还是冬季,随着纵深的增大,温度的振幅呈下降的趋势。
整体上来看隧道内气温呈现一种“冬暖夏凉”的现象。
在隧道完全贯通之后,与贯通之前相比,各断面的气温均明显降低,年平均温度和年温度振幅都有所降低。
2.2 隧道围岩及结构温度的纵向分布规律
隧道围岩及衬砌结构在纵向方向上,不仅受到原岩地温的影响,同时还与洞内气温及外环境温度有很大的关系。
在隧道贯通前,洞内的温度由于空气对流作用小,再加上施工时车辆排放的尾气和隧道爆破等因素,洞内温度和洞外的温度相比有较高的温度。
在夏季,围岩及衬砌的温度在纵向方向上,随着隧道纵深的增大而增大。
在冬季,施工时会在洞内做一些保温措施,诸如加火炉升温、在施作二次衬砌前对加热水温等,使得隧道会在中间段温度较高,两端温度较低。
在隧道贯通后,由于空气对流的作
用,洞内外的相对温差减小。
围岩和衬砌结构随着距离洞口的增大,温度越高,温度变化振幅越小。
隧道围岩及结构在纵向的分布规律,对于分析确定隧道抗防冻的设防长度具有很重要的意义。
洞口段设防长度的确定是在现场温度测试之前确定。
2005年孙文昊又根据鹧鸪山隧道内的温度变化规律,利用传热学和热力学第一定律求得了隔热层设防长度的修正系数。
2.3 隧道围岩及结构温度的径向分布规律
在现场布置测温元件,是按照其在径向不同的位置上测试围岩及衬砌的温度分布规律。
实测结果均发现,衬砌表面温度与隧道洞内的空气温度保持一致。
往往在围岩及衬砌径深1m范围内,温度的变化梯度较大。
离衬砌越远,变化梯度越小。
2010年张国柱、夏才初、殷卓考虑与隧道纵向深度及时间相关的非齐次对流边界条件,利用叠加原理及贝塞尔特征函数的正交及展开定理,得到了寒区隧道围岩径向温度的理论解。
目前关于在保温板设计中,共有三种计算保温板厚度的方法:等效厚度换算法、气象解析法、有限元模拟计算法。
2.4 隧道施工过程中围岩温度场变化规律
分析隧道在开挖过程中,围岩温度场的变化规律,对寒区隧道施工具有很大的意义。
在同一时刻,距离壁面越近,围岩受施工的影响越大。
同一处的围岩温度随着围岩暴露时间的延长而增加。
在未进行初期支护之前,随着时间的增加,融化圈的范围逐渐增大。
2003年贾晓云等通过对昆仑山隧道的开挖模拟,分析了在隧道在开挖后30d还未施作衬砌时,围岩的温度随时间的变化规律。
寒区隧道施工时,为了确保混凝土的施工质量,并满足施工人员及施工机械等各方面的因素对施工环境温度的要求,保护冻土、避免冻土融化,就必须对隧道洞内环境温度进行控制。
2003年梁文灏,黄双林通过对青藏铁路昆仑山、风火山隧道的环境温度测试,综合分析得出洞内的环境温度控制在-5~5℃之间时能满足这些要求。
2004年刘志春、李文江等又在施工阶段对风火山铁路隧道洞内外环境温度进行了长期系统的观测与分析。
得出采取了结合通风的供暖、洞口保温门等综合供热、保温措施,可以保证洞内环境温度在-5~9℃。
3 结束语
尽管在寒区隧道温度场研究方面取得了不小的成果。
譬如在温度场的分布规律上,无论是从现场实测结果分析,还是从数值模拟方面都很好的解释了隧道在空间和时间尺度上的变化规律。
但是还有很多需要深入研究的问题。
3.1 针对寒区隧道围岩原始温度场的现场测试研究较少。
但是在数值计算模拟时,原始温度场对寒区隧道冻融圈范围的确定却很重要。
关于围岩的本构模型还有待研究。
3.2 对于隧道冻胀力的机制有三种解释,目前的数值计算冻胀力基本上是基于局部存水空间的理论。
还没有推导得出较为普遍适用于工程技术人员计算的简化公式。
3.3 围岩裂隙中的水分迁徙加剧了冻融圈产生的冻胀力,在计算冻胀力时往往忽略这样影响,这使得冻胀力的计算与实际有所不同。
3.4 在多年冻土段加设一次模筑、二次模筑,甚至还有三次模筑。
究竟各自分担多大的荷载还没有进行具体的研究。
3.5 保温隔热层的设防长度、厚度、导热系数以及材料参数的选取还有待进一步研究。
3.6 寒区隧道在开挖过程中,围岩的温度变化受到很多因素的影响,所做的研究仅仅针对的是二维温度场分析。
目前,还没有针对围岩在开挖过程时,从三维角度来分析融化圈的变化情况。
【参考文献】
[1]何川,谢红强.多场耦合分析在隧道工程中的应用[m].成都:西南交通大学出版社,2007.
[2]陈建勋,罗彦斌. 寒冷地区隧道温度场的变化规律[j].交通运输工程学报,2008,8(2):44-48.
[3]赖远明,喻文兵,吴紫汪,何平,等. 寒区圆形截面隧道温度场的解析解[j].冰川冻土,2001,23(2):126-130.
[4]李时赞.嫩林线西罗奇2号隧道温度场测试研究[j].隧道及地下工程,1989,10(3):51-60.
[5]马巍,王大雁.中国冻土力学研究50a回顾与展望[j].岩土工程学报,2012,34(4):625-640.
[责任编辑:曹明明]。