DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 资料与方法 2.1. 一般资料 选取我院2014年5月~2018年5月间收治的46例类风湿关节炎患者作为研究对象，纳入标准：1) 符合2010年美国风湿病学会(ACR)提出的类风湿关节炎分类诊断标准 [ 1 ] ；2) 此前没有进行过腕关节磁共振检查；3) 患者知情同意。排除标准：1) 患者合并有高血压、糖尿病、冠心病、甲亢甲减、脑血管病等疾病；2) 合并有精神疾病、恶性肿瘤、心功能衰竭、呼吸衰竭者；3) 处于妊娠期、哺乳期的女性或当前有生育要求者；4) 已经丧失日常生活能力或已经关节畸形者。本次研究符合伦理学的相关要求，所有患者均经实验室及影像学综合确诊。其中男17例，女29例，年龄17~78岁，平均(54.9 ± 12.5)岁。病程1~360月，平均(56.3 ± 61.7)月。 2.2. 方法 所有患者均采用德国西门子公司生产的MAGNZTOM Avanto 型1.5 T超导磁共振成像系统(MRI)进行症状较重侧的腕关节扫描。具体为患者仰卧于检查床，双手平放于头顶上部诊断床上，掌面向下，腕关节置于腕关节专用线圈中央成像层面并与线圈接触，常规进行平扫。扫描序列包括：自旋回波(SE)冠状面T1WI加权像(TR510 ms，TE11 ms，层厚3 mm)，快速自旋回波(FSE)冠状面T2WI加权像(TR510 ms，TE11 ms，层厚3 mm)，三维容积内插快速梯度回波脂肪抑制冠状面T1WI加权像(TR18.1 ms、TE6.86 ms，层厚0.4 mm)，刀锋技术脂肪抑制横断面T2WI加权像(TR3000 ms，TE77 ms，层厚4 mm)，刀锋技术脂肪抑制矢状面质子密度PDWI加权像(TR3000 ms，TE46 ms，层厚3 mm)。静脉注入对比剂Gd-DTPA 15ml后，行冠状位、轴位、矢状位三维容积内插快速梯度回波脂肪抑制T1WI加权增强扫描(TR18.1 ms、TE6.86 ms，层厚0.4 mm)。 2.3. 观察结果 详细观察扫描结果，对获得影像进行分析，观察滑膜炎、骨髓水肿、骨侵蚀性损害、肌腱及腱鞘炎、关节腔积液情况。 本组46例患者腕关节MR检查有45例均显示滑膜增厚(图1所示)，增厚的滑膜多呈不规则线状、条状，有血管翳形成呈小结节状或团块状，表现为T1W1呈等或低信号，T2W1压脂呈不均匀高信号，增强扫描(图2所示)显示在T1WI滑膜呈点状、条形明显强化。21例有骨髓水肿(图3所示)，表现为骨髓内片状、片絮状T1WI低信号，T2WI压脂为高信号，边界不清。41例有骨侵蚀(图4所示)，表现为软骨面毛糙、裂隙、剥脱，骨皮质下囊肿及骨质侵蚀缺损，在MRI上关节软骨病变表现为不规则缺损，在常规T1W1及T2WI扫描序列上关节软骨病变显示不清，在3D容积内插快速梯度回波脂肪抑制冠状面T1WI图像上，显示在高信号的软骨内出现不均匀的低信号影，骨皮质下囊肿及骨质侵蚀缺损呈高信号。32例有肌腱韧带炎及腱鞘炎，表现为PD密度加权像和T2加权像时出现肌腱韧带信号增高，表现为肌腱和韧带的增厚、变薄、和失去连续性，出现部分或完全撕裂，肌腱周围滑膜增厚并且有强化；16例有关节腔积液，表现为关节间隙增宽，关节肿胀，T1WI呈低信号，T2WI呈高信号。 图1. 滑膜增厚、关节腔积液 图2. 强化的滑膜增厚、骨髓水肿、骨侵蚀 图3. 骨髓水肿 图4. 骨侵蚀
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user: 3. 讨论 类风湿关节炎的病理改变是滑膜炎，经过滑膜充血水肿、关节内积液、滑膜增厚等过程，并逐渐在增厚的滑膜表面形成血管翳。进而侵入覆盖整个关节软骨表面，使其失去营养而发生变性、坏死，从而破坏关节软骨及软骨下基质，引起关节间隙狭窄，以至于形成纤维性强直甚至骨性强直 [ 2 ] 。影像学检查是诊断RA不可缺少的客观依据。其中，X线平片作为各种风湿病的临床诊断指标之一，目前仍是风湿病首选和基础的检查方法，但对软组织分辨率低，无法显示滑膜、软骨和肌肉等的病变；CT能显示滑膜增厚，但对软骨、骨髓、肌肉和韧带等结构的敏感性较低；超声可显示滑膜和腱鞘的改变，但是对于骨骼的病变显示欠佳。MRI具有较高的软组织对比度和空间分辨率，能任意方位成像以显示关节的整体结构，在显示病变早期的软组织炎症、骨髓水肿、软骨和骨的破坏方面优于X线平片、CT和超声，能早期发现软骨和关节炎症性病变。与其他影像学手段相比，MRI具有显著优势，可以直接观察软组织和骨组织的改变，依靠三维成像技术更加直接地观察病情，可以依靠评分系统进行量化分析，对滑膜炎范围、骨侵蚀、骨髓水肿、软骨破坏这些RA特征性改变有较高的敏感度 [ 3 ] 。 正常情况下滑膜在MRI图像上不能被显示，只有当滑膜出现病变时才会显示，常提示滑膜增厚和血管翳形成。滑膜增厚是RA的早期病理表现，发生最早可出现在发病后1周左右，故早期检出滑膜增厚对于RA的诊断具有重要意义，也是RA活动性以及疗效预测的重要指标 [ 4 ] ，注射Gd-DTPA后，炎性的滑膜组织可有明显的增强。滑膜的炎性滑膜组织刺激骨膜，侵蚀和破坏关节软骨和软骨下基质，引起骨侵蚀和骨髓水肿。研究发现，RA患者骨质破坏可很早出现，甚至在病后4个月内即可发生。关节腔积液也是早期RA最常见的重要征象，对早期RA诊断和鉴别诊断有重要意义。传统X线平片受软组织分辨率的影响，无法直接显示炎性滑膜、关节软骨、关节周围肌腱、韧带等结构的病理改变，只能从软组织梭形肿胀、关节间隙改变等间接征象作判断。因此，既不能作出早期诊断，又不能预测病变进展。MRI有极高的软组织对比，能比较清晰显示关节正常结构及病理变化，尤其是在X线平片上不能直接显示的关节积液和滑膜增生等早期软组织病理改变方面，MRI更有独到之处。因MRI可以多方位观察，其发现骨侵蚀的敏感性也明显高于X线片 [ 5 ] 。文献 [ 6 ] 报道RA早期多累及腕关节，故采用MRI检查观察腕关节改变对RA早期诊断尤为重要。 Narvaez等 [ 7 ] 对病程 < 1年，手/足X线未见异常表现的40例关节炎患者行MRI检查，后随访1年，发现MRI早期诊断RA的敏感性高达100%，而特异性也达到78%。贾园等 [ 8 ] 的研究也发现MRI不但在显示软组织病变上比X线优越，在发现骨质侵蚀方面也比X线更敏感。MRI显像与红细胞沉降率(ESR)、C反应蛋白(CRP)、晨僵时间、肿胀关节数目等相结合，还可评价疾病的活动性，监测病情进展，估测预后，评价疗效，指导治疗 [ 9 ] 。
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user: 4. 结论 综上所述，MRI是检查早期RA、观察治疗效果的一项重要和可靠方法。目前，磁共振检查已逐渐普及，由于其在类风湿关节炎中的优势，特别是可发现X线平片所不能显示的滑膜、软骨、肌腱及韧带等病变的直接征象，对骨质改变的敏感性也明显高于X线平片，对早期RA的显示敏感性很高，同时可以监控全程RA的病理改变过程，是早期诊断RA、准确判断病程、判断疗效的可靠方法，在类风湿关节炎的诊断治疗中将会发挥更大的作用。
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user: 摘 要 结合重庆同茂大道金竹湾市政交通隧道与电力隧道共建工程，在理论分析的基础上，针对提出的两种施工方案，建立二维有限元模型，对其交通–电力隧道共建方案下围岩的塑性区半径、弹塑性交界处的应力以及弹塑性位移进行对比分析，提出较佳的共建方案。 关键词 :共建隧道，方案优化，理论分析，数值模拟 Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着山地城市交通隧道和其他公用设施隧道的快速发展，传统的架空电力线路影响城市的空中景观及地块使用。此前国内的高压电缆隧道一般采用独立建设的模式，不仅要新开辟通道，而且建设代价高昂。将电力隧道和交通隧道合二为一，不仅节约土地和成本，而且可以共用一个监控系统。因此市政隧道和电力隧道共建的设计模式近年来在我国开始得到有效的推广、应用。目前关于共建隧道的研究方法和实际的施工经验还相对匮乏，关于共建隧道的研究主要借鉴单孔大断面隧道及双孔近接隧道的研究成果。 张晓军 [ 1 ] 结合龙洲湾2#公路隧道上跨铁路隧道工程，对隧道净距离上下交叠设计、施工及处治措施进行了研究，认为控制爆破可减小双洞的相互影响，现场建立公、铁双方施工联动沟通机制及时互通信息，可确保施工安全；王渭明等 [ 2 ] 针对极小净距交叠隧道受力复杂、爆破不易控制及支护困难等特点，对极小净距交叠隧道下行双线施工间距优化进行了研究，认为随着两平行隧道交错开挖间距的增大，隧道上方地表沉降、拱顶沉降和塑性区体积逐渐减小；台启民等 [ 3 ] 依托北京地铁6号线北海北至南锣鼓巷区间隧道工程，对暗挖重叠地铁隧道地表变形特性进行了分析，提出了施工优化方案；梅勇文 [ 4 ] 以沈阳市南北快速干道工程为例，对明挖法施工城市隧道与综合管廊共建技术进行了探讨。阚绍德 [ 5 ] 结合具体工程针对电力隧道工程和地铁工程共建的关键技术进行分析总结，为类似共建工程设计提供参考。可以看出，对共建隧道的研究还很少，且主要集中在对围岩变形和施工方案方面，对城市交通隧道和其他公用设施隧道的共建方案的理论分析和研究还很少。
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user: 2. 共建方案的提出 金竹湾1#隧道左线与电力隧道共建，经综合分析提出两种方案，一是电力隧道建在城市交通隧道仰拱的正下方(简称方案一)；二是电力隧道建在隧道仰拱的左侧(简称方案二)。如图1所示。市政隧道与电力隧道共建后，共建段隧道路面以上限界及净空尺寸不变，仅需对仰拱进行加深，非共建段隧道仰拱半径为21 m。方案一仰拱开挖较非共建段隧道加深1.8 m (开挖深度达到3.5 m)，仰拱半径为8.89 m；方案二仰拱开挖较非共建段隧道加深2.8 m，仰拱半径为1.1 m。
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user: 3. 共建方案的理论分析 3.1. 等代圆法 在隧道围岩变形与破坏的简化理论分析中，常把边界形状复杂的洞室，如直墙拱形、曲墙拱形等接近圆形断面的洞室变换为形状简单的洞室形状，即圆形洞室，这种方法称为等代圆法。将非圆形的大跨度隧道等代为圆形隧道，一般取等代圆半径为隧道高度h和跨度b之和的四分之一。两方案隧道的几何尺寸分别如图2所示。 图1. 交通–电力共建隧道示意图 图2. 交通–电力共建隧道几何尺寸(单位：cm) 3.2. 优化方案的提出 共建方案只在隧道左线，右线不变。右线隧道的h 1 = 10.62 m，b 1 = 15.29 m。方案一和方案二中共建隧道的高度和跨度分别为h 2 = 12.42 m，b 2 = 15.33 m和h 3 = 13.39 m，b 3 = 15.29 m。则右线隧道的等代圆半径为r 1 = 6.4775 m；方案一中共建隧道的等代圆半径为r 2 = 6.9375 m；方案二中共建隧道的等代圆半径为r 3 = 7.17 m。如图3所示。 图3. 两方案等代圆几何尺寸 圆形洞室围岩的塑性区半径为： R 0 = r 0 [ ( 1 − sin φ ) c cot φ + σ z c cot φ + p α ] 1 − sin φ 2 sin φ (1) 圆形洞室围岩弹性区与塑性区交界处的应力公式为： { σ r p = ( p α + c cot φ ) ( 1 − sin φ ) c cot φ + σ z c cot φ − c cot φ σ θ p = ( p α + c cot φ ) ( 1 + sin φ ) c cot φ + σ z c cot φ − c cot φ (2) 圆形洞室围岩中的弹塑性位移为： u R 0 e = R 0 2 ( 1 + μ ) E r ( σ z − σ R 0 ) ， r ≥ R 0 (3) u p = R 0 2 ( 1 + μ ) E r ( σ z − σ R 0 ) ， r 0 ≤ r ≤ R 0 (4) 围岩的塑性区半径和开挖半径成正比，开挖半径越大塑性区半径R 0 越大。以上三个隧道等代圆半径的关系为r 3 > r 2 > r 1 ，则可得其塑性区半径的大小关系为R 3 > R 2 > R 1 。弹性区与塑性区交界处的应力只与围岩本身的物理力学性质c、φ及支护抗力有关，三个隧道的弹塑性交界处应力相同。围岩中任意一点的位移和洞室的塑性区半径成正比，塑性区半径越大，其径向位移越大，则有u 3 > u 2 > u 1 。 对隧道塑性区半径、弹塑性交界处的应力及围岩的弹塑性位移进行对比分析可以看出，方案一明显优于方案二。
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user: 4. 共建方案优化的模拟分析 4.1. 模型的确定 针对以上两种方案，建立施工过程的二维有限元模型进一步进行分析，以确定较佳共建方案。模型采用理想弹塑性材料，屈服准则采用摩尔-库伦准则。方案一的数值模型有3701个单元，3556个节点；方案二的数值模型有3729个单元，3729个节点。所有单元类型采用四边形单元，整个模型范围为168 m × 99 m，两隧道的净矩为19 m。喷射混凝土采用梁单元。隧道的开挖和支护通过单元的激活和钝化功能来实现。 4.2. 参数的选取 在有限元模型中，围岩和支护结构参数的选取依据隧道地勘报告，并结合《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)选取。具体的参数值见表1和表2。 Table 1 Rock mass mechanical paramete 岩土名称 重度(KN/m 3 ) 弹性模量(MPa) 泊松比μ 内聚力c (kPa) 内摩擦角φ (˚) 抗拉强度(kPa) 中等风化砂质泥岩 25.6 1080 0.34 370 32.17 150 中等风化砂岩 24.9 3030 0.30 1000 40.74 382 表1. 岩体力学参数表 Table 2 Physical mechanics parameter of the supporting structur 名称 弹性模量(MPa) 泊松比μ 重度(kN/m 3 ) 备注 喷混支护 30000 0.3 25 初期支护：C30厚0.22 m 表2. 支护结构物理力学参数表 4.3. 施工工序 隧道施工采用新奥法，台阶法开挖，主要施工步序如图4所示。 图4. 共建隧道施工步序示意图 4.4. 模拟结果及分析 1) 围岩应力特征 隧道在开挖前，围岩处在应力平衡的稳定状态中。伴随着隧道的开挖，隧道围岩位于开挖边界的部分约束被解除，围岩失去了初始的应力平衡状态，发生应力状态的改变，并逐渐形成新的应力平衡状态。隧道开挖结束后，两方案围岩应力云图如图5~图6所示，可以看出，两方案围岩应力分布均在合理范围内。 图5. 隧道最大主应力云图 图6. 隧道最小主应力云图 由图5~图6可以看出： ①方案一和方案二的最大主应力均为压应力，其最大值差别不大。方案一中应力集中主要发生在右隧道的拱脚和左隧道的拱腰处，其值分别达到为2.74 MPa和2.47 MPa；方案二中应力集中主要发生在左隧道和右隧道的拱脚处，其值均达到2.79 MPa。 ②方案一和方案二的最小主应力中均出现了拉应力，两方案中的拉应力均分布在围岩的上部和隧道的拱底处。方案一中拉应力的最大值发生在右隧道的拱底处，其值约为0.06 MPa，方案二中其最大拉应力出现在电力隧道和仰拱连接处，约为0.13 MPa，此处易发生拉裂破坏。 ③隧道的最大和最小主应力，总体上表现出拱脚最大，其次是拱腰，再次是拱顶和拱底。 2) 支护结构特征 隧道支护结构轴力图如图7所示。 图7. 隧道支护结构轴力图 由图7可以得出：两方案中右隧道的支护结构顶部和两侧受压，底部受拉；左隧道支护结构底部有一部分受压。方案一中初期支护的最大压力出现在拱顶，约为898.9 kN，最大拉力出现在右隧道的仰拱处，约为1005.7 kN；方案二中最大压力出现在共建处，约为1189.3 kN，最大拉力出现在左隧道仰拱处，约为1388.8 kN。 3) 围岩位移特征 隧道的开挖引起对围岩的扰动，图8~图9分别为隧道的竖向位移和水平位移云图。 图8. 竖向位移变化云图 图9. 水平位移变化云图 从图8~图9可以看出，1) 两方案中左右隧道的拱顶均发生沉降，拱底均出现向上隆起。方案一及方案二中拱顶下沉值基本相同；但方案一中拱底隆起最大值约为1.22 cm，方案二中约为1.30 cm。2) 两方案中最大水平位移均出现在左隧道拱腰处，方案一中最大水平位移值为6.44 mm，方案二中其值为8.06 mm。 4) 围岩塑性区特征 两方案隧道施工完成后围岩塑性区的特征如图10所示。 图10. 围岩塑性区分布图 可以看出，方案一的围岩塑性区呈对称分布，右隧道塑性区主要分布在拱脚和拱腰处，左隧道塑性区主要分布在拱腰处，塑性应变最大值为6.07 × 10 −5 ，围岩的塑性区发展较均匀；方案二的围岩塑性区呈不对称分布，右隧道与左隧道的塑性区均主要分布在拱腰和拱脚处，但共建隧道处没有塑性区分布，塑性应变最大值约为5.72 × 10 −5 。方案一和方案二的塑性应变整体较小，且其值相差不大。 对比隧道围岩的最大和最小主应力，方案一中最大主应力值小于方案二，且分布较均匀；方案二中在电力隧道和仰拱连接处出现了拉应力，此处易发生拉裂破坏；从两方案锚杆来看，方案一和方案二相差不大；从位移来看，两方案中拱顶下沉位移基本相同，但方案二拱底隆起位移和水平位移的最大值均比方案一大；两方案中塑性区整体应变均较小，且其值相差不大，两种方案没有明显区别。 综合以上对方案一和方案二支护结构的应力，围岩的应力、位移及塑性区的分布特征的对比分析，可以得到共建方案一优于方案二，即电力隧道建于左隧道仰拱的正下方的方案较优。
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user: 5. 结论 本文以重庆同茂大道金竹湾交通隧道与电力隧道共建工程为依托，通过理论计算和数值模拟，对电力隧道建在城市交通隧道左隧道仰拱的正下方及仰拱的左侧两种方案进行了系统地对比分析，得出较佳的设计施工方案，即电力隧道建在城市交通隧道仰拱的正下方较好。
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user: 摘 要 搬运机器人在无人仓的“货到人”拣选系统中得到了广泛应用，然而多个搬运机器人协同作业还存在着路径寻优规划不合理、路径冲突等问题。考虑路径的负载平衡及搬运机器人转弯耗费的时间，建立了带有时间窗的多搬运机器人路径规划模型；结合调整优先级的避障策略，提出了一种改进的“离线–在线”两阶段动态路径规划算法，实现全局离线路径规划和在线冲突规避，提升了无人仓系统的运行效率。最后，设计三组仿真实验，通过对比搬运机器人的总运行时间，验证了改进算法的有效性。 关键词 :多搬运机器人，路径规划，时间窗，两阶段，动态 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 人工智能、大数据等新一代信息技术提高了智慧物流系统的思维、感知和分析决策能力。智慧物流的三大主要研究领域包括仓储、运输和配送，三个最基本特征是操作的无人化、运营的智能化和决策的智慧化。以京东、亚马逊为代表的电商企业正在加速布局智慧物流体系，推动着智能化的搬运机器人在“货到人”系统中的应用。在拣选作业中，随着搬运机器人规模数量的增加，需要同时考虑障碍避碰、拥堵协调、冲突处理等问题，大大增加了路径规划的复杂程度。由于电商企业对于拣选的时效性要求较高，为搬运机器人规划出一条无冲突的时间最优路径对其作业效率有着很大的影响。 “货到人”拣选系统的优化对提升电商企业的市场竞争力具有重要作用 [ 1 ] 。部分研究者对智能仓库系统中的一些简化子问题开展了初步的研究工作，包括Hazard [ 2 ] 等学者研究静态货位分配问题、Li [ 3 ] 等研究静态任务指派和路径规划问题等。但这些研究工作都是针对静态情况的，并没有考虑实际订单拣选过程的连续性和各个环节之间的关联性。研究结果还无法解决“货到人”拣选系统中的实际问题，因此必须研究动态的路径规划策略 [ 4 ] 。 多搬运机器人路径规划(Multi-Robot Path Finding， MRPF)问题分为解耦的和耦合的。解耦化的方法是指将搬运机器人看作多个独立的个体，各自规划行驶路径。采用解耦化的多搬运机器人路径规划方法计算复杂性低、鲁棒性好。其缺陷在于当仓库中搬运机器人数量较大时，极易产生冲突和拥堵，造成复杂的路径再次规划问题。Khorshid [ 5 ] 等针对解耦算法无法保证最优解及完备解，提出了一种树搜索的方法。Chang [ 6 ] 使用Dijkstra算法为双向路径中的多搬运机器人设计了无冲突的最短行驶路径。Ma [ 7 ] 等提出带有惩罚项的改进粒子群优化算法解决了双层仓库多搬运机器人路径规划问题。Umar [ 8 ] 等提出了一种混合遗传算法，对柔性生产系统环境下的多机器人系统进行路径规划，并采用设立优先级的方式对柔性生产系统环境下的任务和机器人进行集成排序，解决路径冲突。Desrochers [ 9 ] 等人提出了应用时间窗解决多台机器人的碰撞问题。Wang [ 10 ] 提出了一种概率迭代路径协调的局部搜索算法(PIPC)，为最晚完工的机器人找到最优解。Alejandro [ 11 ] 考虑到路径安全性、路径长度和路径平稳性，提出了一种基于混合蛙跳算法的多目标解耦算法。 基于耦合的多搬运机器人路径规划是指在运行过程中考虑到机器人会相互影响，从而考虑将所有机器人看作一个整体，为其规划路径。基于耦合的多搬运机器人路径规划方法能够实现机器人间的紧密和最优协调，规划的路径通常是最优(次优)及完备的解。Ma [ 12 ] 重点研究了基于集群的多机器人任务分配及路径规划、负载可交换的多机器人路径规划、及路径执行不完美的问题。Miao [ 13 ] 提出了改进的模拟退火算法，用于机器人在静态和动态障碍物环境下的路径规划。Standley和Korf [ 14 ] 提出了一种动态分组的多机器人无冲突路径规划方法，以降低求解的复杂度。Sharon [ 15 ] 基于冲突提出了新的一种两级路径寻优算法，在高层对有冲突的机器人进行搜索，在底层对每个机器人进行路径快速寻优，其求解速度较A*算法高了一个数量级。 通过对文献进行梳理，发现对仓储作业中多个机器人路径规划的研究尚不成熟，关于动态环境下搬运机器人协同作业、动态避障的研究较少，单一的算法难以解决复杂程度渐高的多搬运机器人路径规划问题。并且现有研究中较少将运行时间最短作为优化目标，路径的繁忙程度、搬运机器人的起停、转向次数对于机器人的运行时间也有很大的影响，以距离最短作为目标函数求解路径规划问题难以满足电商企业的实际需求。因此，设计求解多个搬运机器人的动态路径规划算法是当前研究的重点及难点。 本文针对仓储作业中多个搬运机器人的动态路径优化问题，设计了符合电商企业实际作业需求的带有时间窗的MRPF数学模型，提出了改进两阶段路径规划算法，将原问题分解为离线路径规划和在线路径协调两个子问题，在离线路径规划中对传统的Dijkstra算法进行了改进，考虑了路径繁忙程度以及机器人转向时间，在线路径协调中基于机器人的优先级进行实时调度及冲突避碰。通过仿真实验，与使用传统算法时搬运机器人的总运行时间进行对比，验证了本文算法的有效性。
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user: 2. 带有时间窗的多搬运机器人路径规划模型 多搬运机器人的动态路径规划问题实质上是在仓库中的静态障碍物已知的情况下，为每个搬运机器人规划出从起始点到终点无冲突的最优或次优路径，使得多个搬运机器人的行驶路径不发生冲突。并且在搬运机器人行驶过程中可动态调整搬运机器人的行驶路径，从而对未知的动态障碍进行规避。 2.1. 问题描述 与“人到货”的拣选模式相反，“货到人”的拣选模式是指搬运机器人将任务货架移送至拣选台，拣选工人在拣选站将所需的商品从货架中取出即可。“货到人”拣选模式中搬运机器人的作业流程如下： 1) 为搬运机器人分配任务。由于一个搬运机器人不能同时执行多项订单任务，因此将任务分配给距离货架最近的空闲搬运机器人，为其规划自起点至终点的最优行走路径。并根据任务下达的时间为机器人设置优先级，任务下达越早，机器人的优先级越高； 2) 领取任务后的搬运机器人由空闲变为工作状态，自所在位置按照系统规划好的路径行驶至任务货架处，将任务货架顶起，机器人由空载变为负载状态； 3) 带有任务货架的搬运机器人行驶至目标拣选台，等待拣选。当前拣选任务完成后检查是否存在其他拣选任务，若有，移动至指定拣选台等待拣选；否则，根据系统给出的目标位置，为搬运机器人设计回程最优路径，将任务货架运回。搬运机器人此时的状态变为空载、空闲； 4) 判断搬运机器人是否需要充电，如需充电，行驶至充电桩处进行充电，否则释放搬运机器人； 5) 转至步骤1)，重复执行以上操作，直至无拣选任务。 图1是由实际仓库作业环境抽象出的电子栅格地图，栅格地图由拣选台、搬运机器人、可移动货架以及充电站组成。搬运机器人可以在栅格图中沿着东、南、西、北四个方向行驶，栅格中的每一条边都是搬运机器人行驶的车道，一个搬运机器人在运行时只能占用一条边，同一时刻不允许两个搬运机器人在一条边上相向行驶。 为简化模型，对多搬运机器人路径规划问题做出如下假设： 1) 每条边上运行的搬运机器人数量不能超过其能承载的最大数量； 2) 每个搬运机器人在行驶过程中按匀速行驶，机器人遇到障碍时的停车减速时间忽略不计； 图1. 仓储作业环境平面图 3) 同向行驶时，为防止前面的机器人因突然停止(故障)导致两车相撞，规定机器人在行驶过程中需与前车保持安全距离。本文将机器人的安全车距定为，即车身长度 + t秒内车辆的行驶长度； 4) 搬运机器人在运行过程中遇到的随机动态障碍物(人员进入)由搬运机器人的车载传感器和定位系统解决，模型及算法只面向仓库中的货架障碍以及运行期间搬运机器人之间的冲突。 2.2. 符号说明 1) 相关参数 i ， j ， k ：路径节点， i ， j ， k ∈ V w j k ：边的权重 m b ：运输任务标识， b = 1 ， 2 ， ⋯ ， p h a ：搬运机器人标识， a = 1 ， 2 ， ⋯ ， q t j k m ：搬运机器人在路径 e j k 上的时间窗 t h a j k ：车辆经过路径 e j k 的时间 N k j t j k m ：路径 e j k 上， t j k m 时间窗内节点k向节点j方向运行的搬运机器人数量 N j k t j k m ：路径 e j k 上， t j k m 时间窗内节点j向节点k方向运行的搬运机器人数量 e j k = { 1 ，     节 点   j   到 节 点   k   之 间 的 路 径 存 在 0 ，     其 他 x h a t j k m = { 1 ，       由 节 点   j   向   k   行 驶 的 搬 运 机 器 人 在 时 间 窗 t j k m 内 到 达 0 ，     其 他 z h a t j k m = { 1 ，       由 节 点   k   向   j   行 驶 的 搬 运 机 器 人 在 时 间 窗 t j k m 内 到 达 0 ，     其 他 2) 决策变量 t j k s ：经过节点 j ， k 上的直线路段所耗费的时间 t j k c ：经过节点 j ， k 上的拐弯路段所耗费的时间 t w ：搬运机器人 h a 的耗费的额外等待时间。 2.3. 模型建立 2.3.1. 时间窗 在道路有向网络图 G = ( V ， E ) 中， V = { 1 ， 2 ， ⋯ ， n − 1 ， n } 表示图中节点的集合， E = { e 12 ， e 23 ， ⋯ ， e m n } 表示两个相邻节点构成的边的集合， W = { w a b ， w b c ， ⋯ ， w m n } 表示每条边的权重的集合。搬运机器人进入该条边的时间和驶出的时间构成了该条边的时间窗 [ 16 ] 。搬运机器人 h a 在边 e j k 上的时间窗为： t j k a = [ t j k a i ， t j k a o ] (1) q个搬运机器人在边 e j k 上时间窗集合为： t j k m = { t j k 1 ， t j k 2 ， ⋯ ， t j k q } (2) 其中， t j k a − t j k a i ≥ t h a j k ，即只能在边 e j k 的空闲时间窗内规划搬运机器人 h a 的路径。 2.3.2. 带有时间窗的多搬运机器人路径规划模型 由于电商企业对于订单的时效性要求较高，因此本文将搬运机器人的总运行时间作为优化目标。在满足各个约束条件的情况下，多搬运机器人路径规划的目标函数为机器人在直行路段上的运行时间与机器人转向的时间，以及机器人因遇到冲突或路径拥堵而额外耗费的等待时间的总和。即： min Z = ∑ a = 1 p h a ( t j i s ∗ w j i + t j i c + t i k s ∗ w i k + t w ) (3) s.t. ∑ a = 1 p h a ≤ p (4) ∑ a = 1 p ∑ b = 1 q x a b = q (5) ∑ a = 1 p x a b = 1 (6) t j k m = { [ t j k a i ， t j k a o ] } (7) N j k t j k m = e j k ∗ ∑ i = 1 q x h a t j k m (8) N k j t j k m = e j k ∗ ∑ i = 1 q z h a t j k m (9) N k j t j k m + N k j t j k m ≤ L j k L v (10) (11) (12) 式(4)表示执行任务的搬运机器人的车辆数应少于车辆总数；式(5)表示a个搬运机器人共同完成b个任务；式(6)表示每个任务只能由1个搬运机器人完成；式(7)表示路径 上的时间窗；式(8)和式(9)表示在时间窗 t j k m 内，从节点j到节点k的路径上运行的搬运机器人数量；式(10)表示在时间窗 t j k m 内，节点j到节点k的路径上搬运机器人运行的机器人数量应少于路径可容纳的最大数量；式(11)表示在时间窗 t j k m 内，节点j到节点k的路径上不存在相向行驶的车辆；式(12)表示搬运机器人 是否在时间窗 t j k m 内按时通过路径 。
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user: 3. 带有时间窗的多搬运机器人两阶段动态路径规划算法 与单一的单阶段优化方法比，多阶段优化有利于降低问题的求解难度，提高搜索效率 [ 17 ] 。两阶段算法经常用于车辆的路径规划问题中，Samia M. [ 18 ] 针对双向单车道上经常出现多个机器人死锁的情况，提出了一种两阶段控制策略。Jung Hoon Lee [ 19 ] 等人对多机器人之间的冲突进行了研究，并采用两阶段交通控制法实现了多机器人系统的无碰规划。孟祥虎 [ 20 ] 等设计了两阶段算法来增强全局搜索和局部开发能力。本文对传统两阶段路径规划方法进行了改进，在离线阶段基于时间窗原理，在Dijkstra算法中加入了路径热度，生成全局时间最优路径；在线阶段依据搬运机器人的优先级进行实时调度，从而规避和解决路径冲突。带有时间窗的多搬运机器人两阶段动态路径规划算法流程如图2所示。 图2. 多搬运机器人路径规划算法流程图 3.1. 离线阶段–带有路径热度的Dijkstra算法求解最优路径 为了使路径负载得到平衡，在传统Dijkstra算法的路径权重中加入了热度值，对算法进行了改进。现定义在时间周期 内，各路径的热度为 f b = { f b 12 ， f b 23 ， ⋯ ， f b m n } ，运行过程中每条路径上的搬运机器人的实时数量为 b g = { b 12 ， b 23 ， ⋯ ， b m n } ，E为总路径数量，具体计算流程如下： 1) 利用传统的Dijkstra算法为各个搬运机器人从任务起始点到终点的路径进行初步规划； 2) 对1)中的路径进行分解，统计时间周期 δ 内各个路段的利用频次 h k ； 3) 当搬运机器人通过当前路径时， b g 自动减1； 4) 构造路径繁忙程度对Dijkstra算法选择路径的影响系数函数： F ( f b ) = ( b g + 1 ) h k / ∑ g = 1 p ∑ k = 1 E b g h k (13) 则加入路径热度后的路径权重值为： w j k = 1 + F ( f b ) (14) 5) 利用Dijkstra算法，根据加权后的路径长度对搬运机器人的路径进行规划，直至完成所有的任务。 3.2. 在线阶段–基于调节优先级的在线交通控制策略 定义参数含义如下： v点是搬运机器人 经过的第i个节点 v h a j a车是经过节点v的第j辆搬运机器人 A = { v h a 1 ， v h a 2 ， ⋯ ， v h a n } ，表示搬运机器人所经过的节点， ，表示经过某节点的搬运机器人车辆，数组A、B中的节点在搬运机器人经过某一节点后更新。 1) 车辆 h a 行驶至节点v，检测v是否为 的第i个节点， h a 是否为通过此节点的第j辆车； 2) 若节点v未被其他搬运机器人占用， h a 是第j个通过该节点的搬运机器人，即在该点的优先级最高，则 继续行驶，通过节点v； 3) 若节点v未被其他搬运机器人占用， h a 不是第j个通过该节点的搬运机器人，即前一辆车 h a − 1 未通过此节点，需判断搬运机器人 h a − 1 所处的位置是否处于 经过节点v的下一行驶路段范围外。若是，执行步骤①；若否，执行步骤②： ①调整节点v上 h a 与 的优先级，改变车辆的通过顺序； ②停车等待，设定等待时长为 T w 1 ，若在 范围内 通过节点v，则 h a 继续按照原始路径行走，通过节点v；若在 T w 1 范围内 未通过节点v，则需重新规划 至终点的路径。若路径存在，则将其更改为 的行驶路径，若不存在，则继续停车等待处理； 4) 若节点v被其他搬运机器人占用，则停车等待，设定等待时长为 T w 2 。若等待时长超出 T w 2 ，节点v仍处于被占用状态，则考虑重新规划路径，若不存在其他可行路径，也就是说v是搬运机器人到达终点的必经节点，则停车，状态显示为故障状态。 多搬运机器人在线调节流程见图3。 3.3. 在线冲突规避 由于道路类型为双向单行车道，在实际行驶的过程中，两个搬运机器人在同一条路段上朝着相反的方向行驶，容易出现机器人死锁、相互碰撞的现象，发生相向冲突。根据冲突特点，本文提出了在线相向冲突的解决策略。解决策略融合了基于机器人优先级的等待策略及二次规划路径策略，在线调节冲突，有效地节省了搬运机器人因冲突而额外耗费的时间。具体解决策略如下： ①若两辆相向行驶的搬运机器人均按原始路径匀速行驶时，存在着相向冲突，那么判断两个搬运机器人的优先级。优先级高的搬运机器人正常通过，另一辆车则进行在线调节，判断等待、二次规划路径所需的时间，选择耗时较少的策略。 ②若两辆相向行驶的搬运机器人中存在着一辆搬运机器人在停车等待，存在着相向冲突，那么判断两个搬运机器人的优先级。若暂停的搬运机器人优先级最高，那么继续等待，另一搬运机器人进行在线调节，判断等待、二次规划路径所需的时间，选择耗时较少的策略；若行驶的搬运机器人优先级最高，则搬运机器人正常通过，暂停等待的搬运机器人行驶至下一空闲节点执行等待命令。 ③若两辆相向行驶的搬运机器人中存在着一辆搬运机器人在执行拣选操作，存在着相向冲突，那么搬运机器人继续执行拣选工作，另一搬运机器人选择进行在线调节策略。在冲突解决策略中，执行拣选工作的搬运机器人优先级最高。 相向冲突解决策略如图4所示： 图3. 在线调节优先级策略流程图 图4. 解决相向冲突
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user: 5. 结论 针对多搬运机器人的动态路径优化问题，考虑了机器人的转向时间和路径的繁忙程度，建立了带有 图11. 采取在线调节策略的路径图 时间窗的多搬运机器人路径规划模型，设计了带有时间窗的改进两阶段动态路径规划算法。在离线状态下使用改进的Dijkstra算法规划全局时间最优路径，在线状态下基于机器人的优先级对搬运机器人进行实时调度，并为可能存在的相向冲突提供了相应的解决策略。解决方案融合了车辆等待、二次规划路径以及基于优先级调整搬运机器人通行次序等方法，有效地节省了搬运机器人因冲突而额外耗费的等待时间。 通过仿真分析，提出的改进算法对搬运机器人的总运行时间有着明显的缩短，增强了搬运机器人路径的柔性，为仓储作业中多搬运机器人动态路径优化问题提供了解决方案。但是当机器人的数量增大到一定程度时，算法的响应时间和搜索速度则会变慢。因此，对大规模的搬运机器人进行动态路径优化，是未来的研究方向之一。
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user: 摘 要 苯系污染物因具有持久性或难降解的化学特性，导致严重的土壤污染问题。开发一种经济适用的修复技术成为当前领域内的研究热点和难点。经过对物理修复、化学修复、微生物修复和植物修复技术进行比较，发现四种技术均存在一定程度的缺陷。生物炭因具有易与有机污染物结合且能够改良土壤，修复能力易于操控等优点，成为环境友好型替代修复剂。深入研究生物炭与有机污染物的反应行为与调控机制，对于有机污染土壤的修复具有重要意义。 关键词 :苯系污染物，生物炭，修复技术 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 土壤是人类赖以生存的物质基础，土壤和水、大气、生物等环境要素间有着密切的联系 [ 1 ]，土壤环境作为一个开放系统，既是“汇”也是“源”。工业生产过程所产生的废气物、污水可以致使土壤污染，而土壤污染也会直接造成大气和水体污染 [ 2 ] [ 3 ]，近年来，由于人口基数大和工农业的高速发展，导致越来越多的城市用地受到有机污染物的污染 [ 4 ] [ 5 ]，不但造成了巨大的经济损失，还严重威胁我国生态安全和人民群众健康，因此对土壤有机污染物的修复已经成为亟待解决的严重问题。根据2014年4月环境保护部与国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》，我国土壤环境状况总体不容乐观，总的点位超标率为16.1%，而耕地的超标率更是高达19.4%，修复污染土壤、持续改善土壤环境质量迫在眉睫，已经成为我国当前极为突出的民生问题之一。
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user: 2. 废物基生物炭用于苯系物污染土壤修复 苯系污染物是一种以苯、甲苯、乙苯、二甲苯四类为代表性物质，且含有多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、多氯联萘(PCNs)等物质的复杂复合有机物 [ 6 ]。具有持久性或难降解性质，都属于挥发性和半发挥发型有机污染物 [ 6 ] [ 7 ]。土壤中苯系污染物由于其难降解、毒性大等特性，其污染土壤修复技术已经成为当今污染土壤修复技术领域的研究热点和难点 [ 7 ]。经过多年的研究和实践，国内外已形成的针对以苯系污染物为主的有机污染土壤修复的方式主要有物理修复、化学修复、微生物修复和植物修复 [ 7 ] [ 8 ]。其中物理修复主要包括溶剂洗脱、热脱附、气象抽提等 [ 9 ] - [ 14 ]；化学修复主要包括化学氧化和还原、光催化氧化、电化学修复、微波分解技术等 [ 15 ] [ 16 ]；微生物修复技术所利用的微生物有土著微生物、外来微生物和基因工程菌等三类 [ 17 ]；植物修复主要是利用植物的生长吸收、转化、转移污染物而修复土壤，主要包括三种机制：植物直接吸收并在植物组织中积累非植物毒性的代谢物、植物释放酶到土壤中，促近土壤生物化学反应、根际–微生物的联合代谢作用 [ 18 ] [ 19 ]。 土壤中苯系污染物由于其难降解、毒性大等特性，其污染土壤修复技术已经成为当今污染土壤修复技术领域的研究热点和难点 [ 8 ]。经过多年的研究和实践，国内外已形成的针对以苯系污染物为主的有机污染土壤修复的方式主要有物理修复、化学修复、微生物修复和植物修复 [ 8 ] [ 13 ]。其中物理修复主要包括溶剂洗脱、热脱附、气象抽提等；化学修复主要包括化学氧化和还原、光催化氧化、电化学修复、微波分解技术等；微生物修复技术所利用的微生物有土著微生物、外来微生物和基因工程菌等三类；植物修复主要是利用植物的生长吸收、转化、转移污染物而修复土壤，主要包括三种机制：植物直接吸收并在植物组织中积累非植物毒性的代谢物、植物释放酶到土壤中，促近土壤生物化学反应、根际–微生物的联合代谢作用。随着对土壤苯系污染物认识的深入和对环境保护以及人类健康要求的提高，对土壤修复提出了更高的要求 [ 20 ]。传统的物理修复方法工程量极大、修复成本高；化学修复方法对水体中苯系污染物修复研究较为成熟，修复试剂易于回收，而对于土壤中苯系污染物的修复应用目前局限于试验室，难以规模化应用，其修复剂也难以回收，极易造成二次污染；微生物虽然对于苯系污染物修复效率高，但其对环境条件要求较高，且高污染水平的有机污染会导致微生物难以生存，规模化应用难度较大；植物修复则需要较长的周期。因此，寻找可与有机污染物结合、具备改良土壤特质、修复能力易于操控的环境友好型替代修复剂，深入研究其与有机污染物的反应行为与调控机制，对于有机污染土壤的修复具有重要意义。 生物炭(biochar)是生物质在缺氧条件下，经过高温(温度 < 700℃)裂解形成的一类难熔的、结构稳定的、富含碳元素的物质，其原材料包括农作物，粪便、污泥及木材等 [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]。根据生物质材料的不同，生物炭可以被分为木炭、竹炭、秸秆炭、稻壳炭和畜禽粪便炭等类型。生物炭可用来改良生物炭具有较大的比表面积和微孔结构，表面官能团丰富，能对重金属和有机污染物产生吸附作用，从而降低污染物的生物有效性和环境风险 [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]。 自1963年Hilton等人 [ 27 ] 观察到土壤中生物黑炭对非草隆等农药良好的吸附效果之后，关于生物炭对污染物质的吸附作用以及机理的研究成为热点。一方面，生物炭具有疏松多孔的结构特征和较大的比表面积；其次，生物炭表面富含羟基、酚羟基、酸酐等官能团，使生物炭具有良好的吸附特征，能够对土壤环境中包括苯系物在内的有机污染物产量强烈的吸附作用。Yang等 [ 28 ] 研究发现小麦和水稻秸秆制成的生物炭对有机农药的吸附作用是一般土壤的400~2500倍，而且土壤中添加少量的生物炭即可使有机污染物的吸附容量显著增强，对于苯系物效果一致。此外，生物炭可以提升土壤质量，例如其可以提高土壤养分含量(N、P、K养分含量)，促进作物生长；提高碳利用效率；提高土壤含水量及作物水分利用率等 [ 29 ] [ 30 ]。近年来，作为一种新型的环境功能材料，生物炭的应用和研究引起了全球学者的广泛关注，它在土壤改良、温室气体减排以及污染土壤修复方面都显现出极大的应用潜力。尤其是，生物炭在用于改良土壤后不会造成二次污染，改良后的土地不易发生反弹，因此将生物炭作为新型的土壤改良剂是目前世界范围内的研究热点。
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user: 3. 研究展望 越来越多的研究表明生物炭在包括苯系物在内的有机污染修复领域具有极为广阔的应用前景，其主要特性和理论依据是生物炭强烈的吸附能力。但是由于生物炭本身的异质性导致所获得的生物炭在吸附效果、过程和机理上都存在着一定的差异，因此还具有很大的研究潜力。
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user: 摘 要 结合重庆同茂大道金竹湾隧道与电力隧道共建工程，以共建隧道人行横通道与电力隧道检修道交叉段为研究对象，建立三维有限元模型，通过人行横通道与电力隧道检修道交叉段施工过程的有限元模拟，分析了交叉段围岩的位移、应力、塑性区特征及检修道和人行道的开挖对隧道围岩的影响范围，为隧道支护设计提供了依据。 关键词 :共建隧道，隧道交叉，衬砌变形，围岩应力，数值模拟 Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 市政隧道和电力隧道的共建，节约了土地和成本，对公共设施建设的科学发展和经济性的提高具有很好的作用。由于隧道结构属于狭长空间、相对独立、结构密闭，一旦发生火灾，会带来严重的人员伤亡、财产损失及社会影响，人行通道的建立尤为重要。而对于电力隧道，必须设置满足规范要求的检修道，人行通道与电力隧道及检修道必然存在交叉。对于交通隧道–电力隧道–人行通道这种复杂的特殊结构形式，其施工对围岩的影响具有特殊性，国内外对此研究很少，主要借鉴一般交叉隧道的研究成果。 近年来，随着公路隧道与轨道交通建设的发展，交叉隧道的研究及成果越来越多，但交叉型式比较规则。张俊 [ 1 ] 以宝塔山隧道#2风机房辅助通道十字交叉结构工程为依托，运用有限元软件对不同工况下的辅助通道十字交叉结构进行模拟对比，得到了风机房辅助通道十字交叉段内围岩变形及范围、裂缝分布及破坏类型、接触应力分布形态等力学特征。李世麟等 [ 2 ] 通过三维数值模拟，对长河坝水电站公路交叉隧道结构的稳定性进行了研究，为设计优化提供了依据。徐慧芬等 [ 3 ] 以某高速公路上跨铁路隧道为例，用规程规定的方法核算新建隧道爆破施工对已建隧道的振动影响大小，并采用有限元方法对施工过程进行了三维数值模拟分析。孙闯等 [ 4 ] 以盘道岭隧道交叉施工段为研究对象，提出交叉隧道施工优化支护方案。王渭明等 [ 5 ] 针对极小净距交叠隧道受力复杂的特点，对极小净距交叠隧道下行双线施工间距优化进行了研究。台启民等 [ 6 ] 依托北京地铁6号线北海北至南锣鼓巷区间隧道工程，对暗挖重叠地铁隧道地表变形特性进行了分析。梅勇文 [ 7 ] 以沈阳市南北快速干道工程为例，对明挖法施工城市隧道与综合管廊共建技术进行了探讨。阚绍德 [ 8 ] 结合具体工程针对电力隧道工程和地铁工程共建的关键技术进行分析总结。靳晓光等 [ 9 ] 利用有限元数值分析的方法对高地应力下的深埋隧道建立了弹塑性模型，进行了研究，分析了横通道不同的开挖方法对主隧道围岩扰动和对初期支护有着不同的影响。史彦文等 [ 10 ] 用有限元法模拟了隧道主洞与车行横洞交叉段施工全过程，并对其二衬进行了受力分析。刘新荣等 [ 11 ] 以北京地铁10号线的工体北路站为依托，介绍了大断面群洞交叉隧道的施工方案，并研究了交叉区段衬砌结构的受力特征。可以看出，目前对交叉隧道的研究，主要集中在公路隧道横通道或轨道交通隧道交叉方面，关于市政交通隧道与横通道及共建电力隧道检修道交叉段围岩稳定性进行整体分析的还很少。
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user: 2. 有限元计算模型 2.1. 模型的建立 对于无限大的岩(土)体，为了减少边界效应对隧道周边的影响，使隧道周围有一个比较均匀的“自由场应力状态”，一般情况下，选取3~4倍洞径作为影响域。本文选取的模型尺寸为横向168 m，沿隧道纵向23 m，隧道以下取60 m，隧道以上取至地面。模型采用理想弹塑性材料进行施工过程的模拟，建立的有限元模型如图1所示。共有220，035个单元，44，393个节点，且所有单元类型采用四面体单元。喷射混凝土采用梁单元，每根锚杆划分为三节点的植入式桁架单元，桁架单元的节点自动选择与锚杆端部节点最近的点进行力和位移的传递，从而进行锚杆内力的计算。隧道的开挖和支护通过单元的激活和钝化功能来实现。 图1. 三维数值分析模型网格划分 2.2. 参数的选取 有限元模型中围岩和支护结构参数按照地勘报告并结合《公路隧道设计规范》 (JTGD70-2004)选取。具体参数值如表1所列。 Table 1 Rock mass mechanical paramete 岩土名称 重度(KN/m 3 ) 弹性模量(MPa) 泊松比μ 内聚力c (kPa) 内摩擦角φ(˚) 抗拉强度(kPa) 中等风化砂质泥岩 25.6 1080 0.34 370 32.17 150 中等风化砂岩 24.9 3030 0.30 1000 40.74 382 喷混支护 25.0 30，000 0.30 - - - 表1. 围岩和支护结构力学参数表 注：初期支护为C30，厚0.22 m。 2.3. 施工工序 隧道开挖采用台阶法，2座隧道断面分为7个台阶分部开挖，人行横通道和电力隧道检修道采用全断面开挖。首先开挖右隧道，再开挖左隧道，待左隧道开挖完成后，自右隧道内向左隧道开挖人行道、检修道。隧道每次开挖进尺是3.0 m，开挖后进行初期支护，依次循环，隧道台阶之间间隔两个施工步序(即6.0 m)，人行道采用的是全断面开挖，每次开挖进尺为4.0 m，开挖后进行初期支护。检修道一次性开挖，开挖后进行初期支护，共55个施工步序。选取隧道关键施工步(施工步10和施工步28)如图2所示，施工步10为开挖右隧道(图2(a))，施工步28为开挖左隧道(图2(b))。 图2. 右隧道开挖步序图
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user: 3. 模拟结果及分析 3.1. 围岩位移特征 隧洞开挖前，岩体在原岩应力作用下处于平衡状态，随着隧道掌子面的开挖，这种平衡状态被打破，隧道周围岩体发生卸荷回弹，各点应力进行重新分布达到新的平衡。根据垂直应力(通常称为主应力)和水平应力的关系，对于具有一定尺寸的地下工程来说，其垂直剖面上各点的原始应力大小是不等的，地下洞室在岩体内将处于一种非均匀的初始应力场中。理论研究表明，应力和位移的显著变化范围，只限于隧道周围的一部分区域，远离隧道一定范围后，围岩中的应力趋近于初始应力状态，开挖引起的位移趋近于零。 人行横通道和检修道的开挖势必会引起围岩的扰动，人行横通道、电力隧道检修道和交通隧道交叉口形成复杂的应力状态，是施工过程中控制的重点部位。为了解横通道施工对隧道围岩位移的影响，对其进行具体分析，得出隧道围岩位移的变化特征。 据左、右隧道交叉口距离不同断面的隧道衬砌变形后的轮廓线与隧道设计轮廓线如图3和图4所示，两图中将隧道变形扩大200倍。由于隧道的开挖形成临空面，左、右隧道的三个断面均向内部变形，从而引起隧道净空面积的缩小。左、右隧道均以竖向变形为主，隧道断面位移的变化基本保持一致；由于在左、右隧道交叉口处隧道围岩的支撑作用较其他部位弱，隧道交叉口断面的变形最大，距隧道交叉口5.0 m处断面的变形次之，距隧道交叉口8.0 m处断面变形最小。由于隧道交叉口的存在，左、右隧道均产生了不对称的变形，靠近交叉口一侧隧道围岩受其影响较大，而远离交叉口的一侧，变形受其影响很小。随着隧道断面与交叉口距离的增大，人行横通道和检修道的开挖对隧道变形的影响逐渐减小。为进一步研究人行横通道和检修道与主隧道交叉口对隧道变形的影响程度，选取左右隧道断面上各五个测点(图5)的拱顶沉降来分析交叉口对左、右隧道变形的影响范围。 图3. 右隧道不同断面衬砌轮廓变化 图4. 左隧道不同断面衬砌轮廓变化 图5. 左右隧道断面测点分布示意图 图6和图7为隧道施工完毕后，左、右隧道上a、b、c、d、e，5个监测点的竖向位移沿隧道轴线的分布曲线。 从图6~图7可以看出，e点沉降量最大，a点沉降量最小，b、c、d点的沉降量介于a点和e点之间，这与图3及图4所示的变形趋势一致。可以看出，人行道、检修道与隧道的交叉口对e点的变形影响很小，对a点的变形影响较大，对b、c、d的影响介于a点和e点之间，这是由于a点距离交叉口的距离最近，e点距离交叉口距离最远，b、c、d点距离交叉口的距离介于a点和e点之间。可以看出a、b、c、d、e点的沉降量随纵向间距的逐渐增长有趋于稳定的趋势。将a、b、c、d、e点沉降量趋于稳定的断面与交叉口的距离定义为交叉口对左右隧道变形的影响范围，经计算隧道交叉口对左右隧道的影响范围均为1.7 B。 图6. 右隧道拱顶沉降沿隧道轴线分布曲线 图7. 左隧道拱顶沉降沿隧道轴线分布曲线 3.2. 围岩应力特征 在人行横通道与右隧道、检修道与左隧道交叉口拱腰位置有较大的应力集中，随着与交叉口距离的增大，左、右隧道拱腰处的最大主应力逐渐减小并趋于稳定。通过比较交叉口处围岩最大主应力与未受到影响的围岩最大主应力的比值，来说明交叉口施工对隧道围岩最大主应力的影响范围，如图8和图9所示。从图中可以看出，交叉口处围岩最大主应力的值略有增大，左、右隧道最大主应力的最大值分别达到4.31 MPa和3.86 MPa，较未受到交叉口影响的最大主应力值增加约10%。施工中应加强交叉口处围岩的加固，以确保交叉口处围岩的稳定。左、右隧道围岩应力随着与交叉口距离的增大而逐渐减小并趋于稳定，交叉口对左、右隧道围岩应力的影响范围均为1.0 B。由此可见，交叉口施工对围岩变形的影响范围较应力的影响范围大。 图8. 右隧道拱顶最大主应力 图9. 左隧道拱顶最大主应力 3.3. 围岩最大主应力迹线及塑性区分布 隧道开挖引起隧道周边各质点向自由临空面移动，围岩应力分布发生改变。左右隧道、人行道和检修道开挖后，其周围最大主应力迹线沿洞室发生偏转，如图10所示。在人行道与右隧道、检修道与左隧道交叉口处，人行道和检修道的存在破坏了左、右隧道围岩应力传递路线，左、右隧道最大主应力迹线发生二次偏转，隧道主应力迹线与人行道和检修道本身应力迹线在交叉口处叠加，导致交叉口处围岩应力集中。左右隧道、人行道和检修道开挖完成后塑性区分布如图11所示，左、右隧道在拱腰部位围岩所受应力较其他部位偏大，因而在左、右隧道拱腰处产生了塑性区。在人行道和右隧道、检修道与左隧道交叉口处，由于隧道围岩应力的交叉叠加，也产生了塑性变形。施工过程中，应加强交叉口处围岩的支护，提高围岩承载能力，防治围岩及支护结构产生过大的变形。 图10. 围岩主应力迹线 图11. 围岩塑性区分布
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user: 4. 结论 本文以重庆同茂大道悦来段金竹湾交通隧道与电力隧道共建工程为依托，运用有限元法对交通–电力隧道共建之横通道与检修道交叉段施工力学进行了研究，分析人行横通道和检修道的开挖对隧道围岩的影响范围，得出以下结论：左、右隧道主应力迹线与人行横通道和检修道本身应力迹线在交叉口处叠加，导致交叉口处围岩应力集中形成塑性区；随着隧道断面与交叉口距离的增大，交叉口对隧道围岩变形的影响越小；交叉口施工围岩变形的影响范围约为1.7 B，围岩应力的影响范围约1.0 B，交叉口施工围岩变形引起的影响范围较应力引起的影响范围大。
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user: 摘 要 空气源热泵以空气作为低位热源，具有取热方便、节能、环保等优点。但是空气源热泵在北方地区应用时存在低温下供热性能下降等问题。本文主要阐述了空气源热泵的低温运行特性以及准二级压缩技术，对比准二级压缩式热泵系统与单级压缩式热泵系统在冬季的供热性能。结果表明，在环境温度低于−4.78℃时，准二级压缩式热泵系统的性能优于单级压缩式热泵系统。 关键词 :空气源热泵，低温特性，单级压缩，准二级压缩 Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 有许多报告显示，顽固的高建筑能耗(BEC)是人类可持续发展面临的主要全球挑战之一 [ 1 ] [ 2 ] 。2018年，我国建筑能耗已达社会总能耗的33%，其中，空调和采暖能耗占建筑能耗的40%~50% [ 3 ] 。空气源热泵技术是回收和利用低位空气热能的有效手段之一，研究和推广应用空气源热泵技术对于节约能量、提高社会经济效益、促进生产发展具有重要意义 [ 4 ] [ 5 ] 。但是空气源热泵在环境温度较低时存在着制热量不足、制热系数降低、排气温度升高等问题，这些问题严重限制了空气源热泵技术在低环温地区的推广使用。许多学者 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 的研究表明，采用准二级压缩技术是解决空气源热泵低温适应性的有效途径，不过与普通热泵系统相比，性能提升多少有待研究。