TBM隧道围岩-支护动态相互作用机制研究 被引量：2

1

作者 周振梁 谭忠盛 +1 位作者 李林峰 雷可 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期284-294,共11页

TBM法隧道支护相较矿山法隧道具有施作滞后、时效敏感的特点,现有理论成果难以准确描述TBM隧道围岩-支护动态相互作用过程。基于TBM隧道围岩-支护相互作用特点和支护结构刚度发展特征,引入虚拟支护力模拟开挖面空间支撑效应,建立综合考... TBM法隧道支护相较矿山法隧道具有施作滞后、时效敏感的特点,现有理论成果难以准确描述TBM隧道围岩-支护动态相互作用过程。基于TBM隧道围岩-支护相互作用特点和支护结构刚度发展特征,引入虚拟支护力模拟开挖面空间支撑效应,建立综合考虑TBM隧道支护结构施作时机和时效特性的围岩-支护相互作用力学模型,通过数值模拟和现场测试对理论模型进行验证。分析掘进速度、锚杆砂浆硬化速度、喷混施作时机、喷混硬化速度等因素对洞周位移和初支结构支护力的影响规律,并给出相应的支护建议。研究结果表明:通过TBM隧道围岩-支护动态相互作用模型可得到任意时刻及断面的洞周位移和锚杆、钢拱架及喷混支护力的解析解。锚杆和钢拱架施作后围岩变形速率明显降低,喷混施作前围岩变形已经稳定,喷混的作用主要是防止掉块并作为安全储备。提高砂浆硬化速度可提升锚杆的支护力,及时施作喷混可显著提高初支结构支护力并改善锚杆和钢拱架的受力状态,加快喷混硬化速度可提高整体支护效果并减小钢拱架和锚杆承担的围岩压力。正常施工条件下,可通过降低TBM掘进速度、选用快硬锚杆水泥砂浆来提高初支的支护性能。当穿越围岩破碎稳定性差的区段时,应在距开挖面距离不大于3倍洞径处施作喷混,并选用硬化速度快的喷混材料进一步提高支护体系承载能力。研究结果可为进一步优化TBM隧道支护设计与施工提供理论依据。 展开更多

关键词 TBM隧道 支护结构 力学模型 洞周位移 支护力

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基于TBM振动监测的围岩参数感知技术研究

2

作者 李宗林 谭忠盛 +3 位作者 周振梁 李林峰 杨旸 郑修和 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第4期1853-1869,共17页

TBM破岩振动与掌子面在掘岩体状态密切相关。为探究TBM振动应用在围岩感知领域的可行性,以新疆某TBM隧道工程为例,采集不同围岩条件下的TBM主梁振动信号,采用小波阈值方法进行信号降噪,从时域、频域和时频角度分析不同围岩类别下的振动... TBM破岩振动与掌子面在掘岩体状态密切相关。为探究TBM振动应用在围岩感知领域的可行性,以新疆某TBM隧道工程为例,采集不同围岩条件下的TBM主梁振动信号,采用小波阈值方法进行信号降噪,从时域、频域和时频角度分析不同围岩类别下的振动信号特征,并选取与岩石单轴饱和抗压强度(UCS)和岩体体积节理数(Jv)相关性最高的5项振动特征指标建立围岩参数感知数据集,在此基础上分别开发了BP神经网络模型和SVM模型,最终通过验证集和测试集数据对模型的感知效果进行验证和对比。研究结果表明:采用小波阈值降噪方法降噪后振动峰值及平均值与围岩类别的相关性分别提高了7.56%和12.20%。整体来看,TBM破岩振动能量主要集中在低频范围,而随围岩类别由Ⅳ类到Ⅱ类,振动强度和振幅逐渐增加且高频成分的能量占比逐渐增大。在26项振动特征参数中,平均值、峰峰值、峭度、重心频率和均方根频率与围岩参数的相关性最高,Pearson相关系数都在0.7以上。模型测试发现BP神经网络模型对UCS和Jv的预测误差分别少于2%和8%,相比SVM模型同比减少50%和53%,预测效果更好。研究结果可为TBM施工围岩参数实时感知技术创新提供借鉴和参考。 展开更多

关键词 TBM 振动监测 信号降噪 机器学习 围岩感知

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天山胜利隧道敞开式TBM钢管片支护作用效果研究 被引量：1

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作者 李林峰 谭忠盛 +1 位作者 周振梁 彭文波 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第5期984-990,共7页

针对TBM穿越断层破碎带地层洞壁围岩松动掉块严重的问题,依托乌尉天山胜利隧道,采用数值模拟的方法,通过对比研究传统支护方式与新型钢管片支护方式下围岩变形和围岩塑性区情况,研究钢管片支护的作用效果;同时,为说明不同支护的适用条件... 针对TBM穿越断层破碎带地层洞壁围岩松动掉块严重的问题,依托乌尉天山胜利隧道,采用数值模拟的方法,通过对比研究传统支护方式与新型钢管片支护方式下围岩变形和围岩塑性区情况,研究钢管片支护的作用效果;同时,为说明不同支护的适用条件,采用现场调研方法开展不同支护方式下施工效率和经济性对比分析。结果表明:1)断层破碎带地层中,当围岩出露护盾后,变形量与塑性区范围增大,围岩破坏程度加剧,以锚杆和钢拱架为主的传统支护方式无法较好地控制围岩变形和塑性区发展。2)断层破碎带地层中,钢管片支护较传统支护的围岩累计沉降值降低53%,围岩变形收敛快,能更好地控制围岩变形和发展。3)钢管片支护较传统支护的围岩塑性区范围小,其中边墙的最终塑性区缩小44%,且钢管片支护可实现早封闭、及时支护,塑性区均匀,更有利于围岩的稳定。4)一般地层中,传统支护方式的经济性和效率更佳;断层破碎带地层中,钢管片支护方式可提供安全作业空间,减小钢拱架+喷锚支护作业量,较传统支护经济性和施工效率更佳。 展开更多

关键词 天山胜利隧道 敞开式TBM 断层破碎带 支护方式 围岩稳定性 钢管片支护

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基于图像识别的TBM隧道围岩条件与岩渣级配相关性研究

4

作者 周振梁 雷可 +2 位作者 李庆楼 肖海晖 苏珊 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第5期964-972,共9页

为了在TBM不停机的条件下根据岩渣特征提前判断掌子面围岩条件,建立TBM岩渣图像采集系统,对各类围岩条件下产生的渣片图像进行采集,借助二值化与分水岭分割方法对渣片图像进行处理,选取曲率系数、不均匀系数、最大粒径和粗糙度指数作为... 为了在TBM不停机的条件下根据岩渣特征提前判断掌子面围岩条件,建立TBM岩渣图像采集系统,对各类围岩条件下产生的渣片图像进行采集,借助二值化与分水岭分割方法对渣片图像进行处理,选取曲率系数、不均匀系数、最大粒径和粗糙度指数作为岩渣的级配特征指标,分别采用线性、对数、逆、二次、幂、复合、S曲线和增长共8种模型建立岩渣级配参数与围岩类别、岩石单轴抗压强度、岩石完整性系数之间的关系。结果表明:1)随着围岩条件变差,岩渣的曲率系数逐渐减小,不均匀系数、最大粒径、粗糙度指数逐渐增大;2)随着岩石单轴抗压强度增大,岩渣的曲率系数呈增大趋势,不均匀系数、最大粒径、粗糙度指数呈减小趋势;3)随岩石完整性系数增加,岩渣曲率系数呈增大趋势,不均匀系数、最大粒径、粗糙度指数呈减小趋势。 展开更多

关键词 TBM 渣片识别 图像采集系统 图像处理 级配特征参数

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基于振动时频图像的TBM隧道围岩级别感知方法研究

5

作者 周振梁 李庆楼 +1 位作者 郑修和 张惠兰 《土木工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第S1期72-79,共8页

为解决不停机条件难以准确获取开挖面围岩条件的问题,开发了一种基于振动时频图像的TBM隧道围岩级别感知方法,实现了对刀盘振动信息进行了全域提取,并依托西北某引水隧道通过卷积核大小、批量尺寸、迭代次数和时频变换方法等方面对围岩... 为解决不停机条件难以准确获取开挖面围岩条件的问题,开发了一种基于振动时频图像的TBM隧道围岩级别感知方法,实现了对刀盘振动信息进行了全域提取,并依托西北某引水隧道通过卷积核大小、批量尺寸、迭代次数和时频变换方法等方面对围岩级别感知方法进行应用和优化,验证了方法对围岩的感知效果。研究表明,基于振动时频图像的围岩级别感知方法通过加速度传感器对TBM振动数据进行采集,并进行时频变换获得振动频谱图像,然后通过卷积神经网络对围岩级别进行预测;随着围岩条件变好振动的频率分布范围逐渐变大、频带逐渐变宽,高频部分的能量在逐渐增长,Ⅱ级围岩的频率最大值达到了400Hz左右;以LeNet网络结构为基础建立的围岩级别感知方法可准确对围岩级别进行分类,通过对模型进行优化,围岩级别感知方法的平均准确率可达96.2%。 展开更多

关键词 TBM 刀盘振动 时频变换 图像识别 围岩感知

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敞开式TBM刀盘振动特性及影响因素研究

6

作者 李宗林 周振梁 雷可 《土木工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第S1期43-51,共9页

敞开式TBM掘进过程会产生剧烈的刀盘振动,在不同的围岩类别和掘进参数条件下,刀盘振动存在显著差异。为进一步揭示刀盘振动特性及其影响因素的内在联系,本文依托新疆某水工隧洞开展TBM刀盘振动现场监测,分别从振动方向、围岩类别和掘进... 敞开式TBM掘进过程会产生剧烈的刀盘振动,在不同的围岩类别和掘进参数条件下,刀盘振动存在显著差异。为进一步揭示刀盘振动特性及其影响因素的内在联系,本文依托新疆某水工隧洞开展TBM刀盘振动现场监测,分别从振动方向、围岩类别和掘进参数三方面对刀盘振动特征进行统计分析。研究结果表明:刀盘环向振动能量最大;随着围岩类别从Ⅱ类到Ⅳ类,刀盘振动强度明显下降,均方根频率变化不大;刀盘振动强度整体与RPM和Th呈正相关关系,与Prev呈负相关关系,随Tor增大呈先减小后增大趋势,与PR无明显相关性;刀盘振动均方根频率只与RPM存在较强的正相关关系,受其他掘进参数影响不大。研究成果可为基于刀盘振动的围岩感知及掘进参数优化控制提供参考。 展开更多

关键词 TBM 刀盘振动 特征分析 影响因素 围岩类别 掘进参数

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冲沟断层破碎带TBM隧洞地表预注浆加固效果研究

7

作者 李庆楼 李元卓 +1 位作者 裴成元 周振梁 《土木工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第S1期52-58,共7页

针对TBM穿越断层破碎带围岩破碎易卡机的问题,依托新疆某供水隧洞,通过现场试验、数值模拟和现场监测的方法系统对比分析了地表预注浆的加固效果。研究结果表明:TBM穿越断层破碎带发生塌方卡机的风险较大。地表预注浆加固增强了断层破... 针对TBM穿越断层破碎带围岩破碎易卡机的问题,依托新疆某供水隧洞,通过现场试验、数值模拟和现场监测的方法系统对比分析了地表预注浆的加固效果。研究结果表明:TBM穿越断层破碎带发生塌方卡机的风险较大。地表预注浆加固增强了断层破碎带围岩的完整性与稳定性,降低了隧洞开挖引起的围岩收敛变形,变形降幅可达70.44%。地表预注浆加固措施改善了隧洞初期支护结构的受力特征,相较于未注浆情况锚杆轴力降低了89.91%,提高了初期支护结构的安全与稳定性。现场取芯结果、TBM掘进参数及现场监测数据的分析进一步证实,地表预注浆加固提高了岩体的强度和整体性,保障了TBM在复杂地质条件下的安全高效掘进。研究成果可为类似地质环境中TBM隧洞施工提供参考。 展开更多

关键词 TBM隧洞 断层破碎带 地表预注浆 围岩变形 加固效果

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我国智慧城市地下空间综合利用探索 被引量：25

8

作者 王梦恕 王永红 +6 位作者 谭忠盛 黄明利 王秀英 余童真 周振梁 张志恩 陈雪莹 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期1-8,共8页

随着经济和科技的快速发展,我国已成为地下空间开发利用和建设大国.在我国智慧城市地下空间的综合开发过程中,城市地下综合管廊、城市智能地下立体停车场和城市防涝地下水道这三者将是地下空间开发的重要组成部分.城市地下综合管廊将成... 随着经济和科技的快速发展,我国已成为地下空间开发利用和建设大国.在我国智慧城市地下空间的综合开发过程中,城市地下综合管廊、城市智能地下立体停车场和城市防涝地下水道这三者将是地下空间开发的重要组成部分.城市地下综合管廊将成为地下管线综合体,可以改善线路混乱等缺陷;智能地下立体停车场用以缓解车位少停车难等矛盾;地下水道则用以解决城市内涝排放等问题.针对建设推广过程中遇到的问题,提出相应的发展建议,引导地下空间科学有效发展. 展开更多

关键词 综合管廊 地下车库 地下水道 智慧城市

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高强度围岩隧洞TBM刀具磨损规律研究 被引量：14

9

作者 谭忠盛 周振梁 +2 位作者 李宗林 马栋 张立龙 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期104-115,共12页

刀具磨损是影响TBM掘进效率的重要因素,该文以北疆供水二期工程XEVⅢ标段隧洞为依托,开展高强度围岩条件下刀具磨损规律研究。该标段已掘进段围岩强度最大为160MPa,平均为120MPa。根据掘进过程中的刀具磨损统计资料,分析不同刀位的刀具... 刀具磨损是影响TBM掘进效率的重要因素,该文以北疆供水二期工程XEVⅢ标段隧洞为依托,开展高强度围岩条件下刀具磨损规律研究。该标段已掘进段围岩强度最大为160MPa,平均为120MPa。根据掘进过程中的刀具磨损统计资料,分析不同刀位的刀具磨损值、围岩强度和掘进参数对刀具磨损的影响以及不同掘进参数对刀具磨损的敏感度,结果表明:中心滚刀和正面滚刀的累计磨损量随安装半径增大呈指数式增长,边缘滚刀累计磨损量受安装角度影响,随安装半径增大先增大后减小;边缘滚刀的单刀磨损量最大,正面滚刀次之,中心滚刀最小;随着围岩强度提高,中心滚刀和正面滚刀每延米磨损量呈指数型增长,边缘滚刀每延米磨损量呈二次函数型增长,所有刀具每延米累计磨损量呈线性增长;围岩强度不变时,随着刀盘转速、刀盘扭矩、推力、贯入度增大,刀具每延米磨损量均呈二次函数型变化,先增大后减小,随着掘进速度增大,刀具每延米磨损量呈二次函数型变化,先减小后增大;刀具磨损对刀盘扭矩和推力最为敏感,为减小磨损,建议施工中将刀盘扭矩控制在1100~1300kN·m或2100~2400kN·m,将推力控制在9000~11000kN或15000~16000kN。 展开更多

关键词 高强度围岩 TBM 隧道 刀具 磨损规律

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隧道下穿富水软弱不均匀地层沉降控制技术研究 被引量：10

10

作者 周振梁 谭忠盛 +4 位作者 苏河修 熊怡思 李林 刘会丰 张鹏 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第S2期153-159,共7页

在富水软弱不均匀地层中开挖隧道,对地表沉降的控制是非常重要的。尤其是当地表存在密集建筑物时,控制标准更严格,控制难度更大。该文依托南方某隧道工程下穿书画院段,采用数值计算和现场数据分析,对下穿段地表沉降控制方法和地表沉降... 在富水软弱不均匀地层中开挖隧道,对地表沉降的控制是非常重要的。尤其是当地表存在密集建筑物时,控制标准更严格,控制难度更大。该文依托南方某隧道工程下穿书画院段,采用数值计算和现场数据分析,对下穿段地表沉降控制方法和地表沉降规律进行了研究。主要得出以下结论:(1)大断面隧道下穿富水软弱不均匀地层时采用地表袖阀管注浆可以有效控制地表沉降,减小注浆区上方地表沉降的不均匀性,且地表沉降在二衬施作完成前已经趋于稳定;(2)下穿书画院段地表沉降值与地层的变化趋势存在一定的关系,地层条件越复杂,隧道开挖产生的地表沉降越大;(3)采用双侧壁导坑法下穿不均匀地层沿开挖方向中线左侧地表先产生沉降,右侧地表沉降相对滞后,且沿开挖方向左侧地表累积沉降值大于右侧地表累积沉降值;(4)地表袖阀管注浆工况下地表横向沉降分布曲线不满足Peck公式。 展开更多

关键词 富水软岩 不均匀地层 沉降控制 现场监测 数值计算

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TBM掘进参数分布规律及高效掘进技术研究 被引量：11

11

作者 周振梁 李宗林 +2 位作者 郭震 张立龙 肖海晖 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第S01期121-130,148,共11页

敞开式TBM在引水隧洞施工中应用广泛,其掘进参数分布规律的研究对指导TBM高效稳定掘进具有积极意义。该文结合北疆供水二期工程,根据现场实际施工情况,统计5km左右的掘进参数数据进行研究。在此基础上,分析了TBM掘进参数随里程的变化情... 敞开式TBM在引水隧洞施工中应用广泛,其掘进参数分布规律的研究对指导TBM高效稳定掘进具有积极意义。该文结合北疆供水二期工程,根据现场实际施工情况,统计5km左右的掘进参数数据进行研究。在此基础上,分析了TBM掘进参数随里程的变化情况及其与围岩类别的分布规律;对掘进参数间的相关关系进行分析研究,建立各参数与独立参数之间的回归关系;最后,优化TBM掘进参数,确立高效掘进范围。结果表明:TBM掘进时,围岩类别的变化影响掘进效率的稳定性,Ⅲa类围岩更适合TBM掘进;在TBM掘进参数中,确定独立参数为推力和刀盘转速,通过回归分析,建立独立参数与其他参数的回归模型;优化后Ⅱ~Ⅴ类围岩的掘进速度分别为57~109mm/min、50~103mm/min、51~105mm/min、46~67mm/min和44~55mm/min。 展开更多

关键词 TBM 掘进参数 里程 围岩类别 高效掘进 理论分析 相关分析 回归分析

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大断面公路隧道下穿水塘超前预支护技术研究 被引量：10

12

作者 熊怡思 苏河修 +4 位作者 周振梁 刘会丰 张鹏 谭忠盛 李林 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第S2期182-186,共5页

近年来我国市政公路隧道迅速发展,与此同时遇到的施工条件也越来越复杂,当隧道下穿河道、水塘时,采用超前预支护措施尤为重要。该文结合依托工程,对上半断面帷幕注浆段和不注浆段地表沉降、拱脚收敛、拱顶下沉进行了分析研究,验证了大... 近年来我国市政公路隧道迅速发展,与此同时遇到的施工条件也越来越复杂,当隧道下穿河道、水塘时,采用超前预支护措施尤为重要。该文结合依托工程,对上半断面帷幕注浆段和不注浆段地表沉降、拱脚收敛、拱顶下沉进行了分析研究,验证了大跨浅埋隧道下穿水塘时采用上半断面帷幕注浆进行加固止水的可行性。得出如下结论:(1)采用袖阀管进行上半断面帷幕注浆可以有效控制注浆量、注浆压力、注浆范围,保证帷幕注浆的质量;(2)失水固结沉降是构成水塘附近地表沉降的主要原因,掌子面钻取注浆孔时,地表沉降速率产生突变,注浆后地表会产生一定的隆起,采用洞内上半断面帷幕注浆可以有效控制隧道开挖引起的地表沉降;(3)采用上半断面帷幕注浆可以有效控制拱脚收敛,对墙脚收敛控制作用不明显;(4)采用上半断面帷幕注浆可以有效减小隧道拱顶下沉值,但对前期拱顶下沉速率的控制作用不明显,施工中应当及时施作拱部初支来控制拱顶下沉速率。 展开更多

关键词 下穿水塘 帷幕注浆 地表沉降 拱脚收敛 拱顶下沉

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大断面公路隧道高强钢筋格栅支护适用性研究

13

作者 刘会丰 周振梁 +1 位作者 谭忠盛 梁文广 《市政技术》 2021年第2期35-39,45,共6页

热处理高强钢筋相比同等直径的普通钢筋强度大幅提高,延性、屈强比提高,应变时效敏感性更低。同等强度下,高强钢筋可以大幅减少钢筋用量,缓解资源、交通及能源压力,降低环境污染。基于深圳东部某过境高速公路连接线工程安全快速施工的需... 热处理高强钢筋相比同等直径的普通钢筋强度大幅提高,延性、屈强比提高,应变时效敏感性更低。同等强度下,高强钢筋可以大幅减少钢筋用量,缓解资源、交通及能源压力,降低环境污染。基于深圳东部某过境高速公路连接线工程安全快速施工的需求,开展高强钢筋格栅的适用性研究,采用调研分析、理论推导、数值计算、现场试验等多种方法相结合,从拱架的结构形式、不同支护拱架的承载力、现场支护效果、高强钢筋格栅的材料成本4个方面进行研究。通过对高强钢筋格栅的实际应用效果进行试验,肯定了高强钢筋格栅支护方式在该地区的适用性和优势。 展开更多

关键词 公路隧道 大断面 高强钢筋格栅 初期支护

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基于ACO-SVM的TBM引水隧洞锚杆轴力预测研究

14

作者 王建 王利明 +2 位作者 周振梁 路文甲 毛培良 《岩土工程技术》 2023年第5期532-537,共6页

预测隧道锚杆轴力变化趋势,不仅能掌握隧道结构的安全状况,而且对隧道风险预警和应急响应至关重要。基于新疆YEGS输水工程喀双隧洞锚杆轴力监测数据,通过蚁群算法(ACO)和粒子群算法(PSO)优化支持向量机(SVM)模型,预测分析锚杆轴力的变... 预测隧道锚杆轴力变化趋势,不仅能掌握隧道结构的安全状况,而且对隧道风险预警和应急响应至关重要。基于新疆YEGS输水工程喀双隧洞锚杆轴力监测数据,通过蚁群算法(ACO)和粒子群算法(PSO)优化支持向量机(SVM)模型,预测分析锚杆轴力的变化趋势,研究表明:相比PSO-SVM和传统的SVM预测模型,ACO-SVM预测模型在充分考虑隧道埋深、温度及作用时间等多项非线性影响因素后,求解的预测值与实测值更加接近,相对误差基本在15%以内,平均绝对百分误差仅为5.92,具有较好的鲁棒性,模型的稳定性和泛化能力更强,更加适合TBM隧道锚杆轴力变化趋势的预测分析,具有一定的工程应用和推广价值。 展开更多

关键词 TBM 现场监测 锚杆轴力预测 支持向量机 蚁群算法 粒子群算法

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