实验原理 STM是SPM家族中最基本也最重要的微纳米检测与研究工具之一。其工作原理基于微探针（针尖）与样品之间的隧道效应及隧道电流。当一根十分尖锐的针尖在纵向充分逼近施加了一定偏压的样品表面至数纳米甚至更小间距S时，针尖尖端的原子与样品表面原子之间将产生隧道电流It。根据量子力学的隧道效应理论，It与间距S之间存在负指数关系，探测隧道电流It的大小，即可检测出间距S的大小，当针尖在横向扫描样品时，即可获得根据隧道电流的变化而获得样品表面的三维微纳米形貌。   仪器特点 特有的卧式STM探头 具有特有的卧式STM探头设计， 降低了探头的整体重心，消除了粗调与微调逼近机构的垂直蠕动； 配备USB视频显微监控系统，可实现微探针操作与进给过程的可视化，更好更直观地满足使用者的操作要求。 新型STM探头及仪器性能更加稳定和优越。   稳定的三轴压电扫描器 采用互相正交的三轴压电陶瓷扫描控制器，X、Y、Z三轴压电陶瓷之间互不耦合，可保证扫描图像不因耦合而失真；扫描器具有更好的扫描线性和独立性、更高的强度和刚度，兼具更强的扫描驱动力，能同时适用于较小与较大、较轻与较重样品的扫描成像。   优化的检测与控制系统 采用优化的微纳米扫描与反馈控制电路系统，配以多路高精度A/D&D/A控制接口，可获得更高的扫描分辨率、更好的重复性和更佳的图像质量。   完善的软件界面与功能 功能强大、界面友好，可适用于Windows XP/Win7/Win8/Win10等操作系统。一般操作者均可轻松而熟练地掌握，只需点击鼠标，即可完成从图像扫描到图像处理及数据信息计算的全部操作。可用鼠标任意选择局部扫描区域，实现图像平移、定位和缩放；可设定扫描次数并自动控制扫描停止；具有实现X、Y方向的面扫描和线扫描的功能；可获得样品表面的纳米级三维形貌结构和截面线；高质量的彩色/黑白平面图像显示与三维立体图像显示；具有图像的二维和三维纳米标尺标注功能及粒径测量功能；具备纳米级表面微观粗糙度的统计及计算功能；可精确测定样品表面的微纳米级台阶高度和深度；完善的图像处理功能，包括裁剪、粘贴、旋转、对比调节、亮度调节、颜色调整、背景色调整、图像平滑、滤波等。   简单便捷的仪器操作 STM的操作十分简单和便捷，一般操作人员即可完成，无需专人操作和维护。安装探针、安装样品、粗调和微调进样、图像扫描、图像存储等操作，均可在1分钟内完成。特别适用于科学研究、教学实验及产品检测。   高稳定性与抗干扰能力 STM既可在良好的实验条件下完美工作，也可在有一般实验室、普通桌面、有轻微振动、有环境干扰、有光照等条件下正常运作，快速扫描观察各种微纳米样品，获得理想的图像和微纳米结构信息。具备更好的稳定性和抗震性，更强的抗（光、电、磁等）干扰能力，更快的扫描速度（最快1幅图像/10秒，作为对比，进口仪器的扫描速率一般为1幅图像/10~20分钟，甚至更慢）。   高适用性广泛应用领域 可同时适用于科学研究、本科生和研究生的教学实验及纳米技术产品的检测，广泛适用于各种金属、导体、半导体、磁体、非磁体等材料样品的扫描检测。对被测材料样品无特殊要求，免去繁琐的样品制备过程，可直接扫描获得微纳米结构信息。   实验内容与典型实验数据 部分扫描测试样品的STM图像   部件列表 描述 数量 扫描隧道显微镜探头 1 控制机箱STM—IIa型 1 直流高压电源 1 　前置放大器    1 　偏压电源    1 A/D&D/A控制接口卡 1 STM微探针 20组 USB光学显微镜 1 一体机, 含STM扫描控制软件 1 样品 5 剪刀、镊子、启子、放大镜等工具 1  

通过实验技术和理论方法的双重突破，在国际上率先实现了对原子核量子态的精确描述，揭示了水的核量子效应，该成果发表于《科学》期刊；通过开发新型扫描探针技术，在国际上首次获得了单个钠离子水合物的原子级分辨图像。扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）是一种空间分辨率可以达到原子量级的微观探测工具。 然而，受电流放大器带宽的局限，其时间分辨一般只能达到微秒量级（10-6 s），而很多微观动力学过程往往发生在皮秒（10-12 s）和飞秒（10-15 s）量级。  为了提高STM的时间分辨率，其中一种比较可行的办法是将超快激光的泵浦-探测（pump-probe）技术和STM相结合，利用超快光与电子隧穿过程的耦合来实现“飞秒-埃”尺度的极限探测。

研制出国内首台超快扫描隧道显微镜，实现飞秒级时间分辨和原子级空间分辨，并捕捉到金属氧化物表面单个极化子的非平衡动力学行为。该工作于5月19日发表在物理领域顶级期刊《物理评论快报》上，并被选为编辑推荐文章。

随着国家交通建设的日益发展，在山区修建高速公路越来越多，隧道开挖是山区修 建高速公路时常常会遇到的课题。实时监测对于保证隧道的安全施工具有十分重要的意 义。本系统可对海量极的现场监测数据进行建库管理，实现方便、快速、直观的图形断 面交互查询（包括三维交互式查询及二维图形断面二种模式），程序能够根据监测数据 进行智能预测并预警，并以一种全新的三维可视效果来表达隧道施工的安全级别，可为 隧道安全施工进行全程三维动态监控。 

本发明属于隧道及地下工程技术领域，具体涉及一种基于探地雷达的盾构隧道沉降 控制方法。采用动态循环反馈方法进行盾构隧道沉降控制，具体步骤为：采用探地雷达 设备对盾构隧道壁后注浆进行全断面和纵向的探测，然后通过测定或估算得到注浆材料 介电常数，并将其应用于隧道壁后注浆层的模型试验探测、正演模拟结果及现场探测的 数据，提取特征图像和特征波，将其作为训练输入样本，利用小波神经网络自动识别方 法，得到隧道壁后注浆层分布形态；结合地表沉降监测数据进行分析。根据以上分析结 果确定下一步的施工控制措施，为了验证控制措施的效果需再一次进行现场的探测，形 成循环动态过程，至完全有效控制盾构隧道不均匀沉降变形。本发明很好地解决壁后注 浆的效果，使得盾构隧道沉降控制方法更加科学化。

为了科学地管理和控制隧道及地下工程建设风险，运用建立的工程风险分析理论与 方法，开发了一套隧道及地下工程风险管理软件。该软件可根据拟建工程信息和资料， 结合风险备选数据库中存储了大量的隧道及地下工程风险资料，自动生成工程风险调研 表格，对拟建工程进行风险辨识、估计和评价，实现科学的风险决策与管理。同时，软 件可根据工程施工进度进行实时分析和评估，并利用施工监测数据对在建工程各项风险 进行动态跟踪管理，对施工中风险进行全面控制，保证工程的顺利进行。软件的基本功 能包括：工程风险数据存储、辅助风险识别、风险估计计算与风险评价、风险决策和风 险跟踪管理等。

本成果来自省部级科技计划项目，2014年获国家发明专利授权，2015年通过中国铁路总公司的技术评审，2015年11月获得国际隧道与地下空间协会年度技术创新奖，认为达到国际领先水平。该项技术的检测速度从间歇式5km/h，提高到连续性175km/h，它能在正常的列车运行条件下完成整条线隧道的检测，彻底地改变了国家铁路网隧道病害不能普查和定期体检的现状。该技术还可以用于公路隧道和地下铁路隧道的健康状态检查

本实用新型提供一种隧道基坑用排水系统，包括混凝土防水层，所述混凝土防水层的上端设置有横向支撑，所述混凝土防水层的表面设置有抽水管道，抽水管道的第一抽水口设置在基坑底部，分离箱串接在抽水管道的中间部位，通过分离箱将基坑内抽出的水和泥沙进行分离，分离出的泥沙又可以通过旋转分离箱的方式，将分离箱内的泥沙清理干净，这种方式不仅效率高，而且抽上来的水可直接使用或排放，通过预制半潜式明沟的设计，有效的解决了明沟易堵塞的问题，排出的水可直接流入蓄水池中，并且明沟在开挖过程中，可直接将预制好的沟槽放置在沟内，无需再

硬岩隧道掘进机（TBM）是隧道掘进领域科技附加值最高的装备，是国家铁路、水利、国防等重大工程领域不可或缺的大国重器。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 本项目历经10余年产学研用联合攻关，攻克了TBM设计制造关键技术。解决了TBM“掘不动、掘不快、掘不准”三大国际行业难题，实现了TBM自主设计制造和产业化生产。该项目突破的关键技术包括高效破岩刀盘刀具、大扭矩多源驱动与脱困技术、掘进方向精准调控。 硬岩隧道掘进机（TBM）是隧道掘进领域科技附加值最高的装备，是国家铁路、水利、国防等重大工程领域不可或缺的大国重器。未来10年，我国需用TBM开挖的隧道达2万公里，占全球市场80%以上。立项之初，我国TBM长期被国外垄断，单台TBM售价高达3~5亿元。即使采用国外TBM也存在地质适应性差、故障率高、工期拖延严重乃至人员伤亡等严重问题。 项目成果孵化了铁建重工和中铁装备国内两家龙头企业，产品主要技术指标达到或超过国际同类产品，替代了进口，出口到黎巴嫩、秘鲁、越南等国家，累计生产3-10m 系列TBM 产品百余台套，占国内新增市场份额93%，取代了美国罗宾斯、德国海瑞克成为全球TBM 最大制造商。