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實驗原理 STM是SPM家族中最基本也最重要的微納米檢測與研究工具之一。其工作原理基于微探針（針尖）與樣品之間的隧道效應及隧道電流。當一根十分尖銳的針尖在縱向充分逼近施加了一定偏壓的樣品表面至數納米甚至更小間距S時，針尖尖端的原子與樣品表面原子之間將產生隧道電流It。根據量子力學的隧道效應理論，It與間距S之間存在負指數關系，探測隧道電流It的大小，即可檢測出間距S的大小，當針尖在橫向掃描樣品時，即可獲得根據隧道電流的變化而獲得樣品表面的三維微納米形貌。   儀器特點 特有的臥式STM探頭 具有特有的臥式STM探頭設計， 降低了探頭的整體重心，消除了粗調與微調逼近機構的垂直蠕動； 配備USB視頻顯微監控系統，可實現微探針操作與進給過程的可視化，更好更直觀地滿足使用者的操作要求。 新型STM探頭及儀器性能更加穩定和優越。   穩定的三軸壓電掃描器 采用互相正交的三軸壓電陶瓷掃描控制器，X、Y、Z三軸壓電陶瓷之間互不耦合，可保證掃描圖像不因耦合而失真；掃描器具有更好的掃描線性和獨立性、更高的強度和剛度，兼具更強的掃描驅動力，能同時適用于較小與較大、較輕與較重樣品的掃描成像。   優化的檢測與控制系統 采用優化的微納米掃描與反饋控制電路系統，配以多路高精度A/D&D/A控制接口，可獲得更高的掃描分辨率、更好的重復性和更佳的圖像質量。   完善的軟件界面與功能 功能強大、界面友好，可適用于Windows XP/Win7/Win8/Win10等操作系統。一般操作者均可輕松而熟練地掌握，只需點擊鼠標，即可完成從圖像掃描到圖像處理及數據信息計算的全部操作。可用鼠標任意選擇局部掃描區域，實現圖像平移、定位和縮放；可設定掃描次數并自動控制掃描停止；具有實現X、Y方向的面掃描和線掃描的功能；可獲得樣品表面的納米級三維形貌結構和截面線；高質量的彩色/黑白平面圖像顯示與三維立體圖像顯示；具有圖像的二維和三維納米標尺標注功能及粒徑測量功能；具備納米級表面微觀粗糙度的統計及計算功能；可精確測定樣品表面的微納米級臺階高度和深度；完善的圖像處理功能，包括裁剪、粘貼、旋轉、對比調節、亮度調節、顏色調整、背景色調整、圖像平滑、濾波等。   簡單便捷的儀器操作 STM的操作十分簡單和便捷，一般操作人員即可完成，無需專人操作和維護。安裝探針、安裝樣品、粗調和微調進樣、圖像掃描、圖像存儲等操作，均可在1分鐘內完成。特別適用于科學研究、教學實驗及產品檢測。   高穩定性與抗干擾能力 STM既可在良好的實驗條件下完美工作，也可在有一般實驗室、普通桌面、有輕微振動、有環境干擾、有光照等條件下正常運作，快速掃描觀察各種微納米樣品，獲得理想的圖像和微納米結構信息。具備更好的穩定性和抗震性，更強的抗（光、電、磁等）干擾能力，更快的掃描速度（最快1幅圖像/10秒，作為對比，進口儀器的掃描速率一般為1幅圖像/10~20分鐘，甚至更慢）。   高適用性廣泛應用領域 可同時適用于科學研究、本科生和研究生的教學實驗及納米技術產品的檢測，廣泛適用于各種金屬、導體、半導體、磁體、非磁體等材料樣品的掃描檢測。對被測材料樣品無特殊要求，免去繁瑣的樣品制備過程，可直接掃描獲得微納米結構信息。   實驗內容與典型實驗數據 部分掃描測試樣品的STM圖像   部件列表 描述 數量 掃描隧道顯微鏡探頭 1 控制機箱STM—IIa型 1 直流高壓電源 1 　前置放大器    1 　偏壓電源    1 A/D&D/A控制接口卡 1 STM微探針 20組 USB光學顯微鏡 1 一體機, 含STM掃描控制軟件 1 樣品 5 剪刀、鑷子、啟子、放大鏡等工具 1  

通過實驗技術和理論方法的雙重突破，在國際上率先實現了對原子核量子態的精確描述，揭示了水的核量子效應，該成果發表于《科學》期刊；通過開發新型掃描探針技術，在國際上首次獲得了單個鈉離子水合物的原子級分辨圖像。掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunneling Microscope，STM）是一種空間分辨率可以達到原子量級的微觀探測工具。 然而，受電流放大器帶寬的局限，其時間分辨一般只能達到微秒量級（10-6 s），而很多微觀動力學過程往往發生在皮秒（10-12 s）和飛秒（10-15 s）量級。  為了提高STM的時間分辨率，其中一種比較可行的辦法是將超快激光的泵浦-探測（pump-probe）技術和STM相結合，利用超快光與電子隧穿過程的耦合來實現“飛秒-埃”尺度的極限探測。

研制出國內首臺超快掃描隧道顯微鏡，實現飛秒級時間分辨和原子級空間分辨，并捕捉到金屬氧化物表面單個極化子的非平衡動力學行為。該工作于5月19日發表在物理領域頂級期刊《物理評論快報》上，并被選為編輯推薦文章。

隨著國家交通建設的日益發展，在山區修建高速公路越來越多，隧道開挖是山區修 建高速公路時常常會遇到的課題。實時監測對于保證隧道的安全施工具有十分重要的意 義。本系統可對海量極的現場監測數據進行建庫管理，實現方便、快速、直觀的圖形斷 面交互查詢（包括三維交互式查詢及二維圖形斷面二種模式），程序能夠根據監測數據 進行智能預測并預警，并以一種全新的三維可視效果來表達隧道施工的安全級別，可為 隧道安全施工進行全程三維動態監控。 

本發明屬于隧道及地下工程技術領域，具體涉及一種基于探地雷達的盾構隧道沉降 控制方法。采用動態循環反饋方法進行盾構隧道沉降控制，具體步驟為：采用探地雷達 設備對盾構隧道壁后注漿進行全斷面和縱向的探測，然后通過測定或估算得到注漿材料 介電常數，并將其應用于隧道壁后注漿層的模型試驗探測、正演模擬結果及現場探測的 數據，提取特征圖像和特征波，將其作為訓練輸入樣本，利用小波神經網絡自動識別方 法，得到隧道壁后注漿層分布形態；結合地表沉降監測數據進行分析。根據以上分析結 果確定下一步的施工控制措施，為了驗證控制措施的效果需再一次進行現場的探測，形 成循環動態過程，至完全有效控制盾構隧道不均勻沉降變形。本發明很好地解決壁后注 漿的效果，使得盾構隧道沉降控制方法更加科學化。

為了科學地管理和控制隧道及地下工程建設風險，運用建立的工程風險分析理論與 方法，開發了一套隧道及地下工程風險管理軟件。該軟件可根據擬建工程信息和資料， 結合風險備選數據庫中存儲了大量的隧道及地下工程風險資料，自動生成工程風險調研 表格，對擬建工程進行風險辨識、估計和評價，實現科學的風險決策與管理。同時，軟 件可根據工程施工進度進行實時分析和評估，并利用施工監測數據對在建工程各項風險 進行動態跟蹤管理，對施工中風險進行全面控制，保證工程的順利進行。軟件的基本功 能包括：工程風險數據存儲、輔助風險識別、風險估計計算與風險評價、風險決策和風 險跟蹤管理等。

本成果來自省部級科技計劃項目，2014年獲國家發明專利授權，2015年通過中國鐵路總公司的技術評審，2015年11月獲得國際隧道與地下空間協會年度技術創新獎，認為達到國際領先水平。該項技術的檢測速度從間歇式5km/h，提高到連續性175km/h，它能在正常的列車運行條件下完成整條線隧道的檢測，徹底地改變了國家鐵路網隧道病害不能普查和定期體檢的現狀。該技術還可以用于公路隧道和地下鐵路隧道的健康狀態檢查

本實用新型提供一種隧道基坑用排水系統，包括混凝土防水層，所述混凝土防水層的上端設置有橫向支撐，所述混凝土防水層的表面設置有抽水管道，抽水管道的第一抽水口設置在基坑底部，分離箱串接在抽水管道的中間部位，通過分離箱將基坑內抽出的水和泥沙進行分離，分離出的泥沙又可以通過旋轉分離箱的方式，將分離箱內的泥沙清理干凈，這種方式不僅效率高，而且抽上來的水可直接使用或排放，通過預制半潛式明溝的設計，有效的解決了明溝易堵塞的問題，排出的水可直接流入蓄水池中，并且明溝在開挖過程中，可直接將預制好的溝槽放置在溝內，無需再

硬巖隧道掘進機（TBM）是隧道掘進領域科技附加值最高的裝備，是國家鐵路、水利、國防等重大工程領域不可或缺的大國重器。 一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 本項目歷經10余年產學研用聯合攻關，攻克了TBM設計制造關鍵技術。解決了TBM“掘不動、掘不快、掘不準”三大國際行業難題，實現了TBM自主設計制造和產業化生產。該項目突破的關鍵技術包括高效破巖刀盤刀具、大扭矩多源驅動與脫困技術、掘進方向精準調控。 硬巖隧道掘進機（TBM）是隧道掘進領域科技附加值最高的裝備，是國家鐵路、水利、國防等重大工程領域不可或缺的大國重器。未來10年，我國需用TBM開挖的隧道達2萬公里，占全球市場80%以上。立項之初，我國TBM長期被國外壟斷，單臺TBM售價高達3~5億元。即使采用國外TBM也存在地質適應性差、故障率高、工期拖延嚴重乃至人員傷亡等嚴重問題。 項目成果孵化了鐵建重工和中鐵裝備國內兩家龍頭企業，產品主要技術指標達到或超過國際同類產品，替代了進口，出口到黎巴嫩、秘魯、越南等國家，累計生產3-10m 系列TBM 產品百余臺套，占國內新增市場份額93%，取代了美國羅賓斯、德國海瑞克成為全球TBM 最大制造商。