直线加速器机房防辐射超厚混凝土结构施工技术

直线加速器机房防辐射超厚混凝土结构施工技术

刘磊 张振兴 黄勇

中国建筑第八工程局有限公司西南公司 四川 成都 610040

[摘要] ：医用电子直线加速器是一种产生高能X射线和电子线用于患者肿瘤或其他病灶放射治疗的医疗器械，为防止辐射泄露，直线加速器机房常采用防辐射超厚混凝土结构。但超厚结构在施工及养护过程中因混凝土材料特性容易产生裂缝从而影响防辐射能力。本篇以湖南三博脑科医院项目的直线加速器机房为例，从防辐射超厚混凝土结构施工、养护着手，详细阐施工相关过程控制措施，以为类似工程提供参考。

[关键词] ：直线加速器机房；浇筑层高控制；裂缝控制；循环温差控制系统

Construction Technology of Radiation Proof Super Thick Concrete Structure for Linear Accelerator Room

LIU Lei ZHANG Zhengxing HUANG Yong

China Construction Eighth Engineering pision Corp ,Ltd Southwest Sichuan Chengdu

Chengdu，Sichuan 610040，China

Abstract：Medical electronic linear accelerator is a kind of medical device that produces high-energy X-rays and electronic lines for radiotherapy of patients' tumors or other lesions. In order to prevent radiation leakage, the linear accelerator room often adopts radiation proof super thick concrete structure. However, cracks are easy to occur in the construction and maintenance of super thick structures due to the characteristics of concrete materials, which affects the radiation protection ability. Taking the linear accelerator room of Hunan Sanbo brain hospital project as an example, starting from the construction and curing method of radiation proof super thick concrete structure, this paper expounds the construction related process control measures in detail, so as to provide reference for similar projects.

Keywords: linear accelerator room；pouring height was controlled；crack control；cycle temperature difference control system

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1、引言

医用电子直线加速器机房采用混凝土结构作为防止高能X射线和电子线扩散的屏障，为保证防辐射效果，常采用加厚混凝土结构尺寸的方法，因此如何控制大体积混凝土结构裂缝是直线加速器机房能否满足设计要求的关键。

本工程直线加速器机房墙体和顶板厚度最大3m、架空4.4m，除采用低水化热特种水泥从源头控制混凝土水化热温度外，另采取调整施工工序、明确浇筑过程控制指标、优化温度及养护条件等措施，控制大体积混凝土裂缝，保证机房满足防辐射功能需求。

2、工程概况

湖南三博脑科医院综合体一期、配套工程用房工程位于长沙市长沙县黄兴大道与人民东路交叉路口西北角，总占地面积约3.2万㎡、总建筑面积约7万㎡，为地下2层地上最高12层钢筋混凝土框架结构。项目直线加速器机房设置在地下室二层12-15轴交R-1/P位置，机房基础底板厚度为1800mm，墙厚1100mm～3000mm，墙高4400mm，顶板厚度为2000mm、3000mm，直线加速器机房采用混凝土强度等级为C35, 底部筏板混凝土抗渗等级为P8，混凝土密度需≥2.35t/m³。

机房墙体及顶板的裂缝控制是确保直线加速器机房防辐射能力能否满足要求的关键，在混凝土浇筑过程中对浇筑厚度控制、振捣质量控制，在混凝土养护过程中对内外温差控制、保温保湿养护条件的控制成为本工程的重难点。

3、重难点应对措施

3.1 合理选择原材料

在满足混凝土强度及密度条件下，采用低水化热普通硅酸盐水泥、增加粉煤灰含量、外加剂采用高效缓凝型减水剂，降低混凝土水化热、保证足够的和易性，以控制混凝土裂缝。

3.2 调整施工工序

机房底板、墙体、顶板施工分为四步，①底板结构+400mm高的导墙施工→②-10.3m至-6.75m（结构完成面以下550mm）墙体施工→③-6.75m以上墙体至-4.2m顶板结构施工→④-4.2m顶板结构施工—3.2m顶板结构施工。

墙体施工缝设置为“凹”字形，凹槽设置于墙体中心线上，凹槽深250mm、宽400mmm，浇筑上层混凝土时，对包括凹糟在内的整个施工缝进行凿毛处理，防止辐射泄露。

图1 施工步序及墙体施工缝处理示意图

3.3 明确控制指标

细化施工控制措施，明确控制指标，如对浇筑厚度控制中设置反射标识，振捣过程中采用网格计数振捣法、振捣深度控制设置插入深度标识等手段，在实际操作过程中实现可视化、数据化施工，保证控制措施落地。

3.4 优化温控及养护条件

优化混凝土温控系统，使得混凝土温差控制用水形成稳定循环，达到动态平衡，控制温度裂缝产生。

4、浇筑过程中质量控制技术

4.1 提前模拟施工，保证连续浇筑条件

利用BIM技术结合现场施工条件对直线加速器机房整个浇筑过程进行动态模拟施工，完善现场施工条件，现场采用输送能力为40m³/h的天泵一台、地泵一台输送混凝土，配备2个班组同时进行浇筑、振捣。第②步机房墙体混凝土总方量为388m³，每层混凝土约44m³，每层浇筑时间为0.55h，整个墙体浇筑时间约为5h。浇筑过程中，确保混凝土供应、浇筑、振捣整个工序连续，防止产生施工冷缝。

4.2 浇筑厚度控制措施

为保证浇筑后振捣充分，每层混凝土浇筑厚度需≤40cm，但在实际浇筑过程中，特别是墙体混凝土浇筑时，为克服传统用尺测量深度无法全面、实时反馈浇筑厚度的缺点，加强施工过程中对浇筑厚度控制的操作便利性，当墙体钢筋绑扎完成后，在浇筑厚度为40cm、80cm…320cm对应的钢筋位置绑扎反射标识，每层反射标识采用不同颜色进行区分，反射标识每隔4m布置以及阴阳角位置布置一组，在浇筑过程中通过电筒照射反射装置与混凝土面高度来控制每层浇筑厚度，每层混凝土浇筑时，刚好覆盖完区域内整层反射标识后即终止本区域浇筑，待振捣充分后再进入下一次浇筑。

4.3 振捣质量控制措施

混凝土振捣采用软轴插入式振捣器，作用有效长度450mm，从振捣器末端开始每隔40cm用铁丝环绕振捣软轴两圈作为距离标识线，振捣过程中通过振捣软轴上的标识线作为控制振捣棒插入一层混凝土深度为5~10cm，同时对整个墙体在平面上进行分区，每个区域在墙体模板上用油漆画标记出振捣位置，振捣位置避开模板、钢筋、降温循环管、温度测试点等，振捣时，班组长用秒表控制每次振捣棒插入混凝土有效振捣时间为≥30s。

机房大体积混凝土采用二次振捣工艺，即在混凝土浇筑后凝固前，针对拐角位置，施工缝位置给予再次振捣，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和孔隙，增加混凝土的密实度，减少内部微裂缝，提高抗裂性。

5、浇筑后温差控制及养护技术

5.1 温度监测点布置

为准确反映大体积混凝土体内最高温升、里表温差、降温速率及环境温度，温度监测点布置在机房底板、墙体、顶板结构平面对称轴的半条轴线和特征点位置，在厚度方向设置表层、底层和中心温度测点，测点间距不宜大于1000mm，混凝土浇筑体表层温度测试点设置在混凝土浇筑体表面以内50mm处，底层温度测试点设置在混凝土浇筑体底面以上50mm处。

图2 墙体温度监测点布置示意图

5.2 内部降温管布设

在机房墙体及顶板内部设置DN40镀锌钢管作为混凝土内部降温管，降温管网垂直方向间距1m，最底层距离底部700mm，顶层距离顶面750mm，墙体每层降温管采用螺纹连接成两个回路，顶板每层降温管连接成一个回路，官网固定在结构钢筋网内，镀锌钢管壁张贴反射片，防止浇筑振捣过程中振捣到镀锌钢管造成管路中断。冷却水循环管网在砼养护期结束后用 1：0.5 的高标号膨胀水泥砂浆进行压浆填实。

为准确监测水温，每个回路都设置独立进水口和出水口，在出水口处安装球阀调节流量。

图3 墙体冷却水管布置图

5.3 温差循环控制系统

混凝土结构内外温差循环控制系统主要由集水池（地下室消防水池）、回水池（地下室集水井）、中继水桶（约10m³）、内降温管（DN40）、外水管（DN100）、水泵（100m³/h、5.5kW）、轴流风冷机、水压表、流量表组成，如图4-3所示。

温差循环控制系统通过降温管出水口球阀控制每根降温管回路流量、用轴流风机和散水板给外水降温，水泵维持内外水循环，通过对循环控制系统进行调节达到如下动态平衡：内降温管流速——1~2m/s、流量——6~9m³/h；循环水进水口出水口温差≤25℃。

图4 循环温差控制系统布置图

5.4 表面混凝土养护措施

机房基础顶部、墙体施工缝位置、顶板顶部混凝土在终凝后立即进行第一次洒水养护，使表面湿润而无积水，然后在整个外露面上依次覆盖200g及以上保温毛毡、塑料薄膜进行保温养护。当结构内外温差超过20℃时及时加盖毛毡和薄膜。墙体及顶板两侧带模养护，采用自流管配合人工洒水，保持墙面与模板间保持湿润，直到达到养护凝期或内外温差＜20℃后再拆除模板。

混凝土养护时间需≥14天，且混凝土内部与砼表面、砼表面与大气温度之差均在20℃以内后，方可撤除保温养护材料。

5.5 温度监测

温度监测采用JDC-2建筑电子测温仪，测温从混凝土浇筑后的3h开始，每2h测一次；混凝土浇筑后3～4d，每4h测一次，5～7d每8h测一次，7d至养护结束每12h一次。根据上述测温制度，得到各监测点温度曲线，墙体3#温度监测点数据显示，混凝土内部温度于浇筑完成后36~48h达到峰值，混凝土里表温差≤25℃。

图5 墙体3#温度监测点前5天温度变化曲线

图6 墙体拆模后效果

6、结语

本工程直线加速器机房通过调整施工工序、明确控制指标、优化温控系统等一系列便于操作的大体积裂缝控制措施，机房墙体及顶板拆模后混凝土表面无裂缝、无渗漏，满足防辐射要求，同时提出的如墙体“凹”型施工缝设置、混凝土浇筑厚度控制方法、循环温控系统的搭建等措施可为类似工程建设提供良好的借鉴。

参考文献

[1] 建筑施工手册(第五版)[M].北京:中国建筑工业出版社，2012.

[2] 中国建筑科学研究院.GB80496-2018大体积混凝土施工规范[S]. 北京.中国建筑工业出版社，2018.

[3] 中国建筑科学研究院.GB50204-2015混凝土结构工程施工质量验收规范[S].北京.中国建筑工业出版社，2014.

[4] 刘桐,康笑语,李玉寿.防辐射大体积混凝土温度场及温度应力有限元分析及应用[J].混凝土与水泥制品，2013（6）：

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作者简介：刘磊（1992-）， 男 ，本科，工程师。

通讯地址：湖南省长沙市长沙县榔梨街道湖南三博脑科医院项目部 （410100）

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