中建三局第二建设工程有限责任公司 湖北武汉 430074
摘要：本文主要介绍一种医用直线加速器室防辐射混凝土结构施工技术，属于医用建筑结构施工技术领域，适用于医用直线加速器室防辐射混凝土的结构施工。本文通过介绍施工的方法、特点、原理及操作要点，为同类工程施工提供借鉴。
关键词：原材料；电缆沟；预埋件；施工缝
Absrtact：This paper mainly introduces a kind of construction technology of radiation-proof concrete structure in medical linear accelerator room，which belongs to the field of construction technology of medical building structure and is suitable for the construction of radiation-proof concrete structure in medical linear accelerator room.This paper introduces the construction methods，characteristics，principles and operation points，and provides reference for similar projects.
Key words：raw materials；cable trench；embedded parts，；construction joints
1 前言
医用直线加速器是一种把高能物理运用到医疗技术上的高新科技产品，利用其治疗肿瘤是继同位素放射疗法后的又一种新疗法。虽然医用直线加速器对肿瘤疾病有良好的治疗效果，但如果防护不当，它所产生的高能电子辐射会给直线加速器室外的医护人员和人群带来伤害。
为避免上述辐射伤害，在医院建筑工程的施工中，直线加速器室防辐射混凝土结构施工质量显得尤为重要，对混凝土原材料、配合比、电缆沟及管线设置、预埋件的设置、施工缝留置、养护等施工环节提出更高的要求。
2 施工工艺流程及操作要点
2.1 施工工艺流程
BIM建模定位放线→底板预留预埋→底板结构施工→墙钢筋制作与安装→墙体线管、风管等预留预埋→阶梯形施工缝的设置→模板支设→混凝土施工→蒸汽养护
2.2 操作要点
2.2.1 BIM建模定位放线
利用BIM技术建立结构和建筑的三维模型。针对S型迷道，进行曲面钢结构定型模板和S型角钢的加工制作，底板钢筋绑扎完毕后，按照BIM模型参数对墙、角钢及电缆沟等位置进行定位放点。
2.2.2 底板预留预埋
（1）预埋限位角钢及设备基础埋件
底板钢筋绑扎完毕后，绑扎限位角钢至底板钢筋上，并复核现场放线点位是否与角钢定位相吻合；按照BIM模型定位布置好直线加速器及其他设备的基础预埋件，务必控制好预埋件位置及角度；根据模架支撑体系平面图及立面图，预埋支撑钢管。
（2）布置电缆沟
采取电缆沟连通直线加速器室内外时，电缆沟穿过防辐射混凝土墙体，采取向下弯曲的方式，避免辐射泄露并便于穿线。电缆沟在直线加速器室内地面沿墙底环形状布置，并连通控制室和设备室，水电管线沿沟内设置。电缆沟宽度、深度均不小于300mm。
采取预埋套管时，则单根管内径不应小于200mm，且不少于2根，当水电管线通过时，则至少再增加1根。
2.2.3 底板结构施工
采用一次性连续浇捣方案，钢筋密集处每层浇筑厚度不大于200mm，其余每层约500mm厚左右，分层厚度标志在底板钢筋马凳腿上刷红色漆。底板振捣采用斜坡式分层振捣，斜面由泵送混凝土自然流淌而成，坡度控制在1：3左右，振捣工作从浇筑层的底层开始逐渐上移，以保证混凝土的施工质量。
2.2.4 墙钢筋制作与安装
墙钢筋加工形状及尺寸准确，绑扎牢固。针对S型墙体钢筋的加工料表采用BIM软件模拟与现场实际测量相结合的方式进行下料，确保S型墙体钢筋准确性。
2.2.5 墙体线管、风管等预留预埋
（1）埋设物理测试线管
考虑设备调试和维护医技日常使用中做物理测试的需要，在直线加速器室与控制室之间的防护墙中预埋一根物理测试线管。
1）物理测试管使用内径10cm，内壁光滑的钢管（在保证测试器探头的尺寸下，尽可能细）。
2）线管的水平投影与墙面成45°左右夹角。
3）在直线加速器室内的管口距地高度为150-300mm。
4）线管的竖直面投影与地面成35°夹角。
5）在操作控制区域的管口距地高度为1050-1200mm。
6）在线管两端制作小门，以便不用时关闭管口。
（2）激光灯壁龛预埋
制作壁龛是为了防止工作时不慎碰触激光灯导致定位线偏移，影响放射精度。
混凝土壁龛减小了部分墙体厚度，需增设弥补射线防护，采用铁板衬垫壁龛后背，尺寸根据激光灯大小确定。
（3）预埋套管穿墙
因为施工工艺的需要，浇筑后的混凝土不得开洞，以免导致机房在使用时防辐射能力的降低。风管经过迷道在直线加速器室防护门上方进出，在迷道墙体预埋套管采取“Z”字型预埋，且在进房间的风管管道内设防虫网。
2.2.6阶梯型施工缝的设置
（1）施工缝的布置
防辐射混凝土属于大体积混凝土，浇筑方量很大，一次性浇筑困难，且会加大早期收缩产生有害裂缝，故在墙体上留置水平施工缝及垂直施工缝。
施工缝设置成阶梯状，其方向与辐射射线方向垂直，有效地减小辐射从施工缝处向外泄露的可能。第一道水平施工缝在底板面标高上0.5m处，第二道水平施工缝在顶板板底处，垂直施工缝详图1，水平施工缝详图2。
图2剖面及水平施工缝
（2）施工缝的处理
由于在防辐射混凝土结构上留设施工缝会降低其防辐射能力，故用高压水枪冲毛并加以充分的湿润，在顶板混凝土浇筑前铺一层同配合比素水泥砂浆，使新旧混凝土能更好的紧密结合。
2.2.7 模板支设
（1）顶板模板架体
板模板体系根据板厚划分为两部分，加速器室中间的板带（厚2.4m）按梁模板进行设计；两侧较薄的板带及迷道顶板仍按板模板进行设计。在梁跨中设置一道钢格构柱（由4Φ150无缝钢管和L50×50×5角钢焊接而成）。
（2）墙体模架支设
采用定型钢模板作墙体面板，槽钢作横向主楞，钢模底部紧靠预埋角钢固定，竖直方向采用顶托与钢管斜撑加固，水平方向采用顶托与顶板内架大横杆加固，M16全丝对拉螺杆及双F定位筋作模板内外支撑。
2.2.8 混凝土施工
（1）混凝土原材及配合比
防辐射混凝土采用重晶石（BaSO4）作为防辐射用集料，对射线有较强的屏蔽作用。重晶石混凝土首先考虑混凝土的防辐射能力，其次考虑水化热对混凝土性能的影响。
混凝土配置前由搅拌站对重晶石粗细骨料性能试验，找出重晶石粗、细骨料的最优级配曲线。重晶石中的胶凝材料选用低水化热的硅酸盐水泥。
直线加速器室墙板厚度较大，混凝土产生的内部水化热较大，在调配混凝土配合比时，增加矿渣粉及外加剂的掺量以减少混凝土施工时水化热的产生。同时为了更好地保证混凝土的质量，防止混凝土裂缝的产生，在混凝土中掺加聚丙烯纤维，增强抗裂的性能。
对重晶石、重晶石砂进行洒水降温并控制水泥温度，确保混凝土出厂温度不大于60度。由于重晶石容重大、强度低，强制搅拌时容易出现骨料碎裂，搅拌时间控制在1分钟内。
（2）混凝土的运输
混凝土运输采用混凝土搅拌车，混凝土罐车在运输过程中并保持低速转动，运至浇筑地点，卸料前将混凝土罐正向加速旋转近一分钟，使混凝土搅拌充分，而后浇筑，同时进行混凝土性能测试。
（3）混凝土的浇筑
医用直线加速器室墙及顶板混凝土均为大体积混凝土施工，采取分层浇筑的方式进行连续施工，每次浇捣高度控制在500mm以内，控制混凝土浇筑及振捣质量。注入的混凝土摊开扒平，严禁积堆用振捣器摊料。振捣采用插入式振捣器，振捣时间一般为15s左右。
2.2.9 蒸汽养护
（1）养护棚及蒸汽管道布置
混凝土施工完成后采用钢管扣件搭设全封闭围护架，围护架体距离混凝土结构1.2m，围护架外侧覆盖棉毡，最外侧用篷布覆盖，形成全封闭养护棚。
在养护棚内设置上下两圈蒸汽养护管（φ80钢管），在主管道上每隔2m设置一个蒸汽养护短管（φ32钢管）。室外蒸汽管道外包棉毡三层，保证主管道内温度正常。
（2）测温与养护
为了掌握混凝土在硬化过程的温度变化情况，设置温度检测点。每4㎡设置一组电子测温点，每组分上、中、下3个点，上下点距混凝土表面10cm，顶板及墙体混凝土中间点取纵向几何中心。电子测温线露出端在结构外侧，并严禁穿透混凝土。
测温从混凝土浇筑至表面覆盖开始，温度上升过程中，根据测温计划进行温度监测。温度开始下降后，每12小时测一次至测试结束，特殊情况可以随时检测并预警。
为避免影响混凝土的防辐射能力，不采用埋设冷却循环水管进行降温，采用带模蒸汽养护。在主管道口设置减压阀、闸阀及压力表，通过温度监控控制蒸汽输送速度，平衡混凝土内外温差，防止裂缝的产生。
3 质量控制
3.1 模板质量控制措施
（1）模板安装完成后对平整度、垂直度等进行检查，特别对支撑系统进行专项验收，检查支撑是否牢固、剪刀撑是否漏设、模板拼缝是否严密、预留洞口及预埋件有无遗漏、各洞口的几何尺寸、标高等。加强预埋件及预留孔洞的模板支撑。
（2）采用全丝螺杆对模板进行加固，有效增加辐射路径，减少辐射泄露的可能性。
3.2 预留管线、预埋件质量控制措施
（1）由于医疗直线加速室使用功能的特殊性，其预留管线、电缆沟等均设置为折线形。
（2）激光壁龛等墙体预留洞会减少墙体厚度，采用铁板衬垫壁龛后背，铁板固定牢固，避免浇筑混凝土时受震移位。
（3）在混凝土浇筑前设备预埋件按设计固定好，校对标高、尺寸，确保位置准确。
3.3 防辐射混凝土配合比控制措施
（1）防辐射混凝土的密度越大，其屏蔽效果越好，配合比设计时优先考虑混凝土的表观密度和密实程度，再考虑强度和施工工艺。
（2）混凝土外加剂的使用严格控制掺入量，在改善混凝土和易性及泵送性的同时，考虑外加剂对混凝土的收缩有无影响。
（3）防辐射混凝土骨料的比重较大，混凝土易分层，为避免因骨料重而引起骨料离析，坍落度不能太大，出机混凝土坍落度控制在180±20mm。
（4）施工过程中，随时抽测砂、石的含水率，及时调整配合比。
（5）配合比设计时，充分利用混凝土的后期强度，减少每立方米水泥用量。
（6）在合理范围内使用粗骨料，选用粒径较大、级配良好的粗骨料，掺加减水剂和粉煤灰，改善和易性，以达到降低水泥用量，降低水化热的目的。
3.4 混凝土施工缝质量控制措施
（1）浇注混凝土之前清除施工缝表面的水泥浆、垃圾、松动的砂石和软弱层，以及钢筋表面的油污、泥锈和砂浆等杂物。
（2）为加强结构整体性，在施工缝处补插钢筋，直径为Φ16mm，长度为500mm。
（3）混凝土浇筑前在施工缝处刷一层同配合比素水泥砂浆，提高新旧混凝土结合能力。
（4）必须备齐所有混凝土原材料，防止由于材料不够导致混凝土浇筑中断，产生冷缝。
3.5 混凝土浇筑质量控制措施
（1）混凝土浇筑时振动棒振捣密实，用长刮尺刮平，在混凝土浇筑2～3h后，用铁滚筒反复碾压数遍压实，用木蟹打磨，等混凝土收水后，终凝前再第二次反复抹平压实，以防止出现收缩裂缝。
（2）混凝土从底层开始浇筑，进行一定距离后回来浇筑第二层，如此依次向前浇筑。上层混凝土的振捣在下层商品混凝土初凝之前进行，同时振动棒深入下层混凝土5cm，以消除两层间接缝。在斜面上各振捣点严格控制振捣时间，移动间距和插入深度，振捣过程中出现泌水和浮浆及时抽走。
（3）混凝土输送泵管工作过程中覆盖麻袋，并洒冷水降温。
3.6 混凝土的测温及养护
（1）测温从混凝土浇筑至表面覆盖开始，温度上升过程中，1-3d为每2h测温一次，4-7d每4小时测一次，其后每8小时测一次。温度开始下降后，每12小时测一次至测试结束，特殊情况可以随时检测。
（2）如上表面与中心温度温差达到18℃时则预警，温差接近22℃时，及时通知现场值班人员，采取加速蒸汽输送等措施养护。
（3）搭设养护棚对大体积混凝土进行蒸汽养护。混凝土养护时间15天，养护期间派专人24小时值班，保证混凝土表面长期处于蒸汽养护的状态。确保混凝土的内外温差控制在允许范围内。
4结语
通过本技术的应用可以在一定程度上降低医用直线加速器室结构施工的难度，减少质量缺陷，降低施工成本，同时也为类似工程提供可靠的参考依据。
论文作者:怀红开,王颖,李超,唐阳
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/8/21
标签：混凝土论文; 加速器论文; 测温论文; 电缆沟论文; 直线论文; 墙体论文; 防辐射论文; 《建筑学研究前沿》2019年10期论文;