多层叠加医疗加速器机房施工技术*

林华敏，刘 飞，宋 双，王梅杰，黄心颖，王义志，王 健

(1.中建三局集团有限公司工程总承包公司，湖北 武汉 430064； 2.华中科技大学同济医学院附属同济医院，湖北 武汉 430030)

1 工程概况

华中科技大学同济医院光谷院区配套项目(质子大楼)总占地面积2 178m2，在此空间内需建设回旋加速器、直线加速器及磁共振加速器等配套机房，为满足加速器的使用空间，采用3层叠加式加速器机房结构形式。本项目加速器设3类，为医院特殊功能(强辐射)房间。质子大楼效果如图1所示。

图1 质子大楼效果

叠加式加速器机房中，回旋加速器位于地下室1层，直线加速器位于1层，磁共振加速器位于2层，其剖面如图2所示。

图2 叠加式加速器机房剖面

加速器机房采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构，使用C40混凝土(地下部分采用C40/P12混凝土)，从侧墙、顶棚、底板等6面防护着手，根据加速器辐射当量计算混凝土厚度。加速器机房结构厚度如表1所示，f为泄漏辐射比率；R为辐射源点至关注点的距离(m)；θ为散射角度；αph为散射因子。

表1 加速器机房结构厚度

2 多层叠加医疗加速器机房施工重难点

2.1 大体积混凝土施工

加速器的使用功能要求(放射防护)极大地增加结构抗裂、抗渗施工难度，且需控制超厚板、超厚墙大体积混凝土的温度，当结构厚度达到2m(局部3m)时，应控制混凝土水化热，减小内外温差，避免出现裂缝。

2.2 高精度预埋件施工

该加速器机房采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构，因后期开槽、开孔难度大，直线贯穿开孔将导致射线泄露，且加速器配套设施较多，接驳管线复杂，需要在结构内预埋套管，精度要求高，方可保证施工功能需求。

2.3 施工缝射线泄露控制

多层叠加医疗加速器机房混凝土达5 000m3，无法一次性浇筑完成，施工缝的留置直接影响整个结构的放射防护效果，如何有效避免射线泄露，施工缝的处理是重点。

2.4 高大模板支撑施工

施工多层叠加医疗加速器机房顶板时，经计算得到楼板厚度，为保证防辐射效果，避免上下楼层的加速器相互影响，楼板厚度均为2.7m，对支撑架体承压能力要求极高。

采取分段式施工方法，由下而上、层层递进,在保证结构施工质量的同时可提高施工效率，每层机房施工部署如图3所示。

图3 每层机房施工部署

3 超厚墙板混凝土制备及养护技术

多层叠加医疗加速器机房楼板最厚为2 700mm，墙最厚为2 200mm，属于大体积混凝土。应重点控制原材料配合比，后期温控、养护措施应到位。

3.1 配合比

本工程大体积混凝土需要高性能减水剂及混凝土抗裂剂，经过大量的试验进行筛选优化，在满足混凝土工作性能、力学性能、耐久性能与抗裂性能的基础上，根据多次试配验证，确定每立方米混凝土配合比如下：水泥250kg、粉煤灰99kg、中砂820kg、碎石1 060kg、水105kg、抗裂剂31kg、减水剂8.5kg。

3.2 专用减水剂

超厚墙板大体积混凝土浇筑一旦控制不好，可能导致骨料下沉、浆骨分离等问题，进一步增大控制大体积混凝土结构裂缝的难度，严重时导致贯穿裂缝，影响混凝土结构的防辐射性能。为此，采用苏博特PCA-Ⅰ专用外加剂，具有高固含量、高减水率、高流动性、高稳健性等优点，在确保混凝土具有较好流动性的同时不离析、不泌水且骨料不下沉。根据试验来看，现场混凝土浇筑质量较好。

3.3 专用抗裂剂

温度应力在超大体积混凝土结构开裂中起主导作用，依靠单一的现有膨胀剂不能解决混凝土温度收缩问题，针对现有材料膨胀历程、混凝土温度历程、收缩历程严重不匹配的问题，采用苏博特HME-V混凝土(温控、防渗)高效抗裂剂，从而双重调控温度历程与膨胀历程。

温度历程调控是从水泥水化进程干预角度，通过调节水泥水化放热速率调控化学外加剂，协同掺和料水化放热特性，一方面降低水泥水化加速期的热速率，为结构散热争取时间，从而削弱温峰和温降过程，降低开裂风险。膨胀历程调控基于实体结构变形历程特点，利用不同膨胀特性的膨胀组分(氧化钙、氧化镁)实现分阶段、全过程的补偿收缩。同时，水化热调控材料和氧化钙、氧化镁类膨胀剂进行复合反应，可延缓结构升温速度，增强补偿收缩效果。

3.4 控温和养护

1)拆模前后进行 混凝土浇筑完成后，顶面开始第1次收浆抹面并覆盖水能量薄膜，薄膜上面喷雾，以保持湿润状态，等待6～8h后立即进行第2次收浆抹面，然后继续覆盖水能量薄膜并喷雾，混凝土初凝后进行第3次收浆抹面，覆盖≥3道保温棉，最后在保温棉上再覆盖1层彩条布。墙体结构顶面采用覆盖土工布+洒水保湿养护的方法，侧表面直接使用带木模板进行保温养护，养护时间根据温度监测结果进行确定。

2)拆模时间 墙体结构带模养护时间≥7d，具体依据监测结果确定拆模时间，避免内表温差最大时和环境温度最低时拆模，宜在白天气温较高时拆模。

3)监测混凝土温度 测温点根据混凝土厚度均匀分布设置，竖向间距中，最底部测温探头距底板底面50mm，上部探头距底板面50mm，中间部分间距应≤500mm(见图4)。

图4 结构测温点布置

4)墙体拆模后养护 底板覆盖塑料薄膜+保温棉，侧墙表面使用防护材料，在立面混凝土表面涂刷养护液+保温棉进行保温、保湿养护。根据测温结果动态控制保温棉厚度，温度较低时应增加保温棉厚度，温度较高时应减少保温棉厚度。

4 超厚楼板钢筋施工要点

1)超厚楼板施工要点

钢筋施工流程如下：钢筋定位放线→放置钢筋垫块→绑扎底筋→焊接200mm长槽钢垫块(开口朝上)→焊接槽钢立杆→焊接第1道槽钢横梁→焊接第2道槽钢横梁→绑扎板中钢筋→焊接第3道槽钢横梁→绑扎面筋。钢筋内支撑布置如图5所示。

图5 超厚楼板钢筋内支撑布置

2)超厚墙体钢筋施工要点

施工该机房墙体钢筋时，应设置水平向、竖向钢筋定位梯子筋，梯子筋与墙身竖向钢筋焊接，为防止钢筋内撑头长时间外露产生锈蚀，影响混凝土结构，模板拆除后应人工剔除外露钢筋头，并使用氧焊割掉，再使用同强度等级水泥砂浆进行封闭。

5 结构模板支撑体系施工要点

5.1 高支模架体整体搭设体系

为保证超厚楼板的稳固性，采用φ60承插型盘扣式钢管支架。经过架体强度、抗剪密度、挠度及立杆稳定性验算，确定该机房内架体立杆间距为600mm×600mm，水平步距为1.0m，其中最上一道步距控制为0.5m，小梁采用50mm×100mm木方进行满搭，主梁采用I14，并采用18mm厚木模板。

5.2 侧墙支撑体系

侧墙由18mm厚木模板+50mm×100mm@200mm木方+φ48.3钢管+对拉螺木进行加固，对拉螺栓间距450mm×450mm，底部4道加密螺栓间距225mm×450mm(见图6)。

图6 超厚墙体模板加固布置

6 预留预埋施工要点

根据加速器使用需求，进行BIM综合排布，对穿底板、墙体部位预埋相应套管，进行精准定位，墙体内钢筋错综复杂，为保证结构稳定性和套管空间，墙体内单独留置过墙部位不绑扎钢筋，待套管固定后仍采用混凝土进行一次浇筑(见图7)。

图7 墙体穿墙套管预留示意

为避免加速器射线从套管内泄露，需在墙体中上翻、横穿或者斜向、S形弯曲布置套管(见图8)。

图8 墙体内套管布置

7 细部节点处理

为保证混凝土浇筑质量，避免施工缝影响防辐射效果，所有侧墙水平施工缝均采用企口进行处理，与地下室侧墙相连的侧墙施工缝需配备镀锌钢板止水带，如图9所示。施工缝凸起300mm，留置宽度为墙厚的1/3，两侧采用对拉螺栓加固模板。

图9 施工缝企口处理节点

8 结语

建设小型化质子加速器机房和配套设施是需要充分条件的，在已建设完成的有限院区空间中，较难容纳需求空间较大的加速器机房，若叠加加速器机房可解决该问题。本文根据不同加速器的特点进行相应设计，整合到同一栋建筑中，满足各自的施工需求。

加速器的正常运行包括水冷机、紧密空调及热室等配套设备，具有大量复杂管线，为保证超厚混凝土结构的防辐射效果，不宜采用后开槽、开孔施工工艺，故全部采用预埋套管的形式，将套管加工成为S形、Z形等，代替直线形的普通套管。同时在结构混凝土施工过程中，采用企口形施工缝，代替平面形施工缝，避免加速器射线直穿墙体，在保证加速器正常运转的同时做好防辐射措施。

回旋加速器、直线加速器、磁共振加速器3层叠加式加速器机房自2021年10月30日开始插入施工，至2022年3月30日完成结构封顶，经过业主、监理、厂家及第三方复核，结构垂直度及预埋件精度均满足要求，实施效果良好。