大型高精度防輻射隧道屏蔽鐵結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

黃秋筠

（廣東省建筑工程機械施工有限公司 廣州510500）

0 引言

中國散裂中子源是一臺探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的超級顯微鏡，作為世界四大脈沖式散裂中子源之一，它有利于縮短我國與世界科技前沿的差距［1］。目前國內(nèi)尚未有關(guān)于大型高精度防輻射隧道屏蔽鐵結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的研究報道，本文重點研究防輻射隧道屏蔽鐵結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)。

1 工程概況

中國散裂中子源項目隧道屏蔽鐵結(jié)構(gòu)位于質(zhì)子束流末端，與靶心相連，質(zhì)子束流隧道經(jīng)過前期加速后到達此處的輻射劑量最大［2］。屏蔽鐵結(jié)構(gòu)由左側(cè)屏蔽層、右側(cè)屏蔽層和屏蔽頂層組合而成，左側(cè)屏蔽4層和右側(cè)屏蔽5 層，外包3.6 m、2.6 m 的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)［3］（見圖1a）。隧道輻射防護屏蔽鐵材質(zhì)為Q235B，厚度均為250 mm，長度范圍2.4～9.6 m；寬度范圍0.6～2 m；共計248 塊，總重約2 750 t。其中最重、最長的屏蔽塊尺寸為9 598 mm×1 150 mm，重量約21.2 t；最輕、最短的屏蔽塊尺寸為2 400 mm×600 mm，重量約2.8 t；重量大于20 t 的有5 塊；重量大于15 t 小于20 t 的有30 塊；重量大于 10 t 小于 15 t 的有 111 塊，重量小于10 t 的有 102 塊（見圖 1b）。

圖1 屏蔽鐵俯視及立面Fig.1 Shielded Iron Top and Elevation View

2 技術(shù)難點及解決思路

2.1 技術(shù)難點

屏蔽鐵重量重，最重的為21.2 t，吊裝難度大。為保證隧道內(nèi)各種設(shè)備有足夠的安裝空間及滿足高精度的定位要求，屏蔽鐵結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面大面不平度需小于10 mm；相鄰兩立塊頂部端面高度公差需小于3 mm；全部立塊頂部端面高度公差±5 mm，精度要求高。

國外散裂中子源隧道屏蔽鐵施工時先施工隧道墻體，再安裝隧道屏蔽鐵塊，屏蔽鐵塊在工廠精密加工，且安裝時室內(nèi)吊運設(shè)備已啟用［4］，其施工難度較小。中國散裂中子源項目由于考慮成本等因素，屏蔽鐵塊采用鑄鐵塊。鑄鐵塊未經(jīng)過工廠精密加工，鐵塊平整度誤差大于安裝的精度要求［5］。由于項目工期緊，屏蔽鐵塊安裝無法等到室內(nèi)吊運設(shè)備啟用再施工，為確保安裝精度，本項目采用先安裝屏蔽鐵塊再澆筑隧道墻體的施工方案。施工時除需確保屏蔽鐵塊的安裝精度外，還要采取措施避免混凝土澆筑時對鐵塊的精度造成影響［6］，施工難度大。

2.2 解決思路

本項目針對大型高精度防輻射隧道屏蔽鐵結(jié)構(gòu)開展技術(shù)攻關(guān)，創(chuàng)新性地應(yīng)用計算機可視化技術(shù)模擬屏蔽鐵塊安裝，優(yōu)化屏蔽鐵的排列和安裝順序，對屏蔽鐵進行精密加工處理，提高安裝精度和效率，同時設(shè)置高精度鋼支架與定位凸臺的定位系統(tǒng)，形成成套的施工技術(shù)，實現(xiàn)了防高劑量輻射的目的，為隧道內(nèi)各種結(jié)構(gòu)的安裝提供了一個高精度的基準(zhǔn)空間［7］。

3 關(guān)鍵技術(shù)

隧道底板及鋼屏蔽鐵塊的施工流程為：隧道底板施工放樣→隧道底板中間凸塊混凝土施工及預(yù)埋鋼板安裝→鋼屏蔽立塊吊裝→澆注混凝土側(cè)墻→澆注混凝土隔墻→靶站大廳內(nèi)鋼屏蔽橫塊吊裝→鋼屏蔽鐵塊噴涂耐輻射防銹漆→靶站大廳外鋼屏蔽橫塊吊裝→鋼屏蔽塊收尾→頂部預(yù)制混凝土屏蔽塊安裝［8］。

3.1 可視化模擬技術(shù)

通過精密打磨的屏蔽鐵仍存在部分誤差，在安裝前組織人員對現(xiàn)場的屏蔽鐵尺寸、誤差進行詳細測量。將上述得到的尺寸、誤差數(shù)據(jù)，在BIM 等軟件中進行可視化建模（見圖2）。建模時分別按照不同的排列順序進行安裝，找到可能影響屏蔽鐵安裝精度的因素，最終從不同的排列順序中找出誤差最小、效果最優(yōu)、安裝效率最快的排列順序。

圖2 可視化模擬Fig.2 Visual Simulation

3.2 精密加工技術(shù)

根據(jù)BIM 可視化模擬安裝過程的排版結(jié)果，對超出允許偏差的鋼屏蔽鐵塊進行精密打磨。打磨工藝如下：

⑴ 屏蔽鐵塊布點測量，每20 cm 布置一個控制點，使屏蔽鐵塊形成一個整齊的方格網(wǎng)［9］。

⑵ 根據(jù)布點測量數(shù)據(jù)，按表面平整度小于10 mm 的要求計算出每布置點的抽樣打磨的數(shù)據(jù)。

⑶ 利用屏蔽鐵四邊作為打磨控制點，先內(nèi)部后周邊的打磨順序進行可控制性精密打磨。

⑷ 打磨完成后再進行布點檢測打磨效果是否達到平整度要求。

⑸ 為保證隧道內(nèi)各種設(shè)備有足夠的安裝空間及滿足高精度的定位要求，中央凸臺的絕對位置與質(zhì)子束流中心距離為950+（0～5）mm。同時對中央凸臺側(cè)面進行打磨，使其與屏蔽鐵塊更加貼合。

3.3 高精度鋼支架輔助安裝技術(shù)

隧道底板中間凸塊的混凝土拆模之后，在鋼屏蔽立塊安裝之前，在中間凸塊上安裝一個槽鋼支架，以便控制鋼屏蔽立塊的標(biāo)高及垂直度［10］。

3.3.1 預(yù)埋立筋設(shè)置連接直筋

在隧道底板中間凸塊預(yù)埋一些立筋，立筋的位置需避讓凸塊內(nèi)的預(yù)埋鋼板。同時用鋼筋將立筋連接起來，根據(jù)鋼屏蔽立塊的安裝要求在與立筋連接的直筋的適當(dāng)位置上焊接附加立筋，解決因避讓鋼板造成立筋位置有死角的問題（見圖3）。

圖3 連接預(yù)埋立筋的直筋示意圖Fig.3 Straight Rib Diagram Connecting Pre-buried Ribs

3.3.2 安裝槽鋼支架

隧道底板中間凸塊的槽鋼支架用于控制鋼屏蔽立塊的標(biāo)高及垂直度（見圖4）。支架安裝完成后，安裝鋼屏蔽立塊時，將屏蔽立塊貼緊槽鋼支架安裝，使鋼屏蔽立塊頂面與槽鋼支架頂面平齊，精準(zhǔn)控制鋼屏蔽立塊頂面的水平度及垂直度。

圖4 槽鋼支架立面圖Fig.4 Channel Bracket Elevation

槽鋼支架采用10#槽鋼制成，其布置間距根據(jù)施工現(xiàn)場測定，寬度與中間凸塊一致，為1 900 mm，高度為第一層鋼屏蔽立塊的標(biāo)高-10.725 m，靶站大廳外的第一層鋼屏蔽立塊標(biāo)高為-9.325 m，根據(jù)鋼屏蔽立塊的實際標(biāo)高，現(xiàn)場調(diào)整槽鋼支撐高度。

中間凸塊的槽鋼支架是控制鋼屏蔽立塊的頂面水平標(biāo)高的基準(zhǔn)，支架安裝成型前、安裝過程中、安裝之后，要經(jīng)過多次測量，及時糾正尺寸偏差。槽鋼支架主要由槽鋼立柱、槽鋼橫梁及斜支撐組合焊接而成，安裝過程中實時測量監(jiān)控，確保支架頂面水平度偏差小于5 mm，垂直度偏差小于10 mm。各構(gòu)件在連接節(jié)點處進行焊接固定。

3.4 鋼屏蔽立塊吊裝

鋼屏蔽立塊安裝于RTBT 隧道的左右兩側(cè)，先安裝左側(cè)的鋼屏蔽立塊，然后再安裝右側(cè)的鋼屏蔽立塊（見圖5）。

圖5 鋼屏蔽立塊安裝順序示意圖Fig.5 Steel Shield Vertical Block Installation Sequence Diagram

左側(cè)的鋼屏蔽立塊第1 層先安裝中間的立塊，然后再向兩邊安裝，鋼屏蔽立塊在安裝后的總體排列長度比理論長度大，因此從中間開始安裝，將偏差的長度向兩邊分散（見圖6）。

圖6 立塊安裝完成圖Fig.6 Vertical Block Installation Completion Diagram

右側(cè)的鋼屏蔽立塊從折角處開始，向兩邊安裝。鋼屏蔽立塊先安裝第1 層的鋼屏蔽立塊，然后再安裝第2、第3、第4、第5 層。第1 層鋼屏蔽立塊內(nèi)側(cè)緊挨混凝土凸塊。

4 結(jié)束語

大型高精度防輻射隧道屏蔽鐵結(jié)構(gòu)施工技術(shù)成功應(yīng)用于中國散裂中子源一期工程中，通過計算機可視化技術(shù)模擬屏蔽鐵塊安裝、優(yōu)化屏蔽鐵的排列和安裝順序、精密加工屏蔽鐵、設(shè)置高精度鋼支架與定位凸臺的定位系統(tǒng)等技術(shù)措施，保證了安裝精度，提高了工作效率，大大節(jié)省了施工成本。

本研究成果可在我國后續(xù)的散裂中子源和類似工程建設(shè)項目中推廣應(yīng)用，對其他高精度的設(shè)備安裝工程也具有參考意義。