自屏蔽回旋加速器屏蔽室施工技術(shù)分析

殷世權(quán)

（原子高科股份有限公司，北京 102488）

核藥房通常使用全自動(dòng)、帶自屏蔽的回旋加速器，可以加速H‐粒子到19MeV；其工作原理為利用一定形式的電磁場(chǎng)加速帶電粒子，這些粒子轟擊靶核，引起核反應(yīng)，生成放射性核素?；匦铀倨骶哂懈吣芰?高束流-高產(chǎn)率性能，短時(shí)間內(nèi)允許高束流生產(chǎn)高活度水平18F-。產(chǎn)生的輻射射線能垂直穿過洞口及裂縫，為減少射線外泄，應(yīng)避免出現(xiàn)與墻面垂直的縫隙、洞口等。自屏蔽可保障工作或維修人員進(jìn)入加速器室時(shí)的輻射安全，且可降低對(duì)加速器屏蔽室墻壁的防護(hù)要求。加速器屏蔽室四周墻體采用鋼筋混凝土整體澆筑，墻體及頂板均為600mm厚，作為加速器的屏蔽體，底板為800～1000mm厚的筏板基礎(chǔ)；在屏蔽室的一側(cè)墻體上預(yù)留設(shè)備安裝洞，待回旋加速器安裝就位后，采用與墻體混凝土同規(guī)格的預(yù)制混凝土砌塊進(jìn)行封堵并設(shè)置企口縫。

1 筏板基礎(chǔ)施工

1.1 地基控制要點(diǎn)

由于自屏蔽回旋加速器本體及屏蔽體重量較大，總重量一般能達(dá)到70～100t之間，因此對(duì)地基的承載力要求較高，如果原土質(zhì)承載力不足，需根據(jù)地勘單位的意見進(jìn)行地基處理，處理后地基承載力特征值確保不小于160KPa才能進(jìn)行基礎(chǔ)施工。

1.2 筏板基礎(chǔ)混凝土施工控制要點(diǎn)

由于筏板厚度較大，需分層澆筑，將800mm厚筏板平均分為2次澆筑，且澆筑時(shí)應(yīng)均勻布料，不能靠振搗棒振動(dòng)自流，筏板頂面至施工縫的300mm高剪力墻應(yīng)在底板混凝土初凝前澆筑。

為滿足加速器屏蔽室的防滲、防裂、防輻射要求，理論上要求屏蔽室混凝土結(jié)構(gòu)需整體一次性澆筑完畢，施工期間不得留置施工縫。但由于實(shí)際施工時(shí)整個(gè)屏蔽室不能達(dá)到一次性澆筑完成，為便于剪力墻模板安裝施工和防輻射需求，在考慮剪力墻結(jié)構(gòu)受力最小區(qū)域預(yù)留施工縫的情況下，最合理的剪力墻施工縫應(yīng)留在±0.00以下250mm左右。且在澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)在施工縫斷面中心線位置沿縱向預(yù)埋1根木方，混凝土終凝后及時(shí)取出，確保斷面中間留置1道50mm寬×100mm深的茬口。

2 鋼筋混凝土墻體及頂板施工

2.1 施工縫處理控制要點(diǎn)

筏板側(cè)模拆除時(shí)，用斬斧或鋼釬將施工縫表面鑿毛，清理松動(dòng)石子，此時(shí)砼強(qiáng)度很低，鑿深20～30mm較容易，在墻體側(cè)模封模前，提前用壓力水將縫面沖洗干凈，邊澆邊刷素水泥漿1道，以增強(qiáng)咬合力，需特別注意施工縫中間茬口的清理。

2.2 剪力墻模板施工

由于自屏蔽回旋加速器屏蔽室墻體較厚，施工過程中特別是振搗時(shí)墻體模板側(cè)壓力特別大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，已經(jīng)多次出現(xiàn)屏蔽室墻體模板漲模、跑漿、拆模后表面麻面以及狗洞等現(xiàn)象，模板施工出現(xiàn)問題，不僅影響混凝土外觀，個(gè)別項(xiàng)目甚至出現(xiàn)墻體整體移位、垂直度不能滿足規(guī)范等多個(gè)問題，因此對(duì)于屏蔽室側(cè)墻模板的配制和安裝施工，首先應(yīng)通過計(jì)算，確保配模及加固方式能夠保證施工過程中模板承載力的可靠性，同時(shí)分析可能出現(xiàn)的問題，逐一針對(duì)解決。

經(jīng)過核算和現(xiàn)場(chǎng)多次實(shí)際使用情況，墻體模板支撐采用下述方案可以保證施工安全，即采用50×100mm方木作為豎楞使用，方木短邊緊貼模板，嚴(yán)禁長(zhǎng)邊貼模使用。方木的橫向間距設(shè)定為200mm，背靠的橫楞用2×φ48×3.5mm的架子管，架子管的上下間距設(shè)定為500mm，采用φ14mm的穿墻對(duì)拉螺栓間距500mm布置，與蝶形扣件配套使用，最下一橫排穿墻對(duì)拉螺栓距離施工縫不超過150mm，在其上、中、下3個(gè)部位各加1排φ48×3.5mm的架子管支撐，間距設(shè)定為500mm,上下排相互交錯(cuò)布置。

模板施工需嚴(yán)格按照施工規(guī)范執(zhí)行，嚴(yán)格履行驗(yàn)收環(huán)節(jié)，支撐受力點(diǎn)均應(yīng)逐一檢查，確保每個(gè)卡扣擰到位。施工前應(yīng)要求施工單位針對(duì)此項(xiàng)方案和現(xiàn)場(chǎng)施工人員經(jīng)驗(yàn)校核整個(gè)模板支撐系統(tǒng)的承載力，包括詳細(xì)的介紹模板支護(hù)體系承載力的計(jì)算過程，荷載計(jì)算、模板及次龍骨的設(shè)計(jì)及驗(yàn)算、主龍骨的設(shè)計(jì)及驗(yàn)算和穿墻螺栓設(shè)計(jì)等，并經(jīng)監(jiān)理審核通過后才能開始施工。

剪力墻穿墻螺栓要求需特別注意，由于自屏蔽回旋加速器工作時(shí)產(chǎn)生的輻射射線能垂直穿過洞口或裂縫，為減少射線外泄，應(yīng)避免出現(xiàn)與墻面垂直的洞口或裂縫，包括一般可抽出的對(duì)拉栓留下的穿墻小孔。因此，自屏蔽回旋加速器屏蔽室墻體模板應(yīng)使用中間帶止水板不可抽出的穿墻對(duì)拉螺栓。

2.3 梁模板支撐施工

加速器屏蔽室結(jié)構(gòu)梁分2種，L1：600×800（暗梁）；L2：600×2000,梁頂標(biāo)高4.300m，L1支撐體系同結(jié)構(gòu)板，LL2位于屏蔽室防護(hù)門處，跨度1m，該梁需單獨(dú)搭設(shè)梁支撐體系。

（1）梁底支撐模板采用15mm厚木膠合板，立桿采用Ф48.3×3.5mm鋼管，立桿沿梁跨度方向間距350mm，沿梁兩側(cè)橫向間距1200mm（按梁寬均勻分布），步距1500mm（橫縱向水平桿設(shè)置不得少于3道，含掃地桿，最頂1道離梁底不得超過500mm）。

（2）梁底次龍骨采用50×100mm木方，沿梁跨度方向通長(zhǎng)均勻設(shè)置且不少于5根；主龍骨采用Ф48.3×3.5mm鋼管，且梁每縱距內(nèi)附加1根主龍骨；梁底沿梁跨度方向增設(shè)1根立桿，間距350mm，頂部采用雙鋼管+頂托支撐。

（3）沿梁跨度方向的第1排立桿離墻邊距離150mm起開始搭設(shè)，保證次龍骨木方最大懸挑距離不大于150mm。

（4）本方案梁、板立柱共用，梁支撐體系需與板支撐體系連成整體，保證架體的穩(wěn)定性。

（5）梁側(cè)模支撐體系同剪力墻支撐體系，要求對(duì)拉螺桿不得少于5道，水平小梁木方間距為200mm，且不得少于10根（含封口木方）。

（6）L2梁兩側(cè)立桿上增設(shè)防滑扣件，防滑扣件應(yīng)安裝牢固，且頂緊立桿與水平桿連接的扣件。

2.4 板支撐施工

現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)頂板厚600mm，采用Ф48.3×3.5mm鋼管搭設(shè)滿堂支撐架，立桿搭設(shè)高度5.1m左右。

（1）立桿縱、橫向間距600mm，步距1500mm（橫縱向水平桿設(shè)置不得少于3道，含掃地桿，最頂1道離板底不得超過500mm）。

（2）板底次龍骨采用40×40×2.5mm方鋼管，間距150mm；主龍骨采用Ф48.3×3.5mm雙鋼管+頂托，平行于板縱向鋪設(shè)。

（3）立桿搭設(shè)離墻邊距離不得超過300mm，保證主、次梁最大懸挑距離不超過300mm。

（4）剪刀撐搭設(shè)。①豎向剪刀撐：架體外立面四周均由底到頂連續(xù)設(shè)置，桿件與地面夾角45～60°，與地面頂緊。剪刀撐的搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于1.0m，每個(gè)搭接長(zhǎng)度上應(yīng)有3個(gè)以上扣件。剪刀撐與立桿的交接的每根交點(diǎn)都要用扣件扣緊，每個(gè)扣件的中心線與立桿主節(jié)點(diǎn)的距離≤150mm，架體搭縱、橫必須與結(jié)構(gòu)拉接穩(wěn)固，保持架體的整體性。剪刀撐扣件安裝時(shí)，必須檢查是否擰緊，用力矩扳手檢測(cè)，擰緊力矩應(yīng)須達(dá)到40～65N·m之間才算合格。②水平剪刀撐：在高大模板支撐體系頂部、掃地桿處各設(shè)置1道水平剪刀撐，間距≤6m，成45～60°夾角。

（5）掃地桿。腳手架必須設(shè)置縱、橫向掃地桿。第一步架體距地高度200mm作為掃地桿，縱上橫下設(shè)置。

（6）立桿調(diào)整。立桿頂端與鋼架管橫梁之間使用可調(diào)托撐調(diào)節(jié)，自由可調(diào)部分的長(zhǎng)度控制在500mm以內(nèi)，插入立桿的長(zhǎng)度控制在150mm以上。如圖1。

圖1

2.5 模板施工其他控制要點(diǎn)

為防止射線外泄，理論上不應(yīng)在墻體和頂板上預(yù)留垂直墻面或屋面的孔洞，但實(shí)際上，由于自屏蔽回旋加速器及其輔助設(shè)備的水、氣體、排風(fēng)系統(tǒng)、電源等需要，必然需要預(yù)留部分穿墻孔洞，預(yù)留孔模板安裝的時(shí)候需盡量做成與墻面成45°的夾角。另外由于自屏蔽回旋加速器產(chǎn)生的射線源主要集中在靶頭的位置，因此設(shè)計(jì)和施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)禁在靶頭高度的墻體上留洞，盡可能的向上或向下留洞，以減少射線外泄量。

由于混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的蜂窩、空洞、麻面和貫穿裂縫都將引起射線外泄，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，任何以上缺陷都將引起工程失敗，極難彌補(bǔ)，損失重大。因此，在保證模板安裝穩(wěn)固的前提下，還要保證縫隙不漏漿，最好的辦法就是在模板拼接處用5cm寬泡沫膠條填塞，且拼縫處使用木方頂住，防止?jié)仓r(shí)泡沫膠條被水泥漿涌出。龍骨用M8螺栓鎖死，防止模板拼縫處搓臺(tái)。

3 混凝土裂縫防治

自屏蔽回旋加速器屏蔽室墻體及頂板厚度較大，混凝土澆筑后會(huì)產(chǎn)生較大水化熱，混凝土內(nèi)外溫差大和失水太快，都很容易出現(xiàn)裂縫，一旦出現(xiàn)貫通縫，將出現(xiàn)射線外泄現(xiàn)象，因此需要有針對(duì)性的防治裂縫產(chǎn)生，不僅要控制混凝土的配比，還要控制施工過程收面和養(yǎng)護(hù)。氣溫較低時(shí)應(yīng)做好保溫措施，防止混凝土內(nèi)外溫差太大。

4 設(shè)備安裝洞口施工

自屏蔽回旋加速器屏蔽室內(nèi)設(shè)備安裝主要分為加速器主機(jī)、屏蔽體、屏蔽填充物、電源柜及恒溫恒濕機(jī)等設(shè)備，加速器主機(jī)、屏蔽體外殼尺寸和重量都很大，均不能從屏蔽門進(jìn)入，所以屏蔽室施工時(shí)，必須預(yù)留設(shè)備安裝孔洞。一般現(xiàn)場(chǎng)具備條件的情況下，都將設(shè)備安裝洞口預(yù)留在室外運(yùn)輸?shù)缆犯浇膫?cè)墻，便于安裝，個(gè)別場(chǎng)區(qū)條件限制，也可以從屋面預(yù)留洞口吊裝設(shè)備。不論哪種方式安裝設(shè)備，洞口封閉都成了射線屏蔽的薄弱點(diǎn)，安裝洞口一般需要3.1m×2.95m,洞口側(cè)墻斷面需留100mm錯(cuò)茬，即側(cè)墻300mm厚為3.1m×2.95m,另300mm厚為3.3m×3.15m,為便于設(shè)備就位，洞口底標(biāo)高定為±0.00。洞口封閉需預(yù)制與墻體同標(biāo)號(hào)、同密度的混凝土塊，且封閉時(shí)應(yīng)如圖2所示錯(cuò)開砌筑，以防通縫。

圖2

5 防雷接地

自屏蔽回旋加速器施工時(shí)，防雷接地需2種類型，一是建筑接地，二是設(shè)備接地。常規(guī)建筑接地利用建筑主體基礎(chǔ)4根結(jié)構(gòu)鋼筋串聯(lián)成1個(gè)網(wǎng)狀通路，再與人工鋪設(shè)的-40×4扁鐵接地體焊接成網(wǎng)狀通路，形成整體工程的TN-S接地保護(hù)系統(tǒng)。設(shè)備接地根據(jù)設(shè)備的性能和瞬時(shí)放電需求而定，通常需要單獨(dú)設(shè)立1套接地系統(tǒng)，一般使用12根直徑20mm的銅棒作為接地極，間距500mm打入自然圖層內(nèi)，并用25×6紫銅帶連接后與設(shè)備本體相關(guān)部件相連。為滿足設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，要求接地電阻不大于1Ω，如果遇到實(shí)測(cè)值達(dá)不到要求的還應(yīng)增加接地極或接地模塊。

6 視頻監(jiān)控

自屏蔽回旋加速器屏蔽室內(nèi)應(yīng)配備應(yīng)急照明和視頻監(jiān)控，視頻監(jiān)控要求至少在房間對(duì)角設(shè)置2臺(tái)攝像頭，確保全部房間內(nèi)可視無死角，以防室內(nèi)有人時(shí)關(guān)門運(yùn)行加速器。

7 排風(fēng)及過濾

自屏蔽回旋加速器屏蔽室內(nèi)應(yīng)設(shè)進(jìn)排風(fēng)管道，進(jìn)空調(diào)新風(fēng)，排風(fēng)經(jīng)活性炭裝置過濾后排放至大氣，其中要求換氣次數(shù)需達(dá)到10次/h。按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定，活性炭過濾凈化效率應(yīng)達(dá)到99.9%以上。

8 安全聯(lián)鎖

防護(hù)門需要達(dá)到15mm以上鉛當(dāng)量，通常使用規(guī)格防護(hù)厚度為1.5mm不銹鋼+10mm厚鋼板+10mmPb+100mm含硼石蠟+10mm厚鋼板+1.5mm不銹鋼。且防護(hù)門必須安裝安全聯(lián)鎖裝置，做到門與加速器束流聯(lián)鎖，只有關(guān)閉好防護(hù)門方可供束。一旦防護(hù)門打開，加速器高壓或離子源關(guān)閉。使輻射劑量與門聯(lián)鎖，一旦超出設(shè)定劑量限值，輻射聲光報(bào)警，防護(hù)門不能打開。