自屏蔽回旋加速器屏蔽室施工技術分析

殷世權

（原子高科股份有限公司，北京 102488）

核藥房通常使用全自動、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加速帶電粒子，這些粒子轟擊靶核，引起核反應，生成放射性核素。回旋加速器具有高能量-高束流-高產率性能，短時間內允許高束流生產高活度水平18F-。產生的輻射射線能垂直穿過洞口及裂縫，為減少射線外泄，應避免出現與墻面垂直的縫隙、洞口等。自屏蔽可保障工作或維修人員進入加速器室時的輻射安全，且可降低對加速器屏蔽室墻壁的防護要求。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；在屏蔽室的一側墻體上預留設備安裝洞，待回旋加速器安裝就位后，采用與墻體混凝土同規格的預制混凝土砌塊進行封堵并設置企口縫。

1 筏板基礎施工

1.1 地基控制要點

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

1.2 筏板基礎混凝土施工控制要點

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，且澆筑時應均勻布料，不能靠振搗棒振動自流，筏板頂面至施工縫的300mm高剪力墻應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構需整體一次性澆筑完畢，施工期間不得留置施工縫。但由于實際施工時整個屏蔽室不能達到一次性澆筑完成，為便于剪力墻模板安裝施工和防輻射需求，在考慮剪力墻結構受力最小區域預留施工縫的情況下，最合理的剪力墻施工縫應留在±0.00以下250mm左右。且在澆筑混凝土時，應在施工縫斷面中心線位置沿縱向預埋1根木方，混凝土終凝后及時取出，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

筏板側模拆除時，用斬斧或鋼釬將施工縫表面鑿毛，清理松動石子，此時砼強度很低，鑿深20～30mm較容易，在墻體側模封模前，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墻體模板側壓力特別大，根據現場調查，已經多次出現屏蔽室墻體模板漲模、跑漿、拆模后表面麻面以及狗洞等現象，模板施工出現問題，不僅影響混凝土外觀，個別項目甚至出現墻體整體移位、垂直度不能滿足規范等多個問題，因此對于屏蔽室側墻模板的配制和安裝施工，首先應通過計算，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，同時分析可能出現的問題，逐一針對解決。

經過核算和現場多次實際使用情況，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，嚴禁長邊貼模使用。方木的橫向間距設定為200mm，背靠的橫楞用2×φ48×3.5mm的架子管，架子管的上下間距設定為500mm，采用φ14mm的穿墻對拉螺栓間距500mm布置，與蝶形扣件配套使用，最下一橫排穿墻對拉螺栓距離施工縫不超過150mm，在其上、中、下3個部位各加1排φ48×3.5mm的架子管支撐，間距設定為500mm,上下排相互交錯布置。

模板施工需嚴格按照施工規范執行，嚴格履行驗收環節，支撐受力點均應逐一檢查，確保每個卡扣擰到位。施工前應要求施工單位針對此項方案和現場施工人員經驗校核整個模板支撐系統的承載力，包括詳細的介紹模板支護體系承載力的計算過程，荷載計算、模板及次龍骨的設計及驗算、主龍骨的設計及驗算和穿墻螺栓設計等，并經監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產生的輻射射線能垂直穿過洞口或裂縫，為減少射線外泄，應避免出現與墻面垂直的洞口或裂縫，包括一般可抽出的對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使用中間帶止水板不可抽出的穿墻對拉螺栓。

2.3 梁模板支撐施工

加速器屏蔽室結構梁分2種，L1：600×800（暗梁）；L2：600×2000,梁頂標高4.300m，L1支撐體系同結構板，LL2位于屏蔽室防護門處，跨度1m，該梁需單獨搭設梁支撐體系。

（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，沿梁兩側橫向間距1200mm（按梁寬均勻分布），步距1500mm（橫縱向水平桿設置不得少于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，沿梁跨度方向通長均勻設置且不少于5根；主龍骨采用Ф48.3×3.5mm鋼管，且梁每縱距內附加1根主龍骨；梁底沿梁跨度方向增設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，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，保證架體的穩定性。

（5）梁側模支撐體系同剪力墻支撐體系，要求對拉螺桿不得少于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梁兩側立桿上增設防滑扣件，防滑扣件應安裝牢固，且頂緊立桿與水平桿連接的扣件。

2.4 板支撐施工

現澆結構頂板厚600mm，采用Ф48.3×3.5mm鋼管搭設滿堂支撐架，立桿搭設高度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。

（3）立桿搭設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。①豎向剪刀撐：架體外立面四周均由底到頂連續設置，桿件與地面夾角45～60°，與地面頂緊。剪刀撐的搭接長度不應小于1.0m，每個搭接長度上應有3個以上扣件。剪刀撐與立桿的交接的每根交點都要用扣件扣緊，每個扣件的中心線與立桿主節點的距離≤150mm，架體搭縱、橫必須與結構拉接穩固，保持架體的整體性。剪刀撐扣件安裝時，必須檢查是否擰緊，用力矩扳手檢測，擰緊力矩應須達到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，縱上橫下設置。

（6）立桿調整。立桿頂端與鋼架管橫梁之間使用可調托撐調節，自由可調部分的長度控制在500mm以內，插入立桿的長度控制在150mm以上。如圖1。

圖1

2.5 模板施工其他控制要點

為防止射線外泄，理論上不應在墻體和頂板上預留垂直墻面或屋面的孔洞，但實際上，由于自屏蔽回旋加速器及其輔助設備的水、氣體、排風系統、電源等需要，必然需要預留部分穿墻孔洞，預留孔模板安裝的時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生的射線源主要集中在靶頭的位置，因此設計和施工時，應嚴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生的蜂窩、空洞、麻面和貫穿裂縫都將引起射線外泄，對環境造成嚴重影響，任何以上缺陷都將引起工程失敗，極難彌補，損失重大。因此，在保證模板安裝穩固的前提下，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，防止澆筑時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。

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，混凝土澆筑后會產生較大水化熱，混凝土內外溫差大和失水太快，都很容易出現裂縫，一旦出現貫通縫，將出現射線外泄現象，因此需要有針對性的防治裂縫產生，不僅要控制混凝土的配比，還要控制施工過程收面和養護。氣溫較低時應做好保溫措施，防止混凝土內外溫差太大。

4 設備安裝洞口施工

自屏蔽回旋加速器屏蔽室內設備安裝主要分為加速器主機、屏蔽體、屏蔽填充物、電源柜及恒溫恒濕機等設備，加速器主機、屏蔽體外殼尺寸和重量都很大，均不能從屏蔽門進入，所以屏蔽室施工時，必須預留設備安裝孔洞。一般現場具備條件的情況下，都將設備安裝洞口預留在室外運輸道路附近的側墻，便于安裝，個別場區條件限制，也可以從屋面預留洞口吊裝設備。不論哪種方式安裝設備，洞口封閉都成了射線屏蔽的薄弱點，安裝洞口一般需要3.1m×2.95m,洞口側墻斷面需留100mm錯茬，即側墻300mm厚為3.1m×2.95m,另300mm厚為3.3m×3.15m,為便于設備就位，洞口底標高定為±0.00。洞口封閉需預制與墻體同標號、同密度的混凝土塊，且封閉時應如圖2所示錯開砌筑，以防通縫。

圖2

5 防雷接地

自屏蔽回旋加速器施工時，防雷接地需2種類型，一是建筑接地，二是設備接地。常規建筑接地利用建筑主體基礎4根結構鋼筋串聯成1個網狀通路，再與人工鋪設的-40×4扁鐵接地體焊接成網狀通路，形成整體工程的TN-S接地保護系統。設備接地根據設備的性能和瞬時放電需求而定，通常需要單獨設立1套接地系統，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，并用25×6紫銅帶連接后與設備本體相關部件相連。為滿足設備穩定運行，要求接地電阻不大于1Ω，如果遇到實測值達不到要求的還應增加接地極或接地模塊。

6 視頻監控

自屏蔽回旋加速器屏蔽室內應配備應急照明和視頻監控，視頻監控要求至少在房間對角設置2臺攝像頭，確保全部房間內可視無死角，以防室內有人時關門運行加速器。

7 排風及過濾

自屏蔽回旋加速器屏蔽室內應設進排風管道，進空調新風，排風經活性炭裝置過濾后排放至大氣，其中要求換氣次數需達到10次/h。按照國家相關規定，活性炭過濾凈化效率應達到99.9%以上。

8 安全聯鎖

防護門需要達到15mm以上鉛當量，通常使用規格防護厚度為1.5mm不銹鋼+10mm厚鋼板+10mmPb+100mm含硼石蠟+10mm厚鋼板+1.5mm不銹鋼。且防護門必須安裝安全聯鎖裝置，做到門與加速器束流聯鎖，只有關閉好防護門方可供束。一旦防護門打開，加速器高壓或離子源關閉。使輻射劑量與門聯鎖，一旦超出設定劑量限值，輻射聲光報警，防護門不能打開。