质子治疗中心通过哪些工程和措施来达到防辐射要求

质子治疗中心是利用粒子加速器产生高能粒子，进而使用高能粒子轰击人体内的疾病组织，杀死病变细胞为目的，起到治疗的作用。通常质子治疗采用的能量是在235MeV左右，取这个能量的缘由是考虑到这么一个原因:235MeV的质子能够穿透大约34厘米厚的水，并在这个深度释放出绝大多数的能量。

既然是用放射线对付肿瘤，那身上会带有辐射吗。答案是否定的。那在设备启动，治疗过程中的一些辐射如何进行防护？这是要通过技术措施来实现的，辐射屏蔽大体积混凝土、钢筋、模版等几项分项工程都要科学施工避免射线泄露。

钢筋工程分项施工

因质子治疗机房设备区楼板较厚， 为保证下部支撑体系结构安全， 超厚楼板可采用叠合施工方法进行施工。叠合施工前，需提前与设计院讨论施工方案，经设计院计算分析后确定叠合层数及每层叠合高度，再根据混凝土的浇筑厚度来制定钢筋支撑措施。

钢筋支撑措施可分为三种：一是采用钢筋支架支撑体系， 由立杆、上部通长架立筋 、剪刀撑组成，需通过计算合理设置，并固定牢靠 ；二是采用临时钢管支撑体系， 由立杆、纵横向水平杆 、剪刀撑组成，需通过计算合理设置，刀撑的夹角宜为45~60。三是采用型钢支撑体系， 由立柱、顶部横梁、中间横梁钢筋剪刀撑、钢板垫板组成，立柱采用的槽钢型号 、横梁钢筋的直径 、剪刀撑钢筋的直径以及设置的间距均需通过计算合理设置，满足施工作业安全。

由于质子治疗区墙体内屏蔽辐射的特殊要求，屏蔽墙体具有钢筋直径大、钢筋数量密集、异型管件错综复杂等特点。墙体内医疗综合管线因辐射屏蔽的原因，管道以斜弯、S形弯、U形弯等众多形式设置在混凝土内，尤其是大尺寸的S形弯直埋风管  (密集地成排成列且间距精度要求高的大尺寸预埋工艺管道)， 与结构钢筋的布置产生大量碰撞。针对此类问题，可在设计初期利用BIM技术进行正向设计，对钢筋与综合管网的碰撞分析，分类整理，优化设计图纸，在施工阶段绘制钢筋深化图纸供现场施工使用；依据BIM技术绘制的深化图纸指导现场施工， 钢筋工程施工时， 管理人员应对照深化图纸仔细核对深化后的部位，及时纠正错误，保证钢筋工程的施工质量及医疗管道预埋位置的精准度。

质子治疗区墙体 、楼板结构内预埋管道数量多， 而且要求管线预埋的精度非常高，因辐射屏蔽要求， 预埋管道不能点对点直线预埋， 预埋管道均需满足拐弯要求，可挠金属电线管暗敷时，其弯曲半径较大，且预埋管间距为管外径的2倍 。为保证预埋管线的定位精度及安装稳固，安装工程的管线可分为两个阶段插入，在钢筋施工前及施工过程  中插入预埋管道安装 。具体实施措施如下：

可采用 BIM技术模拟出每处管线的布局位置，准确提炼出管线的具体标高，因安装管线非单根设置，设备厂家的工艺管道大多成排成列较为密集， 安装工程应保证与设计图纸中的间距和标高保持一致，且安装管线施工应和钢筋工程分先后顺序配合施工，故每处管线的标高均需分层  (排)  进行标注，以便计划钢筋工程及管线安装的流水施工时间，终形成预埋管道定位图。

为了管线安装的精准度和稳定性，可在钢筋工程施工时设置管线支架， 支架的高度及其中间的横梁间距根据管线的具体标高确定。

在钢筋工程施工前，先完成墙体钢筋控制线现场标识；随即根据BIM技术提供的预埋管道定位图和支架图，进行现场支架安装和低层管道安装；随后进行水平钢筋施工，待完成低层水平钢筋后，安装工程继续配合完成剩余部分管道施工， 待所有钢筋完成后，进行后续固定支架补充。钢筋工程与安装管线如此穿插施工缩短了工期，并保证了管线施工质量。

模版措施施工

质子治疗中心治疗舱室内的结构楼板及剪力墙出于辐射屏蔽的特殊要求均具有超厚、超高、超长的特点，并且施工空间狭小，施工操作不便，在模板加固体系设计的时候需综合考虑结构荷载、架体承载力、架体刚度和稳定性 、架体布局等各方面因素， 既要保证架体的安全性能， 又要保证施工人员在狭小的空间里有可操作性。

质子治疗区内的超厚楼板结构模板支撑体系，模板支架可选用重型承插型盘扣 式钢管脚手架 、普通扣件式钢管脚手架 、轮扣式钢管脚手架，模板可采用覆膜板 、胶合 板， 主梁可采用型钢 、槽钢双拼 、双钢管， 沿短跨方向布置， 次梁可采用钢矩管 、木 方 。结合质子治疗区厚大混凝土及施工操作空间狭小等诸多方面因素综合考虑， 建议支 架采用重型承插型盘扣式钢管脚手架 。该脚手架是一种高度灵活的多功能支撑架， 能在 保证模板支撑体系刚度和整体性的同时大限度地加大立杆间距 、保证作业空间， 减小 施工难度 。主次梁建议采用刚度较大的型钢 、槽钢 、钢矩管进行施工， 进一步保证支撑 体系的稳定性和整体刚度。

2)  超高 、超厚的辐射屏蔽剪力墙结构，模板加固体系可采用方圆新型剪力墙加固体系、普通钢管加固体系，模板可采用覆膜板 、胶合板， 主棱可采用方圆定制槽钢 、普 通钢管，次棱可采用钢矩管 、木方 。对于超厚墙主次梁，建议选用刚度较大的槽钢 、钢 矩管进行施工，保证墙体加固体系的稳定性和整体刚度。

3)  为了减少超厚楼板一次浇筑成型产生的恒荷载过大对模板支撑体系的影响， 建  议将超厚楼板分层进行叠合施工， 提前设计好叠合厚度，合理安排施工部署， 按规范要  求留置施工缝 。模板加固体系确定后， 可结合 BIM技术在模型里进行模板支架预排板， 能直观地看出模板支撑体系的具体排布位置 。合理的支架搭设能保证模板支撑体系的整  体性和稳定性 。在模板支架施工前由 BIM技术出具模板支架搭设深化图， 对管理人员  及操作工人进行书面交底，保证架体搭设顺利实施。

因质子治疗区的结构拥有超厚 、超高的特点，模板施工方案在实施前应根据施工现场实际情况 、地基承载力 、搭设高度等重要因素，并按规范要求编制完善的专项施工方案，且组织专家进行论证，论证完成后对施工人员进行方案技术和安全作业交底 。进入 施工现场的钢管支架及构配件的质量应严格把控，并在使用前进行复检， 经验收合格后 才能进入施工现场使用。

模板支架立杆搭设位置可根据BIM技术深化图进行搭设 ，先放线确认立杆点位， 再根据立杆点位在基础上放置垫板 ，垫板应平整 、无翘曲 、不得采用开裂的垫板 。承插型盘扣式钢管支架立杆应通过立杆连接套管连接 ，在同一水平高度内相邻立杆连接套管接头的位置应错开 ，且错开高度不宜小于750mm ，模板支架高度大于8m时 ，错开高度不宜小于500mm 。每搭完一步支模架后 ，应及时校正水平杆步距 ，立杆的纵 、横距 ，立杆的垂直偏差和水平杆的水平偏差 。立杆的垂直偏差不应大于模板支架总高度的1/500，且不得大于50mm。

大体积混凝土施工

由于质子治疗区内大体积混凝土特殊的辐射屏蔽要求 ，一般在混凝土的制备上会进行特殊处理 ，例如在原材料中掺用质量密度大的重晶石 、铁矿石、铁矿砂等作为骨料配制的重密度混凝土、混凝土密度不小于2. 8g/cm³ ，可改善混凝土的辐射屏蔽性能，或者掺用特殊的外加剂来提高大体积混凝土的抗裂性能，使混凝土自身在满足设计密度的条件下不产生裂缝 ，从而满足辐射屏蔽的性能。

若质子治疗区采用重密度混凝土  (重晶石或铁矿石混凝土)  进行施工 需要了解它的优缺点 ，从而达到扬长避短的效果 ，重密度混凝土具有表观密度大、易离析导热性能差等特点，在大体积混凝土中使用，应严格控制混凝土的温度裂缝 、收缩裂缝等，这样才能达到辐射屏蔽的效果。

重密度混凝土在配合比设计时尽量应减少水泥的用量，可选择使用低热普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，然后采用品质I 、Ⅱ级粉煤灰代替部分细骨料来改善混凝土拌和物的保水性和流动性 ，增加混凝土拌和物的锚聚性。由于重密度混凝土骨料相对较重 、貓度较大 ，建议选择稠度较小且能够与水泥具有较好相容性的聚赖酸外加剂。

结合现有标准 、工程实际条件 、开裂风险评估结果及设计相关要求 ，提出质子 治疗中心高效抗裂混凝土原材料及混凝土相关性能控制指标。根据相关技术指标要求对混凝土搅拌站及原材料进行优选 ，其中主要包括搅拌站拌和条件、原材料基本性能等， 采用优选原材料进行初步配合比设计与制备，并测试其工作性能和力学性能。

采用合适的技术途径来解决加速期水化放热集中的矛盾是控制大体积混凝土早期裂缝的关键。基于此，从水泥水化进程干预的角度，在大体积结构混凝土中掺加水泥水化热调控材料，可以在不降低放热总量的条件下，通过降低水泥水化加速期的放热速率，调控水泥水化流程 实现在一定散热条件下混凝土结构温度场的调控机制。

调控膨胀材料膨胀温降阶段的膨胀行为，利用不同膨胀特性的膨胀组分 (氧化钙、氧化钱) 实现分阶段、全过程的补偿收缩，有效解决传统膨胀补偿等技术和混凝土温度及收缩历程不匹配问题。

质子治疗中心的高效抗裂混凝土主要基于低水泥用量、低胶材用量 、大掺量矿物掺和料的方式，通过协同双重调控技术，终制备出低温升高抗裂混凝土。

质子治疗区混凝土对辐射屏蔽性能要求高 ，要求混凝土浇筑过程中较为密实、 硬化及服役过程中无裂缝，此混凝土应具有较好的流动性 。过小的浆体用量不能满足 混凝土工作性能要求 ，过大的浆体用量又会增加混凝土开裂的风险 。

随着混凝土浆量的增加，包裹骨料的浆体量增多，减小了骨料相对运动的摩擦力，混凝土流动性逐渐变大。采用zuijia浆体用量可以有效解决强度、工作性和体积稳定性之间的矛盾， 配制出高质量的高性能混凝土。zuijia浆体用量一般随着骨料的大粒径 、堆积密度变化而稍有 变化，通常而言，单方浆体用量控制在0. 30m³ 左右。

对于水泥应重点控制比表面积 、碱含量等指标，对于粉煤灰应重点控制需水量比、三氧化硫等指标，对于细骨料应重点控制含泥量、颗粒级配及细度模数等指标，对于粗骨料应重点控制含泥量、空隙率、针片状含量、压碎值等指标，对于减水剂应重点控制28d干燥收缩率比等指标，对于抗裂剂应重点控制水化热降低率及限制膨胀率等指标。

考虑到质子中心主体结构辐射屏蔽混凝土因水化温升导致的温降收缩及水化导致的自收缩等因素容易在早期引起开裂，混凝土配合比设计的总体原则为在满足强度和工作性能及耐久性能要求的基础上， 降低水泥及胶凝材料用量，减少水化热和混凝土收缩，同时从调控混凝土水化放热历程及分阶段全过程补偿收缩的角度对配合比进行优化设计，掺入具有温升抑制及微膨胀功能的抗裂剂。