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高及垂直度［10］。

3.3.1 預埋立筋設(shè)置連接直筋

在隧道底板中間凸塊預埋一些立筋，立筋的位置需避讓凸塊內(nèi)的預埋鋼板。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高-10.725 m，靶站大廳外的第一層鋼屏蔽立塊標高為-9.325 m，根據(jù)鋼屏蔽立塊的實際標高，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高的基準，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)項目中推廣應用，對其他高精度的設(shè)備安裝工程也具有參考意義。