黃 俊

（廣東省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 廣州 510290）

關(guān)鍵字：醫(yī)用直線加速器；輻射屏蔽設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；大體積混凝土

0 引言

在我國(guó)當(dāng)前治療腫瘤的治療設(shè)備為醫(yī)用直線加速器，如今我國(guó)的各大醫(yī)院已經(jīng)開始逐漸使用該設(shè)備。因?yàn)獒t(yī)用直線加速器的工作原理比較復(fù)雜，而且所產(chǎn)生的射線能量較高，屬于結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的一種大型醫(yī)療設(shè)備，所以其對(duì)工作條件以及環(huán)境條件具有較高的要求，針對(duì)直線加速器用房［1-2］荷載大、輻射強(qiáng)等特點(diǎn)，需要進(jìn)行特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工組織［3-5］。加速器用房主要由加速器機(jī)房、控制室組成，而加速器機(jī)房由治療室、迷道和防護(hù)門組成，如圖1～圖2 所示。本文以某醫(yī)院直線加速器為例進(jìn)行分析，直線加速器的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 直線加速器的技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical Parameters of Linear Accelerator

圖1 醫(yī)用直線加速器Fig.1 The Medical Linear Accelerator

圖2 直線加速器安裝示意Fig.2 Linear Accelerator Fixing Sketch

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本醫(yī)院項(xiàng)目由多個(gè)單體和一層地下室組成，總建筑面積約46.9萬(wàn)m2。綜合建筑功能及結(jié)構(gòu)體系考慮，醫(yī)用直線加速器放置在地下室一層。本項(xiàng)目加速器機(jī)房（治療室）與控制室均分離；機(jī)房（治療室）均設(shè)置“L”型迷道，迷道口設(shè)有防護(hù)門，各個(gè)加速器機(jī)房布局符合《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范第1 部分：一般原則：GBZ/T 201.1—2007》中“治療裝置控制室應(yīng)與治療機(jī)房分離”的規(guī)定。直線加速器平面及剖面如圖3所示。

圖3 直線加速器平面及剖面Fig.3 The Medical Linear Accelerator Plan and Sectional

1.1 基礎(chǔ)及工作場(chǎng)所布局設(shè)計(jì)

機(jī)房采用1 000 mm厚筏板基礎(chǔ)。需注意，直線加速器在主體裝修后安裝，因此需提前預(yù)留安裝條件。根據(jù)廠家提資：機(jī)房位于地下室，需預(yù)留設(shè)備吊裝口4 m×3 m，運(yùn)輸通道尺寸不應(yīng)小于2.2 m（高）×2.0 m（寬）；底座承重不小于13 t，設(shè)備運(yùn)輸通道地面必須滿足點(diǎn)承重600 kg，地坑及機(jī)架基礎(chǔ)部分混凝土密度不小于2.35 t/m3。

1.2 輻射屏蔽設(shè)計(jì)選型

根據(jù)設(shè)備參數(shù)和《電子直線加速器放射治療放射防護(hù)要求：GBZ 126—2011》等相關(guān)要求［6-7］，配備醫(yī)用直線加速器的治療室需采取可靠的放射防護(hù)措施。通過對(duì)比4 種防護(hù)墻工藝［7］，如表2 所示，采取綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果最佳的防輻射防護(hù)材料-鋼筋混凝土進(jìn)行射線防護(hù)。

表2 4種防護(hù)隔墻工藝對(duì)比Tab.2 Comparison of Four Protective Partition Wall Processes

1.3 輻射屏蔽中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目直線加速器機(jī)房輻射防護(hù)屏蔽設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)，如表3所示。

表3 直線加速器機(jī)房輻射屏蔽設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)Tab.3 Technical Parameters for Radiation Shielding Design of Linear Accelerator Room

1.3.1 有用線束主屏蔽區(qū)寬度核算

根據(jù)《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范第1 部分：一般原則：GBZ/T 201.1—2007》4.3.3 中有關(guān)公式計(jì)算有用線束主屏蔽區(qū)的寬度，機(jī)房主屏蔽墻體寬度核算結(jié)果如表4所示。

表4 主屏蔽墻體的寬度核算Tab.4 Width Calculation of the Main Shielding Wall

式中：YP為機(jī)房有用射線束主屏蔽區(qū)寬度（m）；SAD 為源軸距（m），對(duì)于醫(yī)用電子直線加速器，取SAD=1 m；a為等中心至墻的距離（m）；θ為治療束的最大張角（相對(duì)束中的軸線），θ取14°；

1.3.2 加速器治療室外關(guān)注點(diǎn)的導(dǎo)出劑量率參考控制水平

本項(xiàng)目直線加速器的工作負(fù)荷：投入使用后，預(yù)計(jì)每臺(tái)加速器放射治療患者最多為80 人次/d，平均每名患者治療照射最大時(shí)間為6 min，每周工作5 d，則直線加速器周照射時(shí)間為40 h，年照射時(shí)間為2 000 h。直線加速器機(jī)房關(guān)注點(diǎn)分布如圖4?所示，立面關(guān)注點(diǎn)分布如圖4?所示。根據(jù)《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范第2 部分：電子直線加速器放射治療機(jī)房：GBZ/T 201.2—2011》的要求，在加速器治療室外設(shè)定關(guān)注點(diǎn)。各關(guān)注點(diǎn)輻射劑量率參考控制水平如表5所示。

表5 各關(guān)注點(diǎn)輻射劑量率參考控制水平Tab.5 Reference Control Level of Radiation Exposure Rate at Each Point of Concern

圖4 直加機(jī)房關(guān)注點(diǎn)分布Fig.4 Distribution of Attention Points in the Linear Accelerator Room

由《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范第2 部分：電子直線加速器放射治療機(jī)房》附錄A.2，單一有用線束在關(guān)注點(diǎn)的導(dǎo)出劑量率控制水平為：

單一泄漏輻射在關(guān)注點(diǎn)的導(dǎo)出劑量率控制水平為：

1.3.3 主次屏蔽區(qū)所需屏蔽厚度計(jì)算及合理性分析

參考《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范第2 部分：電子直線加速器放射治療機(jī)房GBZ/T 201.2—2011》中的計(jì)算方法，估算不同關(guān)注點(diǎn)達(dá)到劑量率參考控制水平時(shí)所需的屏蔽厚度，機(jī)房輻射屏蔽厚度核算分析如表6所示，相關(guān)的計(jì)算公式如下：

表6 機(jī)房輻射屏蔽厚度核算分析Tab.6 Calculation and Analysis of Radiation Shielding Thickness in Rooms

⑴ 有用線束和泄露輻射的屏蔽估算

① 關(guān)注點(diǎn)達(dá)到劑量率參考控制水平時(shí)，設(shè)計(jì)的屏蔽所需要的屏蔽透射因子：

② 估算所需要的有效屏蔽厚度Xe，再計(jì)算得屏蔽厚度Xcm：

式中：TVL1和TVL 分別為輻射在屏蔽物質(zhì)中的第一個(gè)什值層厚度和平衡什值層厚度（cm）。當(dāng)未指明TVL1時(shí)，TVL1=TVL。

⑵患者一次散射輻射的屏蔽估算

關(guān)注點(diǎn)達(dá)到劑量率參考控制水平時(shí)，設(shè)計(jì)的屏蔽所需要的屏蔽透射因子

1.4 設(shè)備洞口設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目物理測(cè)試預(yù)留管道采用45°斜插穿過機(jī)房與控制室之間的防護(hù)墻，物理測(cè)試管設(shè)計(jì)圖如圖5 所示。為增加泄漏射線的散射次數(shù)和衰減，電纜均通過地下電纜溝走線，從安裝加速器的地坑出線后沿著屏蔽墻內(nèi)側(cè)走線，在出口穿墻處采用“〕”型路徑設(shè)計(jì)，下沉后穿越屏蔽墻到達(dá)機(jī)房外，從而保證不減弱屏蔽墻體的屏蔽效果。電纜溝穿過屏蔽墻如圖6所示。

圖5 物理測(cè)試管設(shè)計(jì)Fig.5 Design of Physical Test Tube

圖6 電纜溝穿過屏蔽墻Fig.6 Plan of Cable Trench Passing Through Shielding Wall（mm）

直線加速器機(jī)房中通風(fēng)管道采用45°穿墻設(shè)計(jì)穿過機(jī)房迷道外屏蔽墻，增加通風(fēng)管道中泄漏射線的散射次數(shù)和衰減，從而減小泄漏射線的輻射影響。通風(fēng)管道穿過屏蔽墻如圖7所示。

圖7 通風(fēng)管道穿過屏蔽墻Fig.7 Ventilation Duct Passing Through Shielding Wall

2 混凝土施工技術(shù)

大體積混凝土施工應(yīng)符合《大體積混凝土施工規(guī)范：GB 50496—2009》及《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范：GB 50666—2011》［8-11］等相關(guān)規(guī)范要求。特別需要注意高支模專項(xiàng)的安全性和大體積混凝土澆筑過程降溫問題［12-13］。

2.1 施工難點(diǎn)

⑴頂板處次主屏蔽墻厚度1.8 m，主屏蔽墻厚度達(dá)3.0 m，現(xiàn)澆鋼筋混凝土自重和施工荷載大至78 kN/m2，因此，需采用高支模。而如何保證頂板模板支撐體系的穩(wěn)定性和安全性，是施工的重難點(diǎn)。

⑵墻體支模難度大，直線加速器機(jī)房有2道存在倒角為0.5 m的墻，傳統(tǒng)的模板韌性差，支模難度大。

⑶施工縫的設(shè)置難度大。傳統(tǒng)的水平施工縫，易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫，降低結(jié)構(gòu)的防輻射性能。因此，應(yīng)采用凸凹水平施工縫，施工縫凸凹槽處有密集鋼筋穿插，普通模板難以安裝。

2.2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

施工準(zhǔn)備→底板綁扎鋼筋→墻體鋼筋插筋→澆筑底板混凝土→頂板高支模支撐架搭設(shè)→墻體鋼筋綁扎→墻體和頂板模板搭設(shè)→墻體分層澆筑混凝土→頂板鋼筋分層綁扎→頂板分層澆筑混凝土→墻板混凝土溫度監(jiān)控與養(yǎng)護(hù)。

2.3 大體積混凝土施工措施建議

大體積混凝土施工質(zhì)量控制貫穿混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)整個(gè)過程，整體思路如下：

⑴優(yōu)化混凝土配合比，確?；炷恋哪途眯浴⒖?jié)B能力，合理控制混凝土初凝、終凝時(shí)間及坍落度，控制水化熱減少收縮；

⑵混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，杜絕出現(xiàn)施工冷縫，墻體分段澆筑的水平施工縫要求采用凹凸?fàn)钇罂?，且?yán)禁出現(xiàn)施工冷縫，施工縫處應(yīng)增加豎向插筋加強(qiáng)（不小于φ16@150×150，三級(jí)鋼），凹凸?fàn)钇罂谑┕たp如圖8所示；

圖8 凹凸?fàn)钇罂谑┕たpFig.8 Concave and Convex Groove Construction Joint（mm）

⑶應(yīng)重點(diǎn)注意大體積混凝土溫度監(jiān)控，建議采用自動(dòng)化溫度監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控大體積混凝土溫度，并采用外蓄內(nèi)散的綜合養(yǎng)護(hù)措施加強(qiáng)對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)。

3 結(jié)論

⑴對(duì)于某些醫(yī)療建筑特殊防護(hù)用房荷載大、輻射強(qiáng)等特點(diǎn)，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)國(guó)家規(guī)范等進(jìn)行設(shè)計(jì)，預(yù)留足夠的冗余度，并應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)的輻射防護(hù)設(shè)計(jì)。

⑵現(xiàn)澆鋼筋混凝土具有施工便捷、造價(jià)低、質(zhì)量易于保證、防輻射性能好等優(yōu)點(diǎn)，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土作為醫(yī)用直線加速器的防護(hù)墻既保證了防護(hù)效果又控制了施工成本，滿足醫(yī)療防護(hù)結(jié)構(gòu)安全性要求。

⑶直線加速器結(jié)構(gòu)施工前，應(yīng)充分考慮支模體系、混凝土自重、施工荷載等各項(xiàng)因素，對(duì)整個(gè)機(jī)房模板體系進(jìn)行高支模設(shè)計(jì)驗(yàn)算并組織專項(xiàng)論證；施工過程，應(yīng)對(duì)模板搭設(shè)及混凝土澆筑做好監(jiān)控。