山东质子医院工程施工关键技术研究与应用研究报告

山东质子医院工程施工关键技术研究与应用研究报告集团第一建筑有限公司 1 1 2 4 11 11 11 13 13 33 45 51 56 67 78 81 85 85 85 86 86 86 86 87 87 88 881《“健康中国2030”规划纲要》、《国务院办公厅关于印发全国医疗卫生服务体系规划纲要（2015—2020年）》中分别提出了“建设心脑血管、肿瘤、老年山东省肿瘤防治研究院技术创新与临床转化平台项目位于山东省济南市国新建建筑面积约88350m2，其中地上建筑面积约56795m2，地下建筑面积约且混凝土结构复杂；在预留预埋方面，多达35个子2降要求必须<0.2mm/10米/年；在运输通道的封堵方面，由于质子治疗设备体积度大；在组织管理方面，由于质子维护楼的复杂性涉及到质子医疗建筑的施工总承包管理等一系列技术难题，未山东省肿瘤防治研究院技术创新与临床转化平台项目位于山东省济南市国维护楼建筑面积约4000平方米，该楼建筑功能为布置质子专3表1.2-1建筑设计概况序号1建筑功能布置质子专用设备及质子设备维护科研人员的办公空间。2建筑特点围绕质子舱高出地面的厚墙成“回字形”布置，办公空间靠外墙设置。3建筑面积总建筑面积4161㎡地下建筑面积2049㎡地上建筑面积2112㎡4建筑层数地下1地上16建筑高度±0.00绝对标高34.6m室内外高差0.3m基底标高-8.27m最大基坑深度建筑高度6.7m建筑总高7建筑平面横轴编号1-D/1-P纵轴编号横轴轴线距离77.6m纵轴轴线距离29.4m表1.2-2结构设计概况序号1结构形式基础形式桩筏基础主体结构形式钢筋混凝土框架剪力墙屋盖结构形式现浇屋盖2抗震设计设防烈度7度，按照8度采取抗震构造措施抗震等级框架三级，剪力墙二级3结构断面尺寸基础底板厚度（mm）1500mm墙体厚度（mm）约600~4200mm4柱主要截面尺寸（mm）400*400、800*800、φ600梁主要断面尺寸（mm）300*600、400*800楼板厚度（mm）100mm、130mm、2100mm、2300mm、2450mm、2500mm、2600mm、3700mm、4500mm勘察期间测得地下水静止水位埋深为6.50～14.60m，稳定水位标高为设经验，本场地自然条件下正常水位变幅约为3.0～5.0m，近年来最高水位为素诸多。墙体最厚处达4200mm，顶板最厚处达4500mm，裂缝控制难度极体厚度为200mm~4200mm变截面设置，顶板厚度为2100mm~4500mm，顶板最大支5图1.3-1典型结构剖面图1.3-2质子维护楼地下一层平面图1.3-3质子维护楼顶板厚度示意图6本项目采用了瓦里安ProBeam质子治疗系统，其超导回旋加速器自重达到110t，旋转机架自重达到170t，分别由三块预埋钢板支撑，最大长宽厚分别为电管线的影响下，实现所有边的水平精度±10mm，竖向精度±5mm，整个板最大图1.3-4大尺寸预埋钢板示意图利用独立支架及BIM+三维激光扫描技术的大尺寸预埋件高精度安装的施工方法。其原理是采用独立支架定位、固定，利用BIM+三维激光扫描技术进行深7吊装口4.8m，具有构件自重大、受已安装完成内容影响吊装安装空间狭小、精表1.3-1超导回旋加速器主要组件序号组件名称净重量1回旋加速器下部分76t2回旋加速器上极盖28t表1.3-2旋转机架主要组件序号组件名称净重量1电缆卷筒2后滚轮组件3前滚轮组件23.94前下环28.4t5前上环27.9t6中间体721t8图1.3-5预埋管线示意图9图1.3-6项目周边振源情况主要的防辐射后封堵形式有吊装口防辐射封堵块封堵及防辐射屏蔽块墙体所有屏蔽墙体需采用多层错缝堆砌的形式，屏蔽砌块共有6种尺寸，单块重量1.3-7吊装口封堵块示意图图2.2-1技术路线图表3.1-1大体积混凝土概况序号类型尺寸/mm1基础底板厚度1430，1500，1600，1750，24002墙厚3600，3750，3800，3845，4200，3顶板厚度2100，2300，2450，2500，2600，3000，3700，4030，4100，4500，作为足尺试块模型，根据墙体厚度将足尺模型拓展至4.8m，足尺模型选择（1）大体积混凝土材料的选用。与普通混凝土相比，大体积防辐射混凝土胶凝材料取消了防水剂和矿粉，加入水化热调控和多元复合膨胀材料。使用P.II42.5水泥降低水化反应放热并减少了水泥用量，选用优质河砂和碎石，严（2）重混凝土材料的选用。采用表观密度大的磁铁矿石制备混凝土，一旦（3）配合比试验。设置不同比例的胶凝材料及外加剂，在搅拌站试配混凝（4）基础插筋及固定架预埋板布置。在进行基础插筋施工时，为避免外侧图3.1-1基础插筋示意图图3.1-2预埋板定位示意图图3.1-3工艺管线模块化安装、钢筋绑扎图3.1-4温度、应变监测点布置示意图过50cm。在浇筑前利用BIM模型导出振捣点位图，严格按图进行振捣。混凝土图3.1-5振捣点布置示意图含泥量(%)、泥块含量（%）、累计筛余）；），表3.1-2混凝土试验配合比（kg/m3）编号水泥粉煤灰砂石子水抗裂剂121678729223478729378729478729521678722678722721684099029表3.1-3混凝土工作与力学性能情况编号减水剂掺量/%扩展度/mm流动性包裹性抗压强度初始2h3d7d12.5%580520流速中等一般24.122.5%580510流速中等一般21.629.232.5%590520流速快24.142.5%600520流速快25.552.5%570520流速中等一般25.662.5%590520流速中等一般21.472.5%600540流速快优23.8表3.1-4送检大体积混凝土建议配合比（kg/m3）结构部位水泥粉煤灰砂石子水抗裂剂2168402923484029底板21684022图3.1-6底板与墙体水平施工缝布置示意图图3.1-7凸企口吊模图图3.1-8下凹企口缝示意图表3.1-5分层分次技术要点次浇筑。底板浇筑第一次施工由-12.03m浇筑至-1图3.1-9第一次浇筑位置示意图图3.1-10第一次浇筑BIM模型图图3.1-11第二次浇筑示意图图3.1-12第二次浇筑BIM模型图图3.1-13第三次浇筑示意图图3.1-14第三次浇筑BIM模型图图3.1-15第四次浇筑布置图图3.1-16第四次BIM施工模拟图图3.1-17浇筑位置示意图图3.1-18墙体分次浇筑示意图低了模架技术风险，提高了结构成型质量，顶图3.1-19顶板浇筑位置示意图图3.1-20板顶标高示意图图3.1-21顶板板厚示意图第八次浇筑顶板除了东南侧板厚3.7m、4.1图3.1-22第八次浇筑BIM模型图图3.1-23第九次浇筑部位图3.1-24第九次浇筑BIM模型图图3.1-25第十次浇筑位置示意图图3.1-26第十次浇筑BIM图图3.1-27第九次浇筑位置示意图图3.1-28第十一次浇筑BIM模型图图3.1-29第十二次浇筑位置示意图图3.1-30第十二次浇筑BIM模型图图3.1-31第十三次浇筑位置示意图图3.1-32第十三次浇筑BIM模型图图3.1-33第十四次浇筑BIM模型图将钢筋偏移来扩大一个洞口，至足够放下混凝土泵车软管为止。待浇筑剩最后图3.1-34复杂位置下料口布置图3.1-35复杂位置振捣点布置图3.1-36质子区抗裂混凝土温度监测结果图3.1-37质子区抗裂混凝土变形监测结果图3.1-38普通混凝土温度监测结果图3.1-39普通混凝土变形监测结果图3.1-40基础底板结构混凝土养护措施图3.1-41外贴覆养护材料结构示意图图3.1-42外贴覆养护材料工程使用情况通裂缝、不密实区及孔洞，满足设计及质子放疗）；）；质子束流隧道顶板施工技术应用》（《建筑工程技术与设计》获国家级QC表3.2-1超危大模板一览表序号位置荷载（kN/m2）板厚支模高度板顶标1质子维护楼一层1-19~1-22交1-K~1-P77.822450mm3.55/4.55-0.7002质子维护楼一层1-20~1-22交1-L~1-E94.323000mm3/3.9-0.7003质子维护楼一层1-20~1-22交1-G~1-L67.322100mm3/3.94质子维护楼一层1-20~1-22交1/1-G~1-F82.322600mm2.5/3.45质子维护楼一层1-19~-1-22交1-G/1-E4500mm2.5/3.40.3006质子维护楼一层1-18~-1-20交1-F/1-E3700mm2.9-0.1007质子维护楼一层1-18~-1-19交1/1-G/1-E79.322500mm2.98质子维护楼一层1-18~-1-19交1-N/1-G73.322300mm2.99质子维护楼地下一层1-18~-1-20交1-M/1-K450mm3.38-6.700质子维护楼地下一层1-18~-1-20交1-K/1-J450mm3.38-6.700质子维护楼地下一层1-18~-1-20交1-J/1-K450mm3.38-6.700质子维护楼二层1-18~-1-20交1-M/1-K125.224030mm5.500质子维护楼二层1-20~-1-21交1-M/1-K125.224030mm5.500质子维护楼二层1-18~-1-20交1-L/1-J125.224030mm5.500质子维护楼二层1-20~-1-21交1-L/1-J125.224030mm5.500质子维护楼二层1-18~-1-20交1-J/1-G125.224030mm5.500质子维护楼二层1-20~-1-21交1-J/1-G125.224030mm5.500质子维护楼一层1-18~-1-19交1-N/1-G21.84500mm4.325-2.700质子维护楼地下一层1-18~-1-20交1-M/1-K21.84500mm4.325-2.70020质子维护楼地下一层1-18~-1-20交1-K/1-J21.84500mm4.325-2.700（1）质子维护楼地下一层三处机架室顶板厚度为450mm，施工总荷载为17.82KN/m2，此三处模板采用一层15mm覆膜木胶合板，次龙骨采用50×100mm丝杆长度不超过300mm，插入立杆长度不小于200mm。U位置位于地下一层图中图3.2-1支架室板厚450mm区域由端不得超过650mm，距地面200mm设置纵横扫地杆，立杆下方设置通长6.3#槽钢垫板或可调底托，支架架体四周外立面向内的第一跨每层均设置竖向斜杆，图3.2-2质子维护楼一层底板厚4500mm、3700mm区域图3.2-3质子维护楼一层底板厚3000mm区域图3.2-44500mm、3700mm、3000mm板厚架体搭设剖面图图3.2-54500mm、3700mm、3000mm板厚架体搭设平面图字钢，支架采用48×3.2mm盘扣式满堂脚手架，立杆纵距600mm、横距600mm，立杆下方设置通长6.3#槽钢垫板，支架架体四周外立面向内的第一跨每层均设图3.2-6质子维护楼一层底板厚2600mm、2500mm、2450mm、2300mm、2100mm区域置纵横扫地杆，立杆下方设置通长6.3#槽钢垫板，支架架体四周外立面向内的板厚4030mm，施工总荷载125.22KN/m2，此区域用48×3.2mm盘扣式满堂脚手架，立杆纵距600mm、横距600mm，步距不大于设置通长6.3#槽钢垫板，支架架体四周外立面向内的第一跨每层均设置竖向斜两侧架体整体支设，不能单独施工，中间无板图3.2-7回旋加速器及机架室悬挑部分位置图3.2-8机架悬挑部分（5）质子维护楼地下一层三处机架室悬挑板板厚度为500mm，施工总荷载丝杆长度不允许超过300mm，插入立杆长度不得小于200mm。位置位于地下图3.2-9夹层悬挑板位置图3.2-10机架室立杆布置图图3.2-11回旋加速器及束流通道架体搭设简图图3.2-12顶板搭设简图图3.2-13典型立杆补强示意图1图3.2-14典型立杆补强示意图2图3.2-15顶板加固区域示意图图3.2-16典型剖面图1图3.2-17典型剖面图2图3.2-185200mm高度三脚架组成图3.2-196800mm高度三脚架组成图3.2-20典型剖面图3项目采用承插型盘扣式支撑体系+三角形型钢支撑架+辅助钢管式脚手架技《一种单侧支模模板与龙骨的加固装置》（）；质子治疗系统大尺寸预埋板高精度安装技术是利用独立支架及BIM+三维激固定，利用BIM+三维激光扫描技术进行深化、校核检查，结合现场误差进行预埋钢板深化后，完成预埋钢板安装、调平、校系统穿越筏板钢筋层，如图3.3-1。采用BIM技术进行钢筋、螺栓、钢板及支3.3-1BIM深化模型3.3-2定位螺栓及支架三维视图3.3-3定制型基础底座示意图3.3-4定位螺栓及支架平面图3.3-5定位螺栓及支架立面图3.3-6螺栓利用上下螺母固定示意图3.3-7三维扫描结果示意3.3-8预埋钢板设计图3.3-9预埋钢板深化加工图3.3-10钢板孔洞详图3.3-11调平螺栓示意图钢板打磨一平，同时将设备安装区域进行打磨除项目利用BIM+三维激光扫描技术进行深化、校核检查，加快了校核效率，由于结构墙体超厚且密集，对工艺管线安装带来较大难度，因此运用BIM图3.4-1复杂区域管线优化排布和模块化设计图3.4-2支架尺寸图图3.4-3钢板BIM模型图图3.4-4钢板开洞尺寸图将组装完成的整体支架运至施工现场，采用红外线+线坠定位、底板预埋钢板与支架底座十字线定位重合的方式进行现场安装，图3.4-5底板区域点云模型图3.4-6点云模型与设计BIM模型比对分析图3.4-7管道口偏差分析报告质子区属于大体积混凝土，为保证预埋管线精准定位，项目采用BIM+点云（202010307596.5）；获局级工法1项——《基于BIM+点云扫）；吊装口4.8m，具有构件自重大、受已安装完成内容影响吊装安装空间狭小、精钩自重3吨，吊件荷载总重量G=82t，计算载荷Q=G*K1*K2，其中不均匀载荷距离建筑外墙距离为4.15米；拟选用三一重工350t履带吊的外形尺寸为9.95*8.45米；则计算吊装半径R=19.3+4.15+8.45/2=27.675米，实际选用28回旋加速器设备大件吊装过程中，350t履带吊的履带下铺设路基板板以分最大接地比压为467.9KPa=467图3.5-1可调基础版图3.5-2支撑柱及球面轴承支撑环图3.5-3侧支撑系统3.5-4能量拖链样式及安装位置图3.5-5超导回旋加速器下部分的上半球轴承图3.5-6超导回旋加速器下部分吊装3加速器上极盖重量为28t，通过锥销及支撑杆件图3.5-7加速器上极盖吊装图图3.5-8加速器上极盖与下部分连接图3.5-9钢平台等附属小件安装工艺装备上，同时垫好，并采取防滚动措施。使用室内行车单独吊起电缆卷筒，图3.5-10电缆卷筒吊装初步就位图3.5-11电缆卷筒临时放置固定2）用履带吊将工艺装备小车组件吊入室内，并摆放和组装就位，使其达到图3.5-12工艺装备安装示意图3）前滚轴组件使用履带吊将其吊入室内，并放置于工装小车上，通过工装4）初步就位后，安装精度校准模块，利用校准模块的调节螺栓按照设备厂商标注的基准点及控制点调整前后底座的三维定位，三维允许偏差≤2mm，且越图3.5-13前下环原位抬吊起吊图图3.5-14前下环抬吊翻身图3.5-15前环连接锥销定位图3.5-16能量拖链链接安装的左支撑，做好吊装准备。将钢架整体旋转90度，在左支撑的下方45度磁极组件其倒运、吊装方式同135度磁极，进入建筑后可用室内行车配合吊装。首先组装其安装支架以及支架上的定位螺栓M42。吊起45度磁极，长梁磁极组件吊装方式同45度磁极。吊装前要在中间体上部安主要的防辐射后封堵形式有吊装口防辐射封堵块封堵及防辐射屏蔽块墙体所有屏蔽墙体需采用多层错缝堆砌的形式，屏蔽砌块共有6种尺寸，单块重量对于防辐射屏蔽块墙体，采用BIM技术进行施工模拟，并对用料进行统计统计，形成用料加工清单指导屏蔽块加工，对特殊节点进行BIM深化，解决墙图3.6-1BIM深化封堵块横截面图图3.6-2BIM深化封堵块纵截面图图3.6-3BIM深化封堵块编号图封堵块制作前需确定制作区域，而封堵块无工艺尺寸，最大长度7.7m，数针对吊装口封堵顺序，分三批次在现场制作，保第一批制作机架室一、机架室二、机架室三上层封堵块图3.6-4封堵块制作存储平面布置图封堵块安装前，应从存储区域采用QAY350将封堵块吊起，平稳放置在运输运输的封堵块必须按照吊装要求顺序进行吊图3.6-1防辐射屏蔽墙体深化效果图块的产生；屏蔽块墙体砌筑形式和墙体厚度符合要求防护网整体采用镀锌角钢框架+镀锌钢丝网的形式通过膨胀螺栓和焊接形式图3.6-5防护网节点图图3.6-6防护网转角处节点图舱室处的屏蔽墙的凹槽需添加过梁，跨度分别为2310mm和740mm，为减少图3.6-7西侧过梁剖面图图3.6-8东侧过梁剖面图图3.6-9砌筑顺序图根据地面排砖线及BIM模型进行首层屏蔽块堆砌，首层第一排砖采用图3.6-10首层砌筑效果图由于单块较重，一次砌筑高度不宜过高，采用分层整理砌筑，一般选2-3图3.6-11中间层砌筑效果图图3.6-12防护网西立面图3.6-13舱室防护网节点图入凹槽两侧长度符合方案要求，过梁放置平整、无误后防辐射屏蔽块墙体施工技术的实施增加了BIM模拟砌筑技术，以简单的制件，针对性的解决了传统安装施工方法效率低、成本高、距离京沪高铁约1000m。由于质子服务楼采用了先进的表3.7-1微振动控制指标频率基础底板震动（速度/加速度）4Hz-8Hz≤260ug8Hz-80Hz≤50μm/s其余频率≤100μm/s图3.7-1模型示意图其中的系数α和β与常用的粘性比例阻尼对本项目，结构的频率范围取为4～80Hz，ξ取0.03,计算得到：α=图3.7-2网格示意图而粘弹性边界便可以很好的进行波的向外传播绕基坑东侧施工道路和烟台路行驶，其中重车行驶速度为30km/h。在模拟重车图3.7-3重车荷载示意图即为：频率为4~8Hz时，建筑物基础底板振动加速度图3.8.1涉及的主要机电系统使用Swagelok不锈钢管子和配件。一般材料和设备无法工艺工序模拟，如：PZ柱施工工艺模拟、土方开挖工序模拟等，消除不合理的），），序号类型名称1实用新型专利一种普通混凝土和铁矿砂混凝土超厚墙体交接结构ZL202020585249.42实用新型专利一种超厚混凝土楼板侧模加固结构ZL202020585248.X3实用新型专利一种超厚悬挑板侧模的加固结构ZL202020584611.64实用新型专利一种单侧支模模板与龙骨的加固装置ZL202020585247.55实用新型专利一种密集群管精准预埋装置ZL202020584544.86发明专利一种普通混凝土和铁矿砂混凝土超厚墙体交接结构及方法202010306492.27发明专利一种超厚悬挑板侧模的加固结构及方法202010306337.08发明专利一种密集群管精准预埋装置及施工方法202010307596.59专利一种建筑顶板与墙体的嵌入型交接结构202121397345.7专利一种普通混凝土墙体和铁矿砂混凝土墙体的交接结构202121397852.0专利一种超重设备基础螺栓高精度预埋结构202121113743.1序号类别工法名称工法编号1山东省级工法超厚变截面质子束流隧道顶板施工工法暂无2山东省级工法基于BIM+点云扫描技术的复杂工艺管线精准安装施工工法暂无3山东省级工法大体积防辐射混凝土高精度预埋工艺管线足尺试验块施工工法暂无4局级工法超厚变截面质子束流隧道顶板施工工法ZJ1GF-918-20205局级工法基于BIM+点云扫描技术的复杂工艺管线精准定位施工工法ZJ1G