Tot vier meter dikke wanden voor protonenkliniek

Artikel delen

We kijken er vaak met ontzag naar: de meters dikke muren van oude kastelen. Tegenwoordig ontbreekt de noodzaak van dergelijke dikten. Een uitzondering vormt de protonenkliniek die momenteel in Delft in aanbouw is. Deze kliniek heeft behandelruimtes met betonnen wanden tot een dikte van maar liefst vier meter. De 3,6 kilometer aan leidingen die door de betonnen wanden lopen, zijn geprefabriceerd en op de bouwplaats met behulp van BIM in frames aangebracht.

Tekst: ing. Frank de Groot
 

Vier meter dikke betonnen wanden, 3,6 kilometer ingestorte leidingen die op de millimeter nauwkeurig zijn gepositioneerd en vooral geen doorgaande naden en leidingen in de bestralingsbunkers. En dan ook nog een zeer korte bouwtijd. Ga er maar aan staan. Toch zijn de drie TBI-ondernemingen J.P. van Eesteren, Croon Elektrotechniek en Wolter & Dros, die de kliniek bouwen, er van overtuigd dat de gewenste kwaliteit en bouwsnelheid worden gehaald. Hoe? Vooral door slimmer te bouwen. ‘Het gehele project is integraal uitgewerkt in BIM: de protonenkliniek bestond al in digitale vorm ver voordat de grondwerkzaamheden op de bouwplaats aanvingen. Er zijn voortdurend maatvoerders aanwezig op het werk die het storten van het beton controleren en ook de maatvoering van de werktuigbouwkundige installaties opnemen. Installaties worden ook zoveel mogelijk geprefabriceerd aangeleverd’, zegt Erik Schipper, projectmanager J.P. van Eesteren.
 

Zicht op één van de twee gantries, met op de voorgrond van links naar rechts: hoofduitvoerder Eric van Nes (J.P. van Eesteren), projectmanager Robin Alberts (Wolter & Dros), projectmanager Erik Schipper (J.P. van Eesteren) en projectmanager Kees Luijk (Croon Elektrotechniek).

 

BIM-model

De voordelen van werken met BIM worden in dit project volledig benut. Hoofduitvoerder Eric van Nes van J.P. van Eesteren toont in de directiekeet op de bouwplaats op een groot scherm het 3D BIM-model, waarbij hij het gebouw laag voor laag kan afpellen. Alle installaties en sparingen komen daarbij bloot te liggen. Foute aansluitingen leiden direct tot een ‘clash’, waardoor al in de voorbereiding de uitvoering tot in detail kan worden voorbereid.
‘Na de gunning vorig jaar zijn we direct eerst het BIM-model gaan bouwen’, vertelt Van Nes. ‘Vanuit het constructief model zijn we alle leidingen en installaties gaan intekenen en bouwvolgorden gaan bepalen. Alle parameters zijn heel minutieus in het model gestopt.’ Tijdens zijn verhaal lopen we virtueel door de superdikke vloeren en wanden, alsof het beton nog niet is gestort. Leidingen, frames, sparingen; alles is zichtbaar en inspecteerbaar.
Onder het model is een woud aan heipalen te zien. Circa 340 prefab palen, van 500 x 500 mm en een lengte van 27 meter ondersteunen het betonnen gevaarte. De palen steken maar liefst 13 meter diep in de draagkrachtige zandlaag. ‘Geen overbodige luxe, want zettingen moeten voorkomen worden’, zegt Van Nes.
 

Om te voorkomen dat de mantelbuizen en leidingen van plaats veranderen tijdens het storten zijn ze eerst fabrieksmatig aan stalen frames bevestigd. Deze frames zijn op de bouwplaats zorgvuldig gesteld.

 

Veilige schil

Bij protonentherapie kunnen neutronen vrijkomen. Deze neutronen leggen alleen rechte banen af en worden door de dikke betonwanden opgevangen en gebonden door het in beton aanwezige water. Er zijn nergens in de behandelruimtes doorgaande naden of leidingen die recht door een wand lopen of in één lijn liggen. Zelfs de gangen en noodzakelijke leidingsparingen verspringen telkens.
In mei 2016 levert Varian Medical Systems NL het 90 ton zware cyclotron en 280 ton wegende gantries (zie kadertekst ‘Wat is een protonenkliniek?’). Deze behandelingsapparatuur wordt door tijdelijke sparingen in het dak in delen naar binnen gehesen. De sparingen voor de gantries – die een diameter van negen meter hebben – meten zelfs 14 x 7 meter. ‘Die sparingen worden daarna dichtgelegd met betonnen vloerplaten tot een totale dikte van 2,00 meter boven de gantries en 2,50 meter boven het cyclotron. Ook hier zijn de randen van de sparingen getrapt. Daardoor verspringen de naden van de volgende lagen. Bovendien leggen we de lagen kruislings, zodat er geen doorgaande naad meer te bekennen is’, vertelt hoofduitvoerder Van Nes.
 

De mantelbuizen moeten in het werk aan de binnenzijde naadloos aansluiten. Anders ontstaan er problemen met het doorvoeren van leidingen. Wolter & Dros heeft daarom een insteek-flensverbinding ontwikkeld, waardoor de mantelbuizen naadloos zijn aan te sluiten.

 

Toetanchamon

De hoofduitvoerder laat meer voorbeelden zien, zoals de bijna manshoge leidingkoker die vanaf de ruimte van het cyclotron dwars door het meters dikke beton naar de bovenliggende technische ruimte loopt: ‘In verband met de bereikbaarheid kunnen we die leidingstraat niet instorten. Dus laten we de leidingkoker ook twee keer de hoek omgaan. En het horizontale deel wordt later gevuld met stenen. Dit detail staat bekend onder de naam Toetanchamon. De bekisting is er later handmatig weer uitgehaald. In het BIM-model doet de sparing denken aan een geheime gang in de Egyptische piramides. Vandaar die bijnaam.’
Ook een groot deel van de data- en elektraleidingen blijven bereikbaar. Kees Luijk, projectmanager Croon: ‘In de 2 meter dikke begane grond vloer zijn kabelgoten opgenomen voor de E-leidingen. Deze worden afgedekt met stalen roosters, zodat ze bereikbaar blijven voor onderhoud en aanpassingen. Verder zijn de computerruimten in de technische laag boven de bestralingsbunkers voorzien van 1,00 meter hoge computervloeren, waardoor we veel kabels en leidingen vanuit de behandelruimtes hier kwijt kunnen.’

Superdikke betonwanden storten

Wanden van 2 tot 4 meter dik storten: stelt dit extra eisen aan het stortproces? ‘Veel mensen denken dat de bekistingsdruk enorm oploopt bij dikkere wanden. De wanddikte is echter niet bepalend voor die druk, maar de wandhoogte. Maar die hoogte is hier niet extreem. Wat wel de aandacht vroeg is het op zijn plaats houden van ruim 3.600 meter roestvast stalen leidingen en PE mantelbuis in allerlei configuraties. Het klinkt vreemd, maar bij een 2,50 tot zelfs plaatselijk 4,00 meter dikke vloer, is er alleen wapening aan de boven- en onderzijde nodig. Daartussen zit dus niets waar je mantelbuizen aan kunt fixeren.’
Robin Alberts, projectmanager Wolter & Dros vult aan: ‘Om te voorkomen dat de mantelbuizen en leidingen van plaats veranderen tijdens het storten hebben we ze eerst fabrieksmatig aan stalen frames bevestigd. Deze frames zijn zorgvuldig gesteld. Vervolgens was het een uitdaging om de mantelbuizen op naast elkaar gelegen frames naadloos te verbinden. Naden geven namelijk wrijving tijdens het doorvoeren van de leidingen en dat kan problemen geven, ook al doordat de mantelbuizen moeten verspringen. We hebben echter een insteek-flensverbinding ontwikkeld waardoor we de mantelbuizen naadloos kunnen verbinden. Daarnaast zijn de rvs-leidingen ter plaatse orbitaal gelast, waarbij de las volledig machinaal wordt gemaakt.’
 

De technische installaties worden geprefabriceerd en vervolgens in delen aangeleverd op de bouwplaats, waardoor belangrijke tijdwinst wordt geboekt.

 

Proefstort

Maar ja, hoe weet je nu of de mantelbuizen en leidingen onder de enorme morteldruk niet alsnog verschuiven? Daarvoor is volgens projectmanager Schipper eerst een proefstuk gemaakt van 4 x 4 x 2,5 meter op het terrein bij de betonleverancier: ‘Dit proefstuk is laag voor laag volgestort, waarbij zorgvuldig werd bewaakt dat de mortel gelijkmatig in de kist stroomde en de druk niet plaatselijk heel hoog opliep. Alle leidingen van PE en roestvaststaal bleven daarbij netjes op hun plek. Dat zagen we met eigen ogen, maar werd gelukkig ook bevestigd bij de inspectie met een camera.’
Na die succesvolle proef is die werkmethode overgenomen op de bouwplaats. In totaal is 12.500 m3 beton gestort. De grootste stort betrof een wand van 4,00 meter dik en 3,60 meter hoog. Daarin verdween in één stort maar liefst 1.800 kuub beton. Met een stortcapaciteit van 80 m3 beton per uur, was bijna 24 uur nodig om de wand te storten. Dat was niet de enige uitdaging, zegt Van Nes: ‘We moesten verdichten vanaf loopbruggen. En gewone conussen werken natuurlijk ook niet bij wanddikten van 2 tot 4 meter. Dus hebben we waterdichte conussen met Dywidagstaven toegepast om de bekisting te positioneren.’
Schipper: ‘Het grind in de mortel is vervangen door kalksteen, wat een sterk dempend effect heeft op de temperatuurontwikkeling. In plaats van 60 graden werd het mengsel tijdens het uitharden niet warmer dan 45 graden.’ De spreek-, en onderzoekskamers en andere ruimten in het ‘courante deel’ zijn overigens traditioneler gebouwd, met zoveel mogelijk prefabbeton.
 

Zicht op een gantry. De sparing in het dak is later tijdelijk waterdicht gemaakt, zodat de afbouw binnen verder kon gaan tot de komst van de apparatuur. Pas daarna wordt het dak definitief dichtgelegd met meerdere lagen massieve betonplaten.

 

Prefabricage technische installaties

Op het moment dat Varian Medical Systems NL de medische behandelingsapparatuur levert, moeten de technische installaties gereed zijn. Een enorme uitdaging, vooral als we beseffen dat onder meer de gehele verdieping boven de behandelruimtes gevuld is met installaties. ‘Normaal gesproken zouden we 30 weken nodig hebben om al die installaties te plaatsen. Maar we hebben maar 10 weken!’, zegt Alberts van Wolter & Dros. ‘We hebben er daarom voor gekozen alle installaties bij Wolter & Dros te prefabriceren. De installaties komen nu in grote geprefabriceerde delen naar het werk. Voordeel daarbij is dat alles in BIM tot op detail is uitgewerkt. Daarmee komen we op een uitvoeringstijd van 20 weken. Door ook nog in twee ploegen te gaan werken – dus ook met een avondploeg – kan het in 10 weken.’
 

Het hele werk is eerst in een BIM-model tot in de kleinste details uitgewerkt.

 

Maatvoering

De behandelingsapparatuur wordt gesteld op 50 mm dikke staalplaten, die door Varian Medical Systems NL zelf exact waterpas zijn gesteld. Het is daarbij van belang dat de apparatuur exact op de goede hoogte staat ten opzichte van elkaar. Maar ja, hoe meet je dat wanneer er overal metersdikke wanden staan? Op verzoek van Varian Medical Systems NL zijn zogenoemde ‘aligmenttubes’ aangebracht. Deze worden door Varian gebruikt om de apparatuur op elkaar af te stemmen. Kees Luijk van Croon, licht toe: ‘In de betonnen wanden van de gantries zitten ronde sparingen die schuin omhoog lopen. Hierdoor kunnen de maatvoerders de hoogte van de voetplaten – op circa 3,80 meter beneden maaiveld – met een laser doorzetten naar de verbindingsgang op de begane grond. Vandaar kan de hoogte via schuine sparingen in de andere gantry weer naar de voetplaten worden doorgezet. Hetzelfde geldt voor de maatvoering naar de voetplaten van het cyclotron. En zo zie je telkens innovatieve oplossingen in dit project. Dat maakt het ook zo bijzonder voor ons om aan zo’n project te mogen werken!’
 

Ontwerp en bouw protonenkliniek

Nu het hoogste punt is bereikt lijken de behandelruimtes een onneembare vesting. Gelukkig gaan de patiënten dat anders ervaren, want die komen binnen aan de andere zijde van het ‘Holland Particle Therapy Centre’ (HollandPTC), dat een open en uitnodigend ontwerp heeft. Hier vinden we straks onder meer de entree, wacht-, rust-, onderzoeks- en behandelkamers en kantoorruimten. De gehele eerste verdieping is bestemd voor kantoren, laboratoria, onderzoek- en onderwijsruimten en personeelsruimten. De laboratoria en onderzoeksruimten bevinden zich vlakbij de liften, waardoor de meetopstellingen eenvoudig met de lift naar de begane grond verplaatst kunnen worden. De feitelijke bestraling met protonen vindt in de behandelruimtes plaats die zich aan de achterzijde bevinden. Boven de behandelruimtes liggen de technische ruimten.
Naast patiëntenzorg zal HollandPTC ook onderwijs verzorgen en ruimte bieden aan wetenschappelijk onderzoek. Vanaf medio 2017 zullen in deze kliniek circa 600 kankerpatiënten per jaar behandeld worden. De protonenkliniek wordt gebouwd op de TU Delft campus en vlakbij de A13.
 

Bouwpartners

De kliniek wordt gebouwd door de drie TBI-ondernemingen J.P. van Eesteren, Croon Elektrotechniek en Wolter & Dros. Zij doen dit in opdracht van een consortium van de TU Delft, het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) en het Erasmus Medisch Centrum (EMC). Het ontwerpteam van HollandPTC bestaat uit dJGA architecten en ingenieurs (ontwerp), Sweegers & de Bruijn (adviseur technische installaties), Aronsohn (constructeur) onder leiding van AT Osborne (projectmanagement). Tijdens de bouw is hieraan toegevoegd ABT (directievoering) en MVR Bouwmanegement (Toezicht).

Meer weten? Kijk op www.hollandptc.nl.

 
 

Wat is een protonenkliniek?

Meer dan de helft van alle kankerpatiënten heeft behandeling door middel van ioniserende bestraling nodig om de groei van een tumor te stoppen. Op dit moment vindt bestraling standaard met röntgenstralen (fotonen) plaats. Sinds enkele jaren worden internationaal echter steeds meer patiënten bestraald met minuscule geladen deeltjes, zoals protonen. Wereldwijd zijn al zo’n 85.000 patiënten met protonentherapie behandeld. In landen als de V.S., Rusland, Japan en Duitsland bieden in totaal 33 centra de therapie aan. Daarnaast zijn er wereldwijd centra in aanbouw, waaronder Nederland.
 

Het belangrijkste voordeel van bestraling met protonen boven de huidige technieken is zeer nauwkeurige en scherp begrensde dosisafgifte. Hierdoor kan een hogere dosis gegeven worden aan relatief ongevoelige of ongunstig gelegen tumoren. Dit zijn belangrijke voordelen voor de behandeling van tumoren in kritische gebieden van het lichaam, zoals de hersenen, hoofd/halsgebied en ogen. Wereldwijd zijn er al 100.000 kankerpatiënten met protonen bestraald. Op dit moment is er een sterke toename van het aantal bestralingsfaciliteiten voor deze techniek, met name in Duitsland, de VS en Japan. In Nederland zijn momenteel protonenklinieken in aanbouw in Delft en Groningen, met elk een vergunde capaciteit van 600 patiënten per jaar. In totaal heeft minister Schippers van Volksgezondheid een vergunning verleend aan vier centra.
De Gezondheidsraad schatte eerder dat in 2015 zo’n 9.400 Nederlandse patiënten baat kunnen hebben bij protonentherapie. Dat is bijna 10% van alle kankerpatiënten in Nederland. Het College voor Zorgverzekeringen schat de eerste groep patiënten op zo’n 3.500 per jaar.