周 佳,夏子通
(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,北京 100029)
高速公路隧道施工放射性監(jiān)測(cè)方法初探
周 佳,夏子通
(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院,北京 100029)
重點(diǎn)介紹了隧道工程放射性監(jiān)測(cè)所采用的標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)測(cè)對(duì)象、儀器、方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算,以及對(duì)異常放射性的處理措施,并對(duì)后續(xù)相關(guān)工作的開(kāi)展提出建議。
隧道;放射性監(jiān)測(cè);放射性影響;方法
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展,大量基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)工建設(shè),高速公路就是其中重要的項(xiàng)目類(lèi)型。而隧道工程是高速公路建設(shè)過(guò)程中輻射環(huán)境影響的重點(diǎn)關(guān)注環(huán)節(jié)。
在我國(guó)某些省份,花崗巖分布廣泛,客觀上存在較高天然放射性的可能。在高速公路隧道開(kāi)挖過(guò)程中,不可避免的開(kāi)挖作業(yè)可能對(duì)施工作業(yè)人員產(chǎn)生附加γ外照射和 (或)吸入氡氣產(chǎn)生內(nèi)照射。隧道外排水,可能存在放射性指標(biāo)高,若沒(méi)有采取相應(yīng)措施而排入環(huán)境中則可能對(duì)周邊水環(huán)境帶來(lái)影響;隧道施工放射性指標(biāo)異常的廢棄土石不合理的處理、處置也可能對(duì)環(huán)境造成不良影響。因此,對(duì)隧道工程進(jìn)行放射性監(jiān)測(cè),以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常和采取有效防護(hù)措施,并確保環(huán)境和公眾的安全是十分必要的。
1.1 采用的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)
為了保證施工人員身體健康不受損害,施工環(huán)境不受污染,必須嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家的有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。凡屬?lài)?guó)家或部頒布標(biāo)準(zhǔn)中已確定的現(xiàn)行管理限值,將直接采用;凡屬?lài)?guó)家或部頒布標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有確定的管理限值,管理限值所控制的特定生活環(huán)境或工作環(huán)境使受照射人群的輻射劑量必須低于個(gè)人劑量的基本限值,并為其他照射留有余地。采用的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如下:
(1)《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》(GB18871—2002)
(2)《核輻射環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的一般規(guī)定》(GB11215—1989)
(3)《公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范》(JTJ005—1996)
(4)《鈾礦地質(zhì)輻射防護(hù)和環(huán)境保護(hù)規(guī)定》(GB15848—2009)
(5)《建筑材料放射性核素限量》(GB6566—2001)
(6)《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》(GB50325—2001)(2006 年版)
(7)《環(huán)境核輻射監(jiān)測(cè)規(guī)定》(GB12379—1990)
(8) 廣東省 《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)
(9)《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范》(國(guó)家衛(wèi)生部,2001.9)
(10)《擬開(kāi)放場(chǎng)址土壤中剩余放射性可接受水平規(guī)定(暫行)》(HJ53—2000)
(11)《廣東省放射性廢物管理辦法》(省政府第65號(hào)令,2001.6)
(12)《鈾礦地質(zhì)輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)要求》(EJ/T977—1995)
(13)《環(huán)境地表γ輻射劑量率測(cè)量規(guī)范》(GB14583—1993)
(14)《土壤中放射性核素的γ能譜分析方法》(GB11743—1989)
(15)《地面 γ 能譜測(cè)量技術(shù)規(guī)程》(DZ/T0205—1999)
(16)《城市放射性廢物管理辦法》(國(guó)家環(huán)境保護(hù)局,1987)
(17)《氡及其子體測(cè)量規(guī)范》(EJ/T605—1991)
(18)《環(huán)境空氣中氡的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法》(GB/T14582—1993)
本次監(jiān)測(cè)所采用的標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 相關(guān)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)[1-4]Table 1 The related parameters and standards[1-4]
1.2 監(jiān)測(cè)對(duì)象
隧道內(nèi)圍巖中的放射性核素發(fā)射出γ和β射線(xiàn),對(duì)施工人員產(chǎn)生外照射,隨著巖石中鐳含量的不同,劑量率也有變化。測(cè)量隧道環(huán)境γ輻射劑量率,可對(duì)施工人員所受的照射劑量進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)隧道碴石進(jìn)行γ能譜監(jiān)測(cè)做放射性比活度分析,以便篩選符合標(biāo)準(zhǔn)要求的碴石進(jìn)行有效回收利用。從開(kāi)挖后裸露的巖石及裂隙水中逸出的氡氣及氡子體將對(duì)隧道的施工人員產(chǎn)生內(nèi)照射,隧道開(kāi)挖過(guò)程中,粉塵的危害不單是粉塵中游離SiO2可以導(dǎo)致施工人員的塵肺病,而且粉塵中有放射性同位素,這不僅加速塵肺病的發(fā)展,更能促進(jìn)施工人員肺癌的發(fā)生。施工中產(chǎn)生的放射性廢水如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理,外排也將會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。
因此,本次研究監(jiān)測(cè)的對(duì)象為:空氣吸收劑量率、巖石放射性核素226Rn、232Th和40K的放射性比活度、粉塵濃度、空氣氡濃度和水中總α、總β的濃度。
1.3 監(jiān)測(cè)儀器及方法
1.3.1 γ輻射劑量率
按照 《環(huán)境地表γ輻射劑量率測(cè)定規(guī)范》(GB/T14583—1993)的要求和方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量[5]。測(cè)量?jī)x器采用BH3103B便攜式 X-γ劑量率儀,測(cè)量下限為10 nGy·h-1,經(jīng)中國(guó)計(jì)量研究院檢定合格。測(cè)量前,先將儀器預(yù)熱15 min以上;測(cè)量時(shí),將探頭放在三角架上,探頭距地面1 m;設(shè)置好測(cè)量程序,儀器以每五秒鐘1個(gè)的速率自動(dòng)讀數(shù)。
結(jié)合隧道施工實(shí)際情況,沿隧道施工開(kāi)挖方向每5 m設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位,每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)首先巡測(cè)空氣吸收劑量率,然后選取代表點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,通常監(jiān)測(cè)點(diǎn)選在隧道斷面中央。儀器以每五秒鐘1個(gè)的速率自動(dòng)讀取10個(gè)數(shù)據(jù),計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差,將平均值作為該點(diǎn)位代表值。
1.3.2 巖石放射性核素
按照 《地面 γ 能譜測(cè)量技術(shù)規(guī)程》(DZ/T0205—1999)的要求和方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量[6]。測(cè)量?jī)x器采用HD-2002型便攜式微機(jī)γ能譜儀,經(jīng)國(guó)防科技工業(yè)1313二級(jí)計(jì)量站檢定合格。測(cè)量前,先檢查電池電量及儀器自穩(wěn)狀態(tài);將測(cè)量時(shí)間設(shè)為100 s;當(dāng)探頭緊貼測(cè)點(diǎn)處巖石時(shí),開(kāi)始測(cè)量。
結(jié)合隧道施工實(shí)際情況,從洞口開(kāi)始,沿隧道施工開(kāi)挖方向約每15 m設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位,測(cè)點(diǎn)選在施工過(guò)程中新開(kāi)挖裸露巖石表面。
1.3.3 空氣氡活度濃度
按照 《環(huán)境空氣中氡的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法》(GB/T14582—1993)的要求和方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量[7]。測(cè)量?jī)x器采用FD216型環(huán)境氡測(cè)量?jī)x,測(cè)量下限為3 Bq·m-3,經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院檢定合格。測(cè)量前,先將儀器預(yù)熱30 min以上;按要求設(shè)置 “系數(shù)”、 “測(cè)量時(shí)間”等參數(shù);儀器經(jīng) “充氣—測(cè)量—顯示測(cè)量結(jié)果—排氣”完成一個(gè)測(cè)量過(guò)程。
結(jié)合隧道施工實(shí)際情況,沿隧道施工開(kāi)挖方向每100 m設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位,監(jiān)測(cè)點(diǎn)位選在隧道斷面中央。
1.3.4 粉塵濃度
測(cè)量?jī)x器采用P-5L2C型便攜式微電腦粉塵儀。該儀器經(jīng)北京賓達(dá)綠創(chuàng)科技有限公司檢定合格,取得中華人民共和國(guó)計(jì)量器具許可證(CMC),并通過(guò)中國(guó)預(yù)防醫(yī)學(xué)科學(xué)院環(huán)境工程研究所、環(huán)境監(jiān)測(cè)研究所的檢定和中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的認(rèn)可。測(cè)量前,先將儀器預(yù)熱3~5 min;然后檢查電池電量;再按標(biāo)準(zhǔn)程序校正儀器;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)粉塵種類(lèi),按照《公共場(chǎng)所空氣中可吸入顆粒物(PM10)測(cè)定方法——光散射法》(WS/T206—2001)和《鐵路作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)質(zhì)量濃度與質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換方法》(TB/T2323—1992)相關(guān)規(guī)定選擇和設(shè)置K和K1值 (K值代表TSP;K1值代表 PM10);切換到 “質(zhì)量濃度”模式,將時(shí)間設(shè)為1 min,開(kāi)始測(cè)量。
結(jié)合隧道施工實(shí)際情況,沿隧道施工開(kāi)挖方向每100 m設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位,監(jiān)測(cè)點(diǎn)位選在隧道斷面中央。
1.3.5 水樣放射性指標(biāo)
根據(jù) 《水質(zhì)采樣方案設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(GB12997—1991)、 《水 質(zhì) 采 樣 技 術(shù) 指 導(dǎo) 》(GB12998—1991)等相關(guān)要求進(jìn)行水樣采集。
使用有機(jī)材質(zhì)的聚乙烯塑料采樣容器,裝取待分析水樣5 L;塑料容器塞進(jìn)內(nèi)塞,擰緊外蓋,寫(xiě)好樣品標(biāo)簽;根據(jù)監(jiān)測(cè)方案并結(jié)合隧道施工實(shí)際情況,沿隧道施工開(kāi)挖方向每100 m采集水樣1個(gè)。采樣完畢后盡快送分析測(cè)試研究所測(cè)量。
放射性對(duì)人體產(chǎn)生的照射效果是通過(guò)年照射劑量當(dāng)量值和年有效劑量當(dāng)量值來(lái)體現(xiàn)的。通過(guò)以下幾個(gè)公式可進(jìn)行放射性核素含量分析及相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算。
2.1 空氣吸收劑量率、空氣氡活度濃度與年有效劑量當(dāng)量的關(guān)系
(1)空氣吸收外照射劑量計(jì)算公式:
式中:HP(d)——空氣吸收外照射所致有效劑量,Sv·a-1;0.7——?jiǎng)┝哭D(zhuǎn)換系數(shù);R——空氣吸收劑量率增量,Gy·h-1;T——工作時(shí)間,h·a-1。
(2)吸入氡子體所致個(gè)人有效劑量當(dāng)量的計(jì)算公式:
式中:DRn——氡子體所致的個(gè)人有效劑量當(dāng)量,Sv·a-1;CRn——氡活度濃度增量,Bq·m-3;T——工作時(shí)間,h·a-1;DFRn——吸入氡子體的劑量轉(zhuǎn)換因子, Sv·(Bq·h·m-3)-1。
表2給出了吸入氡子體的劑量轉(zhuǎn)換因子。
(3) 參數(shù)選擇
偏安全考慮,空氣吸收劑量率增量:選取測(cè)量結(jié)果中最大監(jiān)測(cè)值與當(dāng)?shù)卦捌骄諝馕談┝柯手?;氡活度濃度增量:選取測(cè)量最大監(jiān)測(cè)值與當(dāng)?shù)丨h(huán)境氡活度濃度室外本底值之差。
表2 吸入氡子體的劑量轉(zhuǎn)換因子Table 2 The conversion factors of committed effective nuclides dose
(4) 計(jì)算結(jié)果
隧道施工人員所受最大可能附加劑量為Hp(d)+DRn。
2.2 巖石放射性核素內(nèi)、外照射指數(shù)計(jì)算方法
內(nèi)照射指數(shù)按《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》(GB50325—2001)2.3中推薦的公式計(jì)算:
式中:IRa為內(nèi)照射指數(shù);CRa為建筑材料中天然放射性核素226Ra的放射性比活度,Bq·kg-1。
外照射指數(shù)按《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》(GB50325—2001)2.4中推薦的公式計(jì)算:
式中:Ir為外照射指數(shù);CRa、CTh和CK分別為建筑材料中天然放射性核素226Ra、232Th和40K的放射性比活度,Bq·kg-1。
3.1 γ輻射劑量率監(jiān)測(cè)結(jié)果分析
圖1為隧道內(nèi)連續(xù)一個(gè)月采用BH3103B便攜式X-γ劑量率儀測(cè)量的結(jié)果,結(jié)果表明:隧道施工過(guò)程中,空氣吸收劑量率的范圍為100~150 nGy·h-1,總體在當(dāng)?shù)卦翱諝馕談┝柯时镜追秶▏?guó)家環(huán)保總局,《中國(guó)環(huán)境天然放射性水平》, 1995) 為 5.2×10-8~16.5×10-8Gy·h-1,平均值為11.6×10-8Gy·h-1,部分路段略高于當(dāng)?shù)卦翱諝馕談┝柯时镜追秶钠骄怠?/p>
3.2 就地γ能譜監(jiān)測(cè)結(jié)果分析
通過(guò)對(duì)隧道碴石進(jìn)行γ照射量率監(jiān)測(cè)和取樣做放射性比活度分析,以便篩選符合標(biāo)準(zhǔn)要求的碴石進(jìn)行有效回收利用。
開(kāi)挖碴石中取用材料天然放射性核素226Ra、232Th和40K放射性比活度應(yīng)滿(mǎn)足 《建筑材料放射性核素限量》(GB6566—2001)的要求[8], 即:
(1)建筑主體材料
天然放射性核素226Ra、232Th和40K放射性比活度同時(shí)滿(mǎn)足IRa≤1.0和Ir≤1.0,或?qū)τ诳招穆蚀笥?5%的建筑主體材料同時(shí)滿(mǎn)足IRa≤1.0和Ir≤1.3時(shí),其產(chǎn)銷(xiāo)與適用范圍不受限制。
(2)裝修材料
裝修材料同時(shí)滿(mǎn)足IRa≤1.0和Ir≤1.3要求的為A類(lèi)裝修材料。A類(lèi)裝修材料其產(chǎn)銷(xiāo)與適用范圍不受限制;不滿(mǎn)足A類(lèi)裝修材料要求但同時(shí)滿(mǎn)足IRa≤1.3和Ir≤1.9要求的為B類(lèi)裝修材料。B類(lèi)裝修材料不可用于Ⅰ類(lèi)民用建筑的內(nèi)飾面,但可用于Ⅰ類(lèi)民用建筑的外飾面及其他一切建筑物的內(nèi)、外飾面;不滿(mǎn)足A、B類(lèi)裝修材料要求但同時(shí)滿(mǎn)足Ir≤2.8要求的為C類(lèi)裝修材料。C類(lèi)裝修材料只可用于建筑物的外飾面及室外其他用途;Ir>2.8的花崗石只可用于碑石、海堤和橋墩等人類(lèi)很少涉及到的地方。
開(kāi)挖碴石的主要成分是花崗巖,直徑為50~800 mm,其內(nèi)、外照射指數(shù)滿(mǎn)足《建筑材料放射性核素限量》(GB6566—2001)中B類(lèi)裝修材料的要求,運(yùn)輸經(jīng)場(chǎng)外碎石機(jī)破碎和其他一系列加工后可以作為隧道和施工場(chǎng)外路基使用。
3.3 空氣氡活度濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果分析
通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)比發(fā)現(xiàn),爆破作業(yè)完成后重型機(jī)械進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)時(shí),掌子面的氡活度濃度可以達(dá)到69.5 Bq·m-3,高出當(dāng)?shù)仄骄担ó?dāng)?shù)丨h(huán)境氡活度濃度本底,室內(nèi):19.0 Bq·m-3, 室外: 15.4 Bq·m-3)[9], 應(yīng)采取通風(fēng)措施,使氡活度濃度降低。
3.4 粉塵活度濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果分析
當(dāng)隧道進(jìn)行爆破作業(yè)、重型機(jī)械開(kāi)挖作業(yè)和噴錨作業(yè)時(shí),掌子面的粉塵濃度會(huì)有超標(biāo)現(xiàn)象,但通過(guò)加濕作業(yè)和通風(fēng)作業(yè)可以使粉塵活度濃度降低到2 mg·m-3以下。
3.5 隧道中水樣放射性物質(zhì)含量的監(jiān)測(cè)
通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)靠近掌子面的巖石隙水、隧道的滲水有超標(biāo)現(xiàn)象,但流經(jīng)排水溝,到達(dá)洞口的水的總α、總β是符合標(biāo)準(zhǔn)的。這說(shuō)明施工過(guò)程中的用水和巖石隙水、隧道的滲水混合后經(jīng)排水溝的沉淀作用可以使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
通過(guò)公式(1)、(2)可以計(jì)算出空氣吸收外照射劑量和吸入氡子體所致個(gè)人有效劑量當(dāng)量,兩者相加便可得知隧道施工人員所受最大可能附加劑量(表3)。
表3 施工人員所受最大可能附加劑量Table 3 The maximum additional dose exposed to the staff in construction
綜上所述,可以從隧道放射性監(jiān)測(cè)的工作程序和工作方法上得出以下結(jié)論:
(1)隧道工程的放射性監(jiān)測(cè)可以按照以下的工作程序進(jìn)行:分析放射性物質(zhì)的影響、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)的選擇、監(jiān)測(cè)內(nèi)容的確定、監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的設(shè)置、監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析和防護(hù)措施。
(2)即使在高氡活度濃度和高粉塵活度濃度地段進(jìn)行施工,只要做好相應(yīng)的防護(hù)措施,加強(qiáng)通風(fēng)等措施,可以將氡活度濃度和粉塵活度濃度降低到合理的水平范圍之內(nèi)。
(3)確保工期,在施工期間,要做好放射性跟蹤監(jiān)測(cè),密切注視地下水和空氣中放射性物質(zhì)的變化,積極做好施工組織和防護(hù),及時(shí)、準(zhǔn)確地做好變更設(shè)計(jì)和記錄工作,為整個(gè)工程提前完工創(chuàng)造良好的條件,也為今后開(kāi)展類(lèi)似的工作提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
(4)通過(guò)該工程施工使筆者認(rèn)識(shí)到,對(duì)于類(lèi)似的具有開(kāi)拓性的復(fù)雜工作,建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理等幾方面密切合作而又各司其職是非常重要的??茖W(xué)合理的勘測(cè)設(shè)計(jì)和優(yōu)秀的施工組織,以及現(xiàn)代化的施工、監(jiān)測(cè)設(shè)備是工程圓滿(mǎn)完成的關(guān)健。
(5)在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng),加強(qiáng)測(cè)量工作者自身的個(gè)人防護(hù)也是十分必要的。
[1] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB18871—2002電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.
[2] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50325—2001民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范:2006年版[S]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001.
[3] 廣東省環(huán)境保護(hù)局.DB44/26—2001水污染排放限值[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001.
[4] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.GB15848—1995鈾礦地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1995.
[5] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.GB12379—1990環(huán)境核輻射監(jiān)測(cè)規(guī)定[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1990.
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[7] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.GB/T14582—1993環(huán)境空氣中氡的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1993.
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The preliminary methodological study of radioactive monitoring in high way tunnel construction
ZHOU Jia,XIA Zi-tong
(Beijing Research Institute of Uranium Geology,Beijing 100029,China)
This paper mainly introduces the standards, items, instruments, methods and the selection of assessment parameters and especially the ways to deal with the radioactive wastes during tunnel construction.Some suggestions have been put forward for future environmental monitoring.
tunnel; radioactive monitoring; radioactive impaction; methodology
TL75+1;X830.2
A
1672-0636(2010)04-0239-05
10.3969/j.issn.1672-0636.2010.04.010
2010-08-12
周 佳(1973—),女,博士,山西太原人,高級(jí)工程師,從事環(huán)境保護(hù)與評(píng)價(jià)工作。E-mail:jia.zhou@cea.fr