水電站地下洞室作業(yè)環(huán)境氡及其子體危害性安全評價(jià)

李 茂,姚云龍,李玉芹

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

由于受地震、泥石流、邊坡穩(wěn)定、河谷狹窄等影響，中國云南、貴州、四川等省已建成投運(yùn)的水電站，大多都采用地下廠房。地下廠房與外界連接的輔助隧洞較長，且電站通風(fēng)、排水系統(tǒng)運(yùn)行極為復(fù)雜，導(dǎo)致水電站地下洞室放射性物質(zhì)擴(kuò)散困難。當(dāng)放射性物質(zhì)聚積、積累又加重了對作業(yè)人員身體健康的不良影響。根據(jù)水電行業(yè)地下洞室作業(yè)環(huán)境資料顯示，水電站地下洞室主要的放射性危害為地下建筑的環(huán)境氡及其子體。

當(dāng)水電站地下洞室個(gè)別部位氡濃度超標(biāo)時(shí)，不能確定作業(yè)人員在作業(yè)過程中接觸氡超標(biāo)部位的時(shí)間限值，獲得氡及其子體濃度超標(biāo)的檢測結(jié)果，不能推算出該結(jié)果對作業(yè)人員身體健康影響的具體數(shù)據(jù)及危害程度，提出有效對策及防護(hù)措施。因此，本文開展水電站地下洞室氡及其子體危害性安全評價(jià)，計(jì)算作業(yè)人員在不同接觸時(shí)間內(nèi)吸入氡及其子體對人員產(chǎn)生的年均有效接觸劑量，提出作業(yè)環(huán)境危害防控措施，為控制地下洞室作業(yè)放射性危害提供借鑒。

1 評價(jià)項(xiàng)目概況

貴州省某水電站工程開發(fā)任務(wù)主要為發(fā)電，水庫正常蓄水位585.00 m，相應(yīng)庫容1.365億m3，具有日調(diào)節(jié)性能。電站裝機(jī)容量558 MW，年平均年發(fā)電量15.61億kWh，年利用小時(shí)數(shù)2 797 h。樞紐工程主要由碾壓混凝土重力壩、開敞式溢流表孔、放空底孔、左岸引水系統(tǒng)、左岸地下廠房等建筑物組成。地下廠房洞室群布置于壩址左岸山體內(nèi)。

電站水庫區(qū)出露地層主要為三疊系上統(tǒng)賴石科組(T3ls)泥質(zhì)灰?guī)r夾泥灰?guī)r、砂巖；三疊系中統(tǒng)竹桿坡組(T2z)灰?guī)r；關(guān)嶺組(T2g)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖夾粘土巖；楊柳井組(T2y)白云巖、灰?guī)r夾角礫狀白云巖、泥質(zhì)白云巖。

壩址區(qū)出露地層為三疊系中統(tǒng)楊柳井組第一段(T2y1)、第二段(T2y2)、第三段(T2y3)、第四段(T2y4)及關(guān)嶺組第二段第二層(T2g2-2)、第三層(T2g2-3)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r及泥晶灰?guī)r、晶洞灰?guī)r，第四系覆蓋沖積砂卵礫石層、崩塌堆積體及殘坡積粘土夾碎塊石層。

對該水電站中控樓、發(fā)電機(jī)層、機(jī)組蝸殼層、大壩底層廊道、中層廊道、蝶閥層等作業(yè)人員作業(yè)場所環(huán)境氡進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果見表1。

表1 貴州省某水電站作業(yè)場所環(huán)境氡檢測結(jié)果表

2 氡及其子體的危害

放射性微粒通過呼吸道吸入、消化道攝入、皮膚或粘膜侵入等方式進(jìn)入人體，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子鍵斷裂和畸變，破壞人體中有關(guān)新陳代謝的酶，擾亂細(xì)胞組織的正常代謝活動(dòng)，直接破壞細(xì)胞和組織的結(jié)構(gòu)，對人體產(chǎn)生軀體損傷效應(yīng)和遺傳損傷效應(yīng)[1]。

地下廠房可能存在氡氣等放射性物質(zhì)。大劑量的放射性對人體和動(dòng)物存在著某種損害作用。一般情況下，日常工作中不接觸輻射性物質(zhì)的人，一年中因環(huán)境本底輻射(空氣中的氡)攝取量是每年1～2 mSv/a。當(dāng)從業(yè)人員每年輻射物質(zhì)攝取量超過6 mSv時(shí)，他們的工作環(huán)境應(yīng)定期監(jiān)測，人員需接受定期醫(yī)學(xué)的檢查。一次輻射量小于100 μSv(微希沃特)，對人體基本無影響。與放射相關(guān)的作業(yè)人員，一年最高輻射量為50 mSv。一次性遭受4 000 mSv會致死。

作為環(huán)境中較難察覺的氣體，氡及其子體隨著空氣一起吸入人體肺部，經(jīng)過人的體內(nèi)循環(huán)之后排出體外，雖不會長時(shí)間停留在體內(nèi)，但氡及其子體一旦吸入人體內(nèi)，就會殘留金屬離子并沉積在人體肺部，這些金屬離子經(jīng)過衰變釋放出的α粒子會對肺部產(chǎn)生損傷，最終導(dǎo)致肺癌的發(fā)生[2]。經(jīng)過研究，氡及其子體有誘發(fā)白血病、皮膚癌的可能，尤其對人體肺部的致癌性是影響人類健康的最大威脅。

3 年有效劑量估算

根據(jù)本水電站作業(yè)環(huán)境檢測結(jié)果：冬季檢測20處，超標(biāo)2處，測值分別是608.72、4 276.90 Bq/m3；夏季檢測20處，超標(biāo)2處，測值分別是1 057.16、3 255.70 Bq/m3。在499.50 m機(jī)組蝸殼層2號機(jī)組蝸殼進(jìn)人門、494.20 m蝸殼排水閥廊道層1號機(jī)組與2號機(jī)組之間的測值雖未超標(biāo)，但已接近GB/T 16146-2015《室內(nèi)氡及其子體控制要求》第4.1.1條要求的行動(dòng)水平300 Bq/m3。4號機(jī)蝶閥層、大壩底層廊道(冬季檢測值4 276.9 Bq/m3)和大壩中層廊道的檢測值超出標(biāo)準(zhǔn)值較多，最大檢測值超過標(biāo)準(zhǔn)值10倍，長時(shí)間接觸可能會對人體有一定影響。

目前我國針對水電站地下洞室作業(yè)環(huán)境氡及其子體的放射性危害研究還較少[3-6]，尚不能準(zhǔn)確確定作業(yè)人員在氡濃度超標(biāo)環(huán)境下，作業(yè)人員在作業(yè)過程中接觸超標(biāo)部位的時(shí)間限值。根據(jù)GB/T 16146-2015《室內(nèi)氡氣其子體控制要求》附錄A 氡及其子體的有關(guān)參量及其轉(zhuǎn)換，推算水電站現(xiàn)場作業(yè)人員吸入氡及其子體對人員產(chǎn)生的年均有效劑量。

(1)

因?yàn)楸舅娬踞槍Νh(huán)境氡只進(jìn)行了冬、夏兩季測量，并未進(jìn)行全年長期檢測，無法獲取超標(biāo)部位氡的年平均值。故本次計(jì)算根據(jù)GB/T 16146-2015《室內(nèi)氡及其子體控制要求》第4.1.1條對已建建筑物內(nèi)年均氡濃度行動(dòng)水平設(shè)定為300 Bq/m3，取超標(biāo)部位年均氡濃度值為300 Bq/m3。

根據(jù)GB 18871-2002 《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》附錄B中表B2中的假設(shè)，假設(shè)每年在工作場所的時(shí)間為2 000 h；取作業(yè)人員的接觸時(shí)間為2 000 h。依此，計(jì)算超標(biāo)部位氡年均有效劑量，作為現(xiàn)場實(shí)際情況計(jì)算比對基礎(chǔ)。

不同接觸時(shí)間下，在檢測出的氡氣濃度最大值部位，水電站現(xiàn)場作業(yè)人員年均有效接觸劑量結(jié)果見表2。

表2 不同接觸時(shí)間下，電站現(xiàn)場作業(yè)人員年均有效接觸劑量結(jié)果表

因本電站環(huán)境氡超標(biāo)部位均為作業(yè)人員短時(shí)間巡視部位，經(jīng)與電站溝通了解，電站作業(yè)人員進(jìn)入廊道巡視平均時(shí)間小于20分鐘/次，頻次小于1次/周；檢修作業(yè)平均時(shí)間約1 h，頻次1次/月，且水電站在進(jìn)行作業(yè)環(huán)境檢測后，利用兩根直徑100 mm的排水管(間隔約100 m)，將底層廊道與中層廊道(直通室外)聯(lián)通，加強(qiáng)底層廊道通風(fēng)，短期接觸對巡視人員的健康危害不大。

4 防控措施

因本水電站氡氣主要來源于地下廠房4號機(jī)蝶閥層、大壩底層廊道基礎(chǔ)部位，建議防控措施如下：

(1) 針對大壩底層廊道、地下廠房洞室內(nèi)氡濃度在400～1 000 Bq/m3時(shí)，宜在測量后6個(gè)月內(nèi)，采取機(jī)械通風(fēng)、屏蔽氡源、凈化除氡等綜合措施；當(dāng)氡濃度>1 000 Bq/m3時(shí)，宜在3個(gè)月內(nèi)，采取加強(qiáng)機(jī)械通風(fēng)、屏蔽氡源、凈化除氡等降氡綜合措施；當(dāng)采取措施后平均氡濃度仍超過參考水平時(shí)，可采取阻斷或去除氡源、進(jìn)行作業(yè)場地改造等永久性降氡綜合措施[4]。

(2) 控制隔離氡源。堵塞或密封氡從地基或周圍巖土進(jìn)入地下建筑的所有通路、孔隙，并防止富氡地下水的滲入。可采用對氡氣擴(kuò)散層廊道噴漿支護(hù)，封堵氡氣擴(kuò)散層，或者對氡氣擴(kuò)散層、生成層噴涂防氡覆蓋層[7-8]。

(3) 通風(fēng)排氡。采取通風(fēng)使新鮮空氣直接送入人員活動(dòng)的場所。排氡換氣次數(shù)可按NB 35074-2015《水電工程勞動(dòng)安全與工業(yè)衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄B的規(guī)定執(zhí)行。

(4) 在廊道出入口設(shè)置職業(yè)危害告知牌，標(biāo)明環(huán)境氡實(shí)測值和規(guī)范允許值，加強(qiáng)作業(yè)點(diǎn)部位局部通風(fēng)。

(5) 制定管理規(guī)章制度，控制作業(yè)人員在超標(biāo)部位的巡視、檢修時(shí)間。

(6) 針對長時(shí)間檢修、維護(hù)等工作，合理安排作業(yè)人員工作進(jìn)度，降低作業(yè)時(shí)間，并為作業(yè)人員配備專業(yè)防護(hù)服、防護(hù)面具、測氡儀、直讀式個(gè)人計(jì)量計(jì)等防護(hù)設(shè)備及監(jiān)測儀器。

(7) 定期對地下洞室環(huán)境氡進(jìn)行復(fù)測，確保監(jiān)測儀器運(yùn)行有效。

(8) 為作業(yè)人員提供防護(hù)與安全知識培訓(xùn)。

5 結(jié) 語

本文對水電站地下洞室可能存在的放射性危害評價(jià)，進(jìn)行了人員吸入氡及其子體產(chǎn)生的年有效劑量估算，提出了作業(yè)環(huán)境危害防控措施，可為類似水電站氡及其子體放射性安全評價(jià)提供借鑒。