綜合放射性檢測(cè)用于昌景黃鐵路選線評(píng)估

趙曉博

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063)

1 引 言

放射性是鐵路施工中常見的工程地質(zhì)問題之一[1,2]?！惰F路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》[3]中規(guī)定：線路通過有放射性礦床分布、高輻射地帶、水源放射性超過限制濃度或放射性地方病蔓延地區(qū)，應(yīng)對(duì)放射性地區(qū)進(jìn)行工程地質(zhì)勘察。放射性異常的測(cè)試和判定是鐵路工程不良地質(zhì)勘察工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是選線階段需要重點(diǎn)考慮的工程地質(zhì)問題之一，對(duì)于大面積分布的放射性異常區(qū)，在鐵路選線時(shí)需要進(jìn)行繞避。例如滇藏鐵路選線階段認(rèn)為，區(qū)域內(nèi)侵入巖廣泛分布，部分段落含有放射性物質(zhì)，隧道通過花崗巖、閃長巖等時(shí)，不僅在隧道施工過程中及后期的運(yùn)營維護(hù)有一定安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)人體健康也有一定的危險(xiǎn)，因此針對(duì)放射性問題提出了選線原則和防治措施[4]。川藏鐵路昌都至林芝段擬建階段主要工程地質(zhì)問題研究中包含了放射性問題[5]。懷邵衡鐵路針對(duì)該線局部段落存在鈾礦不良地質(zhì)問題，開展了放射性專項(xiàng)測(cè)試，采用地質(zhì)條件分析及工程經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較等方法，最終確定了合理的線路方案[6]。杭黃鐵路天目山隧道通過施工過程中的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，部分放射性核素活度平均值遠(yuǎn)高于全國平均值，并采取了針對(duì)性的射線屏蔽、氡氣析出阻和廢水處理施工措施[7-9]。長昆鐵路線路某重點(diǎn)隧道及路面工程進(jìn)行了放射性調(diào)查, 發(fā)現(xiàn)隧道里存在鈾(鐳)超標(biāo)和土壤氡偏高地段，據(jù)此為施工期間和運(yùn)營中的輻射安全提供了依據(jù)和防護(hù)建議[10]。

昌景黃鐵路東起安徽省黃山市，西至江西省南昌市，途徑安徽省黟縣、祁門縣，江西省浮梁縣、景德鎮(zhèn)市、余干縣、鄱陽縣、新建縣。線路西端經(jīng)南昌樞紐銜接京九、滬昆高鐵，中連九景衢鐵路，東端接入黃山(績溪)地區(qū)與杭黃鐵路、皖贛鐵路新雙線相連，是贛中地區(qū)與長三角地區(qū)間連接的又一條區(qū)域快速客運(yùn)通道[11]。昌景黃鐵路選線定測(cè)階段部分線路段經(jīng)過寒武系楊柳崗組(∈2y) 泥質(zhì)灰?guī)r夾炭質(zhì)泥巖、寒武系大陳嶺組(∈1d)炭質(zhì)灰?guī)r夾炭質(zhì)泥巖、寒武系荷塘組(∈1h) 炭質(zhì)泥巖夾炭質(zhì)灰?guī)r以及花崗巖等地層，因含炭地層對(duì)鈾、氡等放射性物質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附作用，容易導(dǎo)致鈾、氡局部富集進(jìn)而致使放射性超標(biāo)，且該線部分線路段地表存在早期放射性勘探探槽、探坑，具有重大的潛在放射性施工地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)[12]。

為全面評(píng)估上述不良地質(zhì)段落放射性展布情況及輻射水平，為昌景黃鐵路選線提供科學(xué)支撐并為后續(xù)施工提供依據(jù)指導(dǎo)，需要對(duì)部分線路段開展綜合放射性檢測(cè)，以期查明探測(cè)段地表γ輻射劑量率，土壤中氡濃度展布，巖石放射性核素含量變化，地表及地下水中鈾、鐳、總α、總β等放射性勘察指標(biāo)。

2 檢測(cè)方法

2.1 地表環(huán)境γ輻射劑量率測(cè)量

測(cè)量儀器為FD-3013γ輻射儀，點(diǎn)距5 m。測(cè)量時(shí)，使儀器探頭距地面0.1 m，每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行2次讀數(shù)，取其平均值作為該測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值。發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，需進(jìn)行加密測(cè)量。

2.2 地表土壤氡濃度測(cè)量

測(cè)量儀器為FD3017A測(cè)氡儀，采用2 min采樣-2 min測(cè)量。定位好測(cè)點(diǎn)后用鋼釬打孔(孔深度為500～800 mm)，成孔后將取樣器插入打好的孔中，并將取樣器靠近地表處進(jìn)行密閉，然后抽氣，抽氣體積為1.5 L，抽氣完成后給采樣器加高壓，采樣時(shí)間為120 s，完成采樣后將采樣片放入測(cè)量室進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)間為120 s,對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行加密檢測(cè)，確定是否為異常。

2.3 γ測(cè)井

測(cè)量儀器為閃爍γ測(cè)井儀FD-3019(7214)，在鉆孔內(nèi)由下而上逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，在放射性正常地段采用1 m測(cè)量點(diǎn)距，放射性偏高地段點(diǎn)距應(yīng)采用0.2～0.5 m測(cè)量點(diǎn)距，異常地段采用0.1～0.2 m測(cè)量點(diǎn)距。當(dāng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分層解釋時(shí)，正常地段點(diǎn)距采用1 m，放射性偏高地段和異常地段點(diǎn)距采用0.1～0.2 m，且異常測(cè)量段應(yīng)伸入正常地段5個(gè)點(diǎn)。

2.4 巖芯γ測(cè)量

采用FD-3013γ輻射儀對(duì)γ測(cè)井對(duì)應(yīng)鉆孔每回次的巖芯進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。在無異常處，鉆探一個(gè)回次巖芯測(cè)量一次，當(dāng)巖芯較長時(shí)在中間須加密測(cè)量；當(dāng)巖芯有異常時(shí)，將巖芯單獨(dú)移動(dòng)到空曠處進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)距為0.1 m/次，測(cè)量完成后將巖芯放回原位。

2.5 水中鈾、鐳、總α及總β測(cè)量

測(cè)量方法采用《水中鐳-226的分析測(cè)定》[13]、《水中微量鈾分析法》[14]、《地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法.放射化學(xué)法測(cè)定總α和總β》[15]。采樣方法如下：

地下水樣均在鉆孔內(nèi)采集，取樣前先抽干鉆孔內(nèi)廢水，直至鉆孔地下水再次穩(wěn)定，然后取樣；地表水則盡可能在對(duì)應(yīng)鉆孔附近采集，以便于與臨近鉆孔地下水樣結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。水樣取樣體積均為10 L，并及時(shí)送專業(yè)化驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試分析。

3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 劑量限值

根據(jù)《環(huán)境地表γ輻射劑量率測(cè)定規(guī)范》[16]和《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》[17]，對(duì)外照射劑量估算公式如下：

H外=0.7×Dγ×T

(1)

式中：H外為有效劑量當(dāng)量(Sv/a)；0.7為人體有效劑量與空氣吸收劑量的轉(zhuǎn)換系數(shù)；Dγ為γ空氣吸收劑量率(nGy/h)；T為年受照時(shí)間(h)，施工人員取一年2 880 h，一般公眾取1 200 h。

《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》[17]規(guī)定，實(shí)踐使公眾中有關(guān)關(guān)鍵人群組的成員所受到的平均劑量估計(jì)值不應(yīng)超過下述限值：①年有效劑量，1 mSv；②特殊情況下，如果5個(gè)連續(xù)年的年平均劑量不超過1 mSv，則某一單一年份的有效劑量可提高到5 mSv。根據(jù)規(guī)定確定如下標(biāo)準(zhǔn)：

在異常路段，施工人員個(gè)人年有效劑量管理限值為5 mSv/a，但工作期間要加強(qiáng)防護(hù)，盡可能把受照劑量降低。受照劑量超過1.5 mSv/a時(shí)，工作完成后需跟蹤劑量監(jiān)測(cè)，并建立檔案，確保5個(gè)連續(xù)年的年平均劑量不超過1 mSv。其余施工人員和普通公眾個(gè)人年有效劑量管理限值為1.0 mSv/a。

3.2 工作場(chǎng)所中氡濃度標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》[17]附錄H規(guī)定：工作場(chǎng)所中氡持續(xù)照射情況下補(bǔ)救行動(dòng)的行動(dòng)水平是在平均活度濃度為500～1 000 Bq/m3范圍內(nèi)(Bq為放射性活度單位，放射性元素每秒有一個(gè)原子發(fā)生衰變時(shí)，其放射性活度即為1 Bq)。達(dá)到500 Bq/m3時(shí)宜考慮是否采取補(bǔ)救行動(dòng)，達(dá)到1 000 Bq/m3時(shí)應(yīng)立即采取補(bǔ)救行動(dòng)。

3.3 水中核素限值標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[18]和《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》[3]生活用水總α放射性限值0.5 Bq/L、總β放射性限值1 Bq/L，鐳226和鐳228限值5 pCi/L=185 mBq/L。

根據(jù)《鈾礦地質(zhì)勘查輻射防護(hù)和環(huán)境保護(hù)規(guī)定》[19]：鈾濃度限值0.05 mg/L。

4 測(cè)量結(jié)果及分析

4.1 地表γ輻射劑量率

調(diào)查區(qū)段內(nèi)的環(huán)境地表γ輻射對(duì)公眾照射所致年吸收劑量為0.050～2.745 mSv，平均年有效劑量當(dāng)量為0.192 mSv；對(duì)施工人員所致年吸收劑量為0.119～6.588 mSv，平均年有效劑量當(dāng)量為0.46 mSv。

共發(fā)現(xiàn)4處γ吸收劑量異常區(qū)(>1 mSv/a，針對(duì)施工人員)，見圖1、圖3，其中DK34+700～DK35+300里程段(γ異常區(qū)3)為放射性工作場(chǎng)監(jiān)督區(qū)，施工場(chǎng)地應(yīng)加強(qiáng)放射性輻射防護(hù)，其余段均為放射性工作場(chǎng)非限制區(qū)。

圖1 施工人員地表γ年吸收劑量剖面圖一Fig.1 Radiation dose rate profile 1 of annual absorbed dose on the ground surface of constructors

4.2 地表土壤氡濃度

測(cè)區(qū)內(nèi)土壤氡濃度變化范圍為425.08～650 159.9 Bq/m3，平均氡濃度為35 717.8 Bq/m3，測(cè)區(qū)內(nèi)土壤中的氡濃度變化較大，大部分區(qū)域低于《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》[20]規(guī)定的限值20 000 Bq/m3，部分異常區(qū)段土壤中的氡濃度值較高，超過限值標(biāo)準(zhǔn)的30倍。

共發(fā)現(xiàn)5處主要的氡濃度偏高異常區(qū)(圖2,圖4)，氡濃度總體分布與環(huán)境地表γ輻射劑量率分布基本一致，說明本區(qū)的地表γ輻射主要系土壤氡所致。

圖2 地表土壤氡濃度分布剖面圖一Fig.2 Profile 1 of radon concentration distribution in surface soil

圖3 施工人員地表γ年吸收劑量剖面圖二Fig.3 Radiation dose rate profile 2 of annual absorbed dose on the ground surface of constructors

圖4 地表土壤氡濃度分布剖面圖二Fig.4 Profile 2 of radon concentration distribution in surface soil

4.3 γ測(cè)井及巖芯γ測(cè)量結(jié)果

測(cè)區(qū)內(nèi)共完成24個(gè)γ測(cè)井及對(duì)應(yīng)鉆孔巖芯γ測(cè)量工作。其中γ測(cè)井反應(yīng)的放射性對(duì)施工人員平均年有效劑量當(dāng)量為0.322 mSv，年有效劑量當(dāng)量平均標(biāo)準(zhǔn)差為0.222 mSv，年有效劑量當(dāng)量范圍為0.029～5.451 mSv。 除DK34+300處鉆孔為放射性工作場(chǎng)監(jiān)督區(qū)(>5 mSv/a，針對(duì)施工人員)，其余均為放射性工作場(chǎng)非限制區(qū)。

巖芯γ測(cè)量反應(yīng)的放射性對(duì)施工人員平均年有效劑量當(dāng)量為0.265 mSv，年有效劑量當(dāng)量平均標(biāo)準(zhǔn)差為0.054 mSv，年有效劑量當(dāng)量范圍為0.158～0.608 mSv，均未超標(biāo)。

圖5、圖6分別為放射性工作場(chǎng)監(jiān)督區(qū)及非限制區(qū)γ測(cè)井及巖芯γ值測(cè)量曲線圖。

圖5 DK34+300處巖芯和測(cè)井γ吸收劑量曲線(監(jiān)督區(qū))Fig.5 Gamma absorbed dose curve of core and logging at DK34+300 (supervision area)

圖6 DK33+800處巖芯和測(cè)井γ吸收劑量曲線(非限制區(qū))Fig.6 Gamma absorbed dose curve of core and logging at DK33+800 (unrestricted zone)

4.4 水樣分析結(jié)果

對(duì)測(cè)區(qū)沿線22個(gè)鉆孔開展了地表、地下水取樣工作，共采集水樣44個(gè)，分析了水中放射性核素鈾、鐳及總α、總β含量水平。

經(jīng)化驗(yàn)分析，地表水樣中各放射性核素檢測(cè)結(jié)果均未超過限值標(biāo)準(zhǔn)；地下水樣中有10處放射性核素超標(biāo)，其中核素鈾超標(biāo)1處、總α超標(biāo)9處、總β超標(biāo)4處。地下水樣核素超限情況詳見表1。

表1 地下水樣核素超限情況

續(xù)表1

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié) 論

1)調(diào)查區(qū)段內(nèi)的環(huán)境地表γ輻射對(duì)公眾照射所致年吸收劑量整體低于《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的職業(yè)持續(xù)受照年劑量限值5.0 mSv，低于《鐵路工程不良地質(zhì)勘查規(guī)程》中放射工作場(chǎng)非限制區(qū)(He<5.0 mSv)，局部少量位置高于5.0 mSv，應(yīng)在施工階段予以注意。

2)測(cè)區(qū)內(nèi)土壤氡濃度變化較大，大部分區(qū)域低于《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》要求的限值20 000 Bq/m3，個(gè)別測(cè)段氡濃度超過20 000 Bq/m3的限值，在這些段落須做好建筑物底層地面抗開裂措施。調(diào)查區(qū)總體因由氡形成的輻射環(huán)境屬于正常本底范圍。

3)部分地下水存在放射性核素超標(biāo)現(xiàn)象，但結(jié)合放射性測(cè)井資料，在鐵路施工過程中這些區(qū)域地下水不作為水源，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成放射性污染。

4)根據(jù)γ測(cè)井及巖芯γ測(cè)量結(jié)果，線路里程DK34+300位置屬于放射性工作場(chǎng)監(jiān)督區(qū)，施工過程此段前后應(yīng)做好輻射防護(hù)和環(huán)境保護(hù)措施。

5.2 建議

1)在后續(xù)隧道施工過程中應(yīng)加強(qiáng)放射性監(jiān)測(cè)，主要在隧道施工中進(jìn)行γ輻射劑量率、放射性核素濃度、空氣氡濃度等項(xiàng)目跟蹤監(jiān)測(cè)。

2)施工期間不宜食用當(dāng)?shù)厣?/p>

3)項(xiàng)目開工建設(shè)前，選定有相關(guān)資質(zhì)的單位在隧道施工期間、竣工驗(yàn)收進(jìn)行放射性監(jiān)測(cè)，并編制詳細(xì)、合理的施工組織方案。