某花崗巖質(zhì)隧道放射性評價及工程措施

甘光元 蒲 東

(1.中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司， 成都 610031；2.成都華豐工程勘察設(shè)計有限公司， 成都 610041)

近年來，隨著隧道工程的大量修建，放射性超標(biāo)問題被不斷揭示。隧道圍巖常含有不同程度的天然放射性物質(zhì)，作為環(huán)境輻射的主要來源，過高的γ輻射劑量和氡氣濃度對人體具有致癌作用，嚴(yán)重影響隧道施工和運營安全?；◢弾r是地球表層放射性元素的主要載體之一，放射性γ主要來自238U、232Th和40K[1]。其中，鐳、釷放射性衰變可產(chǎn)生氡氣，通過土壤和巖石空隙運移至地下工程的密閉空間中富集。對于大面積放射性異常區(qū)，工程選線一般以繞避為主，若合理防護且工程代價不大時，可選擇適當(dāng)位置通過。

國內(nèi)對隧道放射性的研究集中在放射性調(diào)查及評價上，主要手段為地表、洞室γ輻射劑量測量，土壤、水及空氣中氡氣測量，地表、洞室內(nèi)放射性核素測量。作為放射性圍巖主要巖性，花崗巖的放射性與巖石酸堿度、形成時代、成因類型等相關(guān)。本文從花崗巖種屬上做初判，結(jié)合隧址放射性核素檢測、孔內(nèi)γ測量及氡氣監(jiān)測對隧址區(qū)進行放射性評價。

1 工程概況

某在建隧道全長30 km，最大埋深 1 500 m，是目前國內(nèi)在建最長隧道之一。主要巖性有雄松群大理巖組大理巖夾片麻巖、石英巖，雄松群片麻巖組片巖夾片麻巖、糜棱巖、大理巖，二長花崗巖(燕山期)，閃長巖、花崗閃長巖(燕山期)，閃長巖脈(燕山期)，二長花崗巖(印支期)，花崗閃長巖、二長花崗巖(印支期)，花崗閃長巖(華力西期)，石英閃長巖(華力西期)，蛇紋巖。隧道進口至金沙江西支斷裂(波羅-木協(xié)斷層)位于金沙江縫合帶，隧址區(qū)構(gòu)造極為發(fā)育，變質(zhì)作用強烈。

2 放射性初判

該隧道花崗巖質(zhì)圍巖長度占全隧長度的67%，主要巖性為二長花崗巖、花崗閃長巖，石英含量一般在30%～75%，肉紅色鉀長石發(fā)育；花崗巖侵入時代較新，主要為燕山期和印之期；據(jù)區(qū)域地質(zhì)報告[6]，隧址區(qū)花崗巖屬同熔-改造成因花崗巖。此外，隧址區(qū)處于金沙江縫合帶，屬深大斷裂，深大斷裂是良好的導(dǎo)氣通道，常因地殼深部氡氣外溢導(dǎo)致周邊放射性超標(biāo)。對比隧址區(qū)花崗巖與放射性花崗巖種屬，發(fā)現(xiàn)兩者存在高度相似性，且隧址區(qū)位于深大斷裂帶，氡氣外溢的可能性也較大，初判該隧道可能存在放射性異常。在此基礎(chǔ)上，對隧道開展放射性核素檢測、孔內(nèi)γ輻射率測試及氡氣監(jiān)測[7-8]。

3 放射性對隧道工程施工影響

放射性對隧道現(xiàn)場施工人員及環(huán)境的影響主要有：(1)爆破生產(chǎn)的放射性粉塵對洞內(nèi)空氣的污染；(2)開挖裸露基巖面及裂隙水溢出的氡氣及其衰變產(chǎn)物對施工人員的內(nèi)照射；(3)裸露基巖面γ射線對施工人員的外照射；(4)施工產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣等對洞外造成的污染。

4 隧址區(qū)放射性檢測及評價

對隧址區(qū)花崗巖質(zhì)深孔進行自然伽馬測試和孔內(nèi)巖石樣品放射性核素測試，對隧址靠近金沙江縫合帶深孔進行氡氣檢測。

4.1 孔內(nèi)γ測試及評價

隧址區(qū)共完成孔內(nèi)自然伽馬測試 10 692 m(16孔)，孔內(nèi)自然伽馬測試值范圍為0.04γ～116.1γ，洞身范圍內(nèi)實測自然γ值范圍為0.73γ～78.82γ，如表1所示。

表1 孔內(nèi)自然放射性強度測試值表

TB 10027-2012《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》第13.5.3條規(guī)定：放射性工作場所分區(qū)根據(jù)年有效劑量當(dāng)量He劃分為非限制區(qū)(He<5 mSv)、監(jiān)督區(qū)(5 mSv≤He≤15 mSv)、控制區(qū)(He>15 mSv)。結(jié)合孔內(nèi)實測γ值，對鉆孔測試段落按放射性工作場所分區(qū)計算不同限制區(qū)的比例。

He=Dr×K×t

(1)

式中：He——有效劑量當(dāng)量(mSv)；

Dr——實測環(huán)境地表γ輻射空氣吸收劑量率,Dr=Gy/h；

K——有效劑量當(dāng)量率與空氣吸收劑量率比值,K=0.7 Sv/Gy；

第一類設(shè)計，當(dāng)然可以是語文課通常使用的教學(xué)方式—講讀。即便是講讀，也可以有不同的課堂學(xué)習(xí)角度，比如戲劇文本，可以從戲劇人物、戲劇沖突、戲劇語言入手，設(shè)計不同的教學(xué)內(nèi)容。當(dāng)然，從文本的特殊性上考慮，戲劇沖突和戲劇語言最能體現(xiàn)劇本的獨特性，所以，完全可以從這里入手，帶領(lǐng)學(xué)生賞讀劇本。

t——公眾在環(huán)境中停留時間(h)。

計算共考慮3種工況。工況1：施工人員在環(huán)境中停留時間按每年250工作日(法定節(jié)假日休息)，每工作日8 h，計 2 000 h；工況2：施工人員在環(huán)境中停留時間按每年365工作日，每工作日8 h，計 2 920 h；工況3：棄渣周邊群眾在環(huán)境中停留時間按每年365工作日，每工作日24 h，計 8 760 h。計算結(jié)果如表2所示。

表2 孔內(nèi)γ測試放射性工作場所分區(qū)一覽表

從表3可以看出，工況1和工況2的測試結(jié)果均屬于非限制區(qū)。工況3僅DZ-07-1處于監(jiān)督區(qū)，該鉆孔實測放射性強度最大值為116.1γ，位于洞身以上 50 m，施工中需加強監(jiān)測措施，不排除隧道渣場對周邊群眾的影響。

4.2 孔內(nèi)放射性核素含量測試及評價

根據(jù)HJ 53-2000《擬開放場址土壤中剩余放射性可接受水平規(guī)定》第3.1條的規(guī)定，確定土壤中238U含量扣除本底后應(yīng)低于65 Bq/kg(0.25 mSv/a劑量約束值)、232Th含量扣除本底后應(yīng)低于157.5 Bq/kg(0.25 mSv/a劑量約束值)。隧址區(qū)238U本底值為40.7 Bq/kg，232Th本底值為64.7 Bq/kg，因此238U的限值為105.7 Bq/kg，232Th的限值為222.2 Bq/kg。

隧址區(qū)完成9個巖石樣品放射性核素含量測試，各樣品測試成果及評價結(jié)果如表3所示。

表3 巖石中放射性核素含量測試統(tǒng)計表

從表3可以看出，DZ-07-FS1、DZ-08、DZ-09孔中238U超過限定值，最大值為375 Bq/Kg；DZ- 08孔232Th測試值超過限定值，達到283 Bq/Kg；放射性異常率達到44%。隧道洞身二襯混凝土厚度一般在30 cm以上，屏蔽因子(減弱倍數(shù))fr(x)>20，故洞室內(nèi)輻射在混凝土的隔離屏蔽作用下衰減較快，對人體影響較小。

4.3 氡濃度測定及評價

氡主要由鐳、釷等元素衰變產(chǎn)生，雖然是惰性氣體，但是其衰變產(chǎn)物既有放射性又有活潑的化學(xué)性質(zhì)，容易附著在大氣微粒上，被吸入并停留在肺里，造成人體內(nèi)照射傷害。

隧址區(qū)鄰近金沙江縫合帶共完成3孔氡測試，測試位置分布于鉆孔頂端、中部和底端，測試結(jié)果呈現(xiàn)出底端濃度>中部濃度>頂端濃度的規(guī)律，符合氡氣密度遠大于空氣密度的特征。孔內(nèi)濃度測試結(jié)果范圍為30～66 Bq/m3，根據(jù)GB/T 18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和GBZ 116-2002《地下建筑氡及其子體控制標(biāo)準(zhǔn)》，氡氣的標(biāo)準(zhǔn)值取為400 Bq/m3，孔內(nèi)濃度測試結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值之內(nèi)，同時也滿足室內(nèi)氡濃度上限值(人在其中生活而終生不受氡危害的室內(nèi)空氣氡濃度范圍)70 400～150 400 Bq/m3的規(guī)定。

5 工程措施建議

5.1 加強監(jiān)測

根據(jù)分析結(jié)果，隧址區(qū)存在較大面積放射性的可能較小。施工過程中應(yīng)注意局部放射性水平較高的地段，特別是DZ-07-1、DZ-07-FS1、DZ-08、DZ-09鉆孔洞身附近，應(yīng)加強監(jiān)測，若發(fā)現(xiàn)放射性異常體應(yīng)及時處置。

5.2 隧道防塵

施工防塵除了滿足防止塵肺病外，還應(yīng)防止放射性粉塵吸入對人體的內(nèi)照射危害。主要手段為防塵源和合理通風(fēng)，包括：(1)采用防塵口罩，減少施工人員的吸入；(2)選用合理的通風(fēng)設(shè)備，最大限度降低粉塵的濃度；(3)盡量采用濕法作業(yè)，最大限度地限制揚塵。

5.3 降氡

隧道內(nèi)空氣中的氡主要來源于巖石表面，巖石核素含量越高，暴露面越大，孔隙越多，礦巖風(fēng)化破壞越嚴(yán)重，隧道內(nèi)空氣壓力越小，氡氣析出得越快、越多。降低隧道內(nèi)空氣中的氡及其子體濃度的主要途徑有：(1)減少氡氣的析出量，及時初襯并增加初襯的厚度；(2)采用通風(fēng)的方法將析出的氡及其子體稀釋并排出洞外。凡產(chǎn)生氡氣的作業(yè)面，必須有通風(fēng)裝置，通風(fēng)系統(tǒng)要防止污染物回流，進風(fēng)口的粉塵濃度不應(yīng)大于0.1 mg/m3，氡濃度不應(yīng)大于150 Bq/m3。進隧道工作前，必須先通風(fēng)，且通風(fēng)時間不得少于30 min，隧道內(nèi)有人時不得停止通風(fēng)，風(fēng)機至少應(yīng)該做到一備一用。

5.4 封閉掌子面

開挖后應(yīng)及時噴射混凝土封閉掌子面，防止放射性氣體進一步向空氣中擴散，同時也可降低γ輻射水平。

5.5 排水及清運洞渣

加強洞內(nèi)排水，保持排水暢通；及時清運洞渣，減少洞渣在洞內(nèi)停留時間。

6 棄渣利用評價

隧址以外地區(qū)巖性以砂泥巖軟質(zhì)巖為主，該地區(qū)缺乏工程建設(shè)所需骨料及路基填料，隧址花崗巖質(zhì)圍巖為該地區(qū)為數(shù)不多的硬質(zhì)巖，故對其是否可合理利用進行評價。

當(dāng)作為建筑主材骨料時，根據(jù)GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》規(guī)定：天然放射性核素226Ra、232Th、40K的放射性比活度應(yīng)同時滿足外照射指數(shù)IRa≤1和內(nèi)照射指數(shù)Iγ≤1。隧道巖石中放射性核素含量測試成果如表4所示。從表4可以看出，除DZ-08孔的內(nèi)照射指數(shù)Iγ超過限定值外，其余樣品的外照射指數(shù)IRa、內(nèi)照射指數(shù)Iγ均滿足要求。

表4 內(nèi)外照射指數(shù)統(tǒng)計表

當(dāng)作為路基填料時，根據(jù)EJ/T 977-95《鈾礦地質(zhì)輻射環(huán)境影響評價要求》：γ輻射劑量率扣除本底后小于660γ，可作為路基填料。隧址地區(qū)γ輻射劑量率本底值為73.2γ，當(dāng)現(xiàn)場實測γ輻射劑量小于733.2γ時，即可作為路基填料。對照孔內(nèi)γ測試成果，未見大于733.2γ段落，因此均可作為路基填料。

7 結(jié)束語

本文隧址花崗質(zhì)圍巖與放射性花崗巖種屬高度相似，且隧址位于可能產(chǎn)生氡氣外溢的深大斷裂縫，放射性超標(biāo)的可能較大，應(yīng)結(jié)合隧址放射性核素檢測、孔內(nèi)γ測量及氡氣監(jiān)測對隧址區(qū)進行放射性評價。結(jié)果顯示：DZ-07-1鉆孔γ輻射劑量在每年365工作日，每日24 h的極端條件下處于監(jiān)督區(qū)，該鉆孔洞身附近所出棄渣應(yīng)埋置于棄渣場中部、深部，且棄渣場不應(yīng)設(shè)置在村鎮(zhèn)等人口聚集區(qū)周邊，并應(yīng)遠離水體；DZ-07-FS1、DZ-08、DZ-09孔238U超過限定值，DZ-08孔232Th測試值超過限定值，但隧道洞身二襯混凝土厚度一般在 30 cm以上，屏蔽因子(減弱倍數(shù))fr(x)>20，洞內(nèi)輻射在混凝土的隔離屏蔽作用下衰減較快，對人體影響較??；隧道洞渣可用于骨料及路基填料。

考慮到隧道內(nèi)放射性存在不可預(yù)測性，不排除取樣點位以外地段放射性物質(zhì)局部富集的可能，建議加強隧道施工監(jiān)測，若發(fā)生放射性危害需及時采取相應(yīng)工程措施。