深圳市某引水隧洞氡氣防護技術監測試驗研究

曾 魁，何廣海

(深圳市水務規劃設計院，廣東深圳 518008)

0 引言

隧洞施工中惰性氣體氡是由礦體中鐳、鈾衰變產生的，在巖石中運移，不斷從礦石表面析出到工作場所的空氣中。進入空氣中的氡隨著氣流流動，同時產生固體衰變產物氡子體218Po(RaA)等，衰變過程主要伴有α、β和γ三種射線放出。氡及其子體能附著于空氣中的氣溶膠，通過呼吸被吸入體內沉淀在氣管壁或肺葉上，造成氡及其子體衰變時產生的α粒子在人體內長期照射，引起相應的健康影響，《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》(GB18871—2002)中附錄H中規定工作場所中氡持續照射情況下補救行動的行動水平是在年平均活度濃度為500～1 000 Bq/m3(平衡因子0.4)范圍內，達到500 Bq/m3時宜考慮采取補救行動，達到1 000 Bq/m3時應采取補救行動。如何降低隧洞工作面中氡的濃度及相應的防護措施是本監測試驗研究的主要工作。

1 基本地質條件及工作背景

清林徑水庫3#隧洞位于深圳市中北部，全長4 010 m，屬于丘陵地貌，地面高程48.0～220 m，整體地形兩頭高中間低，隧洞底板高程約50.0 m。場地地層自上而下為第四系殘坡積礫質粘性土(Qel+dl)、晚侏羅系中粒黑云母花崗巖(J3n)。隧洞Ⅱ類圍巖3 125 m，約占隧洞總長的78%;Ⅲ類圍巖850 m，約占隧洞總長的21%;Ⅳ類圍巖25 m，約占隧洞總長的0.6%;Ⅴ類圍巖10 m，約占隧洞總長度的0.25%。

本監測試驗位于隧洞530～540 m區間，圍巖類別為Ⅱ類，采用鉆爆法施工，施工流程主要由風鉆鉆孔→裝放炸藥→爆破后通風→出渣→支護(噴漿)

為了降低隧道施工過程中氡氣的濃度，施工方采用壓入式送風的常規通風方案:壓入式送風軸流式風機1臺，風機型號為SDF-NO8，功率為30 kW，設計風量為500～690 m3/min，通風管道采用高強度尼龍風帶，管徑DN800，送風口離掌子面約40 m。施工方還根據本監測試驗的要求，對工作面采取送風加灑水5 min的防護方案，以明確灑水5 min是否能有效降低作業面空氣中氡氣。

2 試驗方法

本監測試驗采用P30測氡儀在隧洞施工現場每個工作循環進行連續監測，分為常規監測與試驗性監測兩種工況:常規工況監測主要監測正常施工常規通風情況下的打鉆、爆破后、出渣和噴漿四個工作面的氡濃度;試驗性監測主要對打鉆、爆破后通風30 min后和出渣三個工作面進行氡濃度檢測，分為常規通風和常規通風加灑水5 min兩種工作情況。

氡濃度的采樣方式為每個工作面選取一個測點，每個工作面每隔10 min采集樣品1次，測量時間以實際作業時間為準。

3 監測結果分析

3.1 風速、風量

常規通風情況下風速、風量測量結果如下表1所示。常規通風情況下作業面和掌子面的風速均＜0.25，未能滿足《工作場所防止職業中毒衛生工程防護措施規范》工作場所有毒有害物質排毒要求的控制風速在0.25 ～3 m/s之間，常用風速為 0.5 ～1.5 m/s的要求。

3.2 空氣中氡濃度

各作業面各工況下的空氣中氡濃度檢測結果匯總如表2。對表中結果分析如下:

3.2.1 常規通風工況下各作業面空氣中氡濃度比較

常規通風工況下的爆破后、出渣時和打鉆時三個作業面空氣中氡濃度均高于噴漿作業時的氡濃度，差異均具有統計學意義(P＜0.01)，說明噴漿作業能起到減少氡析出的作用。

3.2.2 相同作業面不同工況下空氣中氡濃度比較

試驗通風加灑水工況下和通風工況下的打鉆作業時空氣中氡濃度均低于常規通風工況下打鉆作業時的氡濃度，差異具有統計學意義(P＜0.01)，說明作業前灑水和延長通風時間，都能起到降低作業面空氣中氡濃度的作用。

試驗通風工況下的出渣作業時空氣中氡濃度低于常規通風工況下出渣作業時的氡濃度，差異具有統計學意義(P＜0.01)。原因可能是試驗通風工況下爆破以后通風時間較長，明顯地降低了出渣作業時開始時的氡濃度，而通風加灑水工況下爆破以后通風時間較短，出渣作業時開始時的氡濃度相對較高，導致氡濃度與常規通風工況下氡濃度相比差異不具有統計學意義(P ＞0.05)。

3.2.3 白天與夜晚時段作業面空氣中氡濃度比較分析隧洞內作業場所白天時段與夜晚時段的作業時間匯總和氡濃度檢測結果見表3。從表中可以看出:白天時段與夜晚時段相比，各作業面作業時間構成比差異具有統計學意義(P＜0.01)，夜晚時段主要以出渣和打鉆作業為主，白天時段主要以出渣、爆破和打鉆作業為主;由于出渣和打鉆作業時的氡濃度相對較高，導致白天時段與夜晚時段相比，氡濃度差異具有統計學意義(P＜0.01)，夜晚時段氡濃度較大，差值的95%CI為(－92.23 ～ －38.25)。

表2 各作業面各工況下的空氣中氡濃度檢測結果Table 2 Radon concentration in different working face

表3 白天與夜晚時段作業面空氣中氡濃度結果Table 3 Radon concentration in working face from day to night

3.2.4 對相同通風狀態時，灑水與不灑水狀態下氡濃度變化趨勢分析

從圖1可以看出，監測試驗中爆破后灑水狀態下的氡濃度在通風時間達到150 min時降到最小值，約為原來的35%;爆破后不灑水狀態下在通風時間達到150 min時只降到了原來的50%。說明爆破后同樣通風情況下氡濃度下降趨勢灑水工況比不灑水工況明顯。

圖1 爆破后通風30 min氡濃度變化趨勢圖Fig.1 Trend of radon concentration change in 30 minutes after blasting

從圖2可以看出，監測試驗中的通風加灑水后從出渣作業開始直到下一循環的打鉆作業結束，空氣中氡濃度呈現下降趨勢;而常規通風狀態下從出渣作業開始直到下一循環的打鉆作業結束，空氣中氡濃度呈現上升趨勢，說明相同通風情況下灑水比不灑水能更明顯地降低作業場所空氣中的氡濃度。

3.2.5 爆破后氡濃度下降趨勢模型

根據國內外相關研究得到的大量觀測數據統計表明[1]，氡濃度與通風時間的關系呈現出對數曲線的趨勢。本次監測試驗根據爆破后灑水及不灑水狀態下的作業面空氣中氡濃度擬合出相應模型，結果如下:

圖2 出渣和打鉆作業氡濃度變化趨勢圖Fig.2 Trend of radon concentration change in 30 minutes after blasting

圖3 爆破后不灑水氡濃度變化趨勢Fig.3 Trend of radon concentration change not watering after blasting

從圖3可以看出監測試驗中爆破后不灑水狀態下作業面空氣中氡濃度變化的趨勢方程見公式(1)。

式中:Y——作業面空氣中氡濃度(Bq/m3);X——通風時間/min。

圖4 爆破灑水后氡濃度變化趨勢Fig.4 Trend of radon concentration change with watering after blasting

從圖4可以看出監測試驗爆破后灑水狀態下作業面空氣中氡濃度變化的趨勢方程見公式(2):

式中:Y為作業面空氣中氡濃度(Bq/m3);X為通風時間(min)。

根據《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》的要求，本項目宜考慮采取補救行動的作業是打鉆，應采取補救行動的作業是出渣。

5 結論與建議

本項目常規通風情況尚未能滿足防護要求。

噴漿作業能起到一定的屏蔽γ輻射和氡析出的效果。

常規送風加灑水比常規送風降氡效果明顯。

應對出渣作業面采取補救措施，宜對打鉆作業面采取補救措施。

綜合以上分析，初步提出以下建議:

(1)在考慮不影響操作和不引起大量揚塵的情況下，適當把送風口靠近作業位。另外，在已有的送風系統基礎上，應增設排風系統，以加強施工作業面的空氣循環，使作業面的平均風速達到0.25 m/s以上，且氣流不應通過作業人員的呼吸帶，將隧道作業內作業面空氣中氡濃度降低到國家衛生標準限值以下。

(2)在隧道內出水點或段，應及時將其收集并排離隧道，以減少氡及其子體的逸出。

(3)施工過程采取濕式鑿巖、噴霧灑水等方式降低放射性粉塵的產生，特別是巷道內、壓入式通風機周圍的粉塵濃度不應高于0.1 mg/m3。

[1] 中鐵第四勘察設計院.鈾國外氡及子體防護科研動狀[R].武漢:中鐵第四勘察設計院，1982.

[2] 楊欽元.室內氡濃度及其控制措施[J].輻射防護，2001，21(6):26－29.

[3] 程業勛.環境中氡及其子體的危害與控制[J].現代地質，2008，22(5):857－868.

[4] 張麗嬌，謝波.室內氡的測量及防護[J].中國輻射衛生，2006，15(1):84－85.

[5] 王廣才，侯勝利，等.某長隧洞環境放射性評價研究[J].水文地質工程地質，2006(6):1 －4.

[6] 陳曉，楊文鵬，等.南岸干渠長引水隧洞放射性地質環境評價[J].四川地質學報，2011，31:93 －97.