深圳市某引水隧洞氡气防护技术监测试验研究

曾 魁，何广海

(深圳市水务规划设计院，广东深圳 518008)

0 引言

隧洞施工中惰性气体氡是由矿体中镭、铀衰变产生的，在岩石中运移，不断从矿石表面析出到工作场所的空气中。进入空气中的氡随着气流流动，同时产生固体衰变产物氡子体218Po(RaA)等，衰变过程主要伴有α、β和γ三种射线放出。氡及其子体能附着于空气中的气溶胶，通过呼吸被吸入体内沉淀在气管壁或肺叶上，造成氡及其子体衰变时产生的α粒子在人体内长期照射，引起相应的健康影响，《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB18871—2002)中附录H中规定工作场所中氡持续照射情况下补救行动的行动水平是在年平均活度浓度为500～1 000 Bq/m3(平衡因子0.4)范围内，达到500 Bq/m3时宜考虑采取补救行动，达到1 000 Bq/m3时应采取补救行动。如何降低隧洞工作面中氡的浓度及相应的防护措施是本监测试验研究的主要工作。

1 基本地质条件及工作背景

清林径水库3#隧洞位于深圳市中北部，全长4 010 m，属于丘陵地貌，地面高程48.0～220 m，整体地形两头高中间低，隧洞底板高程约50.0 m。场地地层自上而下为第四系残坡积砾质粘性土(Qel+dl)、晚侏罗系中粒黑云母花岗岩(J3n)。隧洞Ⅱ类围岩3 125 m，约占隧洞总长的78%;Ⅲ类围岩850 m，约占隧洞总长的21%;Ⅳ类围岩25 m，约占隧洞总长的0.6%;Ⅴ类围岩10 m，约占隧洞总长度的0.25%。

本监测试验位于隧洞530～540 m区间，围岩类别为Ⅱ类，采用钻爆法施工，施工流程主要由风钻钻孔→装放炸药→爆破后通风→出渣→支护(喷浆)

为了降低隧道施工过程中氡气的浓度，施工方采用压入式送风的常规通风方案:压入式送风轴流式风机1台，风机型号为SDF-NO8，功率为30 kW，设计风量为500～690 m3/min，通风管道采用高强度尼龙风带，管径DN800，送风口离掌子面约40 m。施工方还根据本监测试验的要求，对工作面采取送风加洒水5 min的防护方案，以明确洒水5 min是否能有效降低作业面空气中氡气。

2 试验方法

本监测试验采用P30测氡仪在隧洞施工现场每个工作循环进行连续监测，分为常规监测与试验性监测两种工况:常规工况监测主要监测正常施工常规通风情况下的打钻、爆破后、出渣和喷浆四个工作面的氡浓度;试验性监测主要对打钻、爆破后通风30 min后和出渣三个工作面进行氡浓度检测，分为常规通风和常规通风加洒水5 min两种工作情况。

氡浓度的采样方式为每个工作面选取一个测点，每个工作面每隔10 min采集样品1次，测量时间以实际作业时间为准。

3 监测结果分析

3.1 风速、风量

常规通风情况下风速、风量测量结果如下表1所示。常规通风情况下作业面和掌子面的风速均＜0.25，未能满足《工作场所防止职业中毒卫生工程防护措施规范》工作场所有毒有害物质排毒要求的控制风速在0.25 ～3 m/s之间，常用风速为 0.5 ～1.5 m/s的要求。

3.2 空气中氡浓度

各作业面各工况下的空气中氡浓度检测结果汇总如表2。对表中结果分析如下:

3.2.1 常规通风工况下各作业面空气中氡浓度比较

常规通风工况下的爆破后、出渣时和打钻时三个作业面空气中氡浓度均高于喷浆作业时的氡浓度，差异均具有统计学意义(P＜0.01)，说明喷浆作业能起到减少氡析出的作用。

3.2.2 相同作业面不同工况下空气中氡浓度比较

试验通风加洒水工况下和通风工况下的打钻作业时空气中氡浓度均低于常规通风工况下打钻作业时的氡浓度，差异具有统计学意义(P＜0.01)，说明作业前洒水和延长通风时间，都能起到降低作业面空气中氡浓度的作用。

试验通风工况下的出渣作业时空气中氡浓度低于常规通风工况下出渣作业时的氡浓度，差异具有统计学意义(P＜0.01)。原因可能是试验通风工况下爆破以后通风时间较长，明显地降低了出渣作业时开始时的氡浓度，而通风加洒水工况下爆破以后通风时间较短，出渣作业时开始时的氡浓度相对较高，导致氡浓度与常规通风工况下氡浓度相比差异不具有统计学意义(P ＞0.05)。

3.2.3 白天与夜晚时段作业面空气中氡浓度比较分析隧洞内作业场所白天时段与夜晚时段的作业时间汇总和氡浓度检测结果见表3。从表中可以看出:白天时段与夜晚时段相比，各作业面作业时间构成比差异具有统计学意义(P＜0.01)，夜晚时段主要以出渣和打钻作业为主，白天时段主要以出渣、爆破和打钻作业为主;由于出渣和打钻作业时的氡浓度相对较高，导致白天时段与夜晚时段相比，氡浓度差异具有统计学意义(P＜0.01)，夜晚时段氡浓度较大，差值的95%CI为(－92.23 ～ －38.25)。

表2 各作业面各工况下的空气中氡浓度检测结果Table 2 Radon concentration in different working face

表3 白天与夜晚时段作业面空气中氡浓度结果Table 3 Radon concentration in working face from day to night

3.2.4 对相同通风状态时，洒水与不洒水状态下氡浓度变化趋势分析

从图1可以看出，监测试验中爆破后洒水状态下的氡浓度在通风时间达到150 min时降到最小值，约为原来的35%;爆破后不洒水状态下在通风时间达到150 min时只降到了原来的50%。说明爆破后同样通风情况下氡浓度下降趋势洒水工况比不洒水工况明显。

图1 爆破后通风30 min氡浓度变化趋势图Fig.1 Trend of radon concentration change in 30 minutes after blasting

从图2可以看出，监测试验中的通风加洒水后从出渣作业开始直到下一循环的打钻作业结束，空气中氡浓度呈现下降趋势;而常规通风状态下从出渣作业开始直到下一循环的打钻作业结束，空气中氡浓度呈现上升趋势，说明相同通风情况下洒水比不洒水能更明显地降低作业场所空气中的氡浓度。

3.2.5 爆破后氡浓度下降趋势模型

根据国内外相关研究得到的大量观测数据统计表明[1]，氡浓度与通风时间的关系呈现出对数曲线的趋势。本次监测试验根据爆破后洒水及不洒水状态下的作业面空气中氡浓度拟合出相应模型，结果如下:

图2 出渣和打钻作业氡浓度变化趋势图Fig.2 Trend of radon concentration change in 30 minutes after blasting

图3 爆破后不洒水氡浓度变化趋势Fig.3 Trend of radon concentration change not watering after blasting

从图3可以看出监测试验中爆破后不洒水状态下作业面空气中氡浓度变化的趋势方程见公式(1)。

式中:Y——作业面空气中氡浓度(Bq/m3);X——通风时间/min。

图4 爆破洒水后氡浓度变化趋势Fig.4 Trend of radon concentration change with watering after blasting

从图4可以看出监测试验爆破后洒水状态下作业面空气中氡浓度变化的趋势方程见公式(2):

式中:Y为作业面空气中氡浓度(Bq/m3);X为通风时间(min)。

根据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》的要求，本项目宜考虑采取补救行动的作业是打钻，应采取补救行动的作业是出渣。

5 结论与建议

本项目常规通风情况尚未能满足防护要求。

喷浆作业能起到一定的屏蔽γ辐射和氡析出的效果。

常规送风加洒水比常规送风降氡效果明显。

应对出渣作业面采取补救措施，宜对打钻作业面采取补救措施。

综合以上分析，初步提出以下建议:

(1)在考虑不影响操作和不引起大量扬尘的情况下，适当把送风口靠近作业位。另外，在已有的送风系统基础上，应增设排风系统，以加强施工作业面的空气循环，使作业面的平均风速达到0.25 m/s以上，且气流不应通过作业人员的呼吸带，将隧道作业内作业面空气中氡浓度降低到国家卫生标准限值以下。

(2)在隧道内出水点或段，应及时将其收集并排离隧道，以减少氡及其子体的逸出。

(3)施工过程采取湿式凿岩、喷雾洒水等方式降低放射性粉尘的产生，特别是巷道内、压入式通风机周围的粉尘浓度不应高于0.1 mg/m3。

[1] 中铁第四勘察设计院.铀国外氡及子体防护科研动状[R].武汉:中铁第四勘察设计院，1982.

[2] 杨钦元.室内氡浓度及其控制措施[J].辐射防护，2001，21(6):26－29.

[3] 程业勋.环境中氡及其子体的危害与控制[J].现代地质，2008，22(5):857－868.

[4] 张丽娇，谢波.室内氡的测量及防护[J].中国辐射卫生，2006，15(1):84－85.

[5] 王广才，侯胜利，等.某长隧洞环境放射性评价研究[J].水文地质工程地质，2006(6):1 －4.

[6] 陈晓，杨文鹏，等.南岸干渠长引水隧洞放射性地质环境评价[J].四川地质学报，2011，31:93 －97.