某花崗巖質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任公司， 成都 610031；2.成都華豐工程勘察設計有限公司， 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，作為環境輻射的主要來源，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，工程選線一般以繞避為主，若合理防護且工程代價不大時，可選擇適當位置通過。

國內對隧道放射性的研究集中在放射性調查及評價上，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。本文從花崗巖種屬上做初判，結合隧址放射性核素檢測、孔內γ測量及氡氣監測對隧址區進行放射性評價。

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-木協斷層)位于金沙江縫合帶，隧址區構造極為發育，變質作用強烈。

2 放射性初判

該隧道花崗巖質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%，肉紅色鉀長石發育；花崗巖侵入時代較新，主要為燕山期和印之期；據區域地質報告[6]，隧址區花崗巖屬同熔-改造成因花崗巖。此外，隧址區處于金沙江縫合帶，屬深大斷裂，深大斷裂是良好的導氣通道，常因地殼深部氡氣外溢導致周邊放射性超標。對比隧址區花崗巖與放射性花崗巖種屬，發現兩者存在高度相似性，且隧址區位于深大斷裂帶，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。在此基礎上，對隧道開展放射性核素檢測、孔內γ輻射率測試及氡氣監測[7-8]。

3 放射性對隧道工程施工影響

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

4 隧址區放射性檢測及評價

對隧址區花崗巖質深孔進行自然伽馬測試和孔內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γ測試及評價

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

表1 孔內自然放射性強度測試值表

TB 10027-2012《鐵路工程不良地質勘察規程》第13.5.3條規定：放射性工作場所分區根據年有效劑量當量He劃分為非限制區(He<5 mSv)、監督區(5 mSv≤He≤15 mSv)、控制區(He>15 mSv)。結合孔內實測γ值，對鉆孔測試段落按放射性工作場所分區計算不同限制區的比例。

He=Dr×K×t

(1)

式中：He——有效劑量當量(mSv)；

Dr——實測環境地表γ輻射空氣吸收劑量率,Dr=Gy/h；

K——有效劑量當量率與空氣吸收劑量率比值,K=0.7 Sv/Gy；

第一類設計，當然可以是語文課通常使用的教學方式—講讀。即便是講讀，也可以有不同的課堂學習角度，比如戲劇文本，可以從戲劇人物、戲劇沖突、戲劇語言入手，設計不同的教學內容。當然，從文本的特殊性上考慮，戲劇沖突和戲劇語言最能體現劇本的獨特性，所以，完全可以從這里入手，帶領學生賞讀劇本。

t——公眾在環境中停留時間(h)。

計算共考慮3種工況。工況1：施工人員在環境中停留時間按每年250工作日(法定節假日休息)，每工作日8 h，計 2 000 h；工況2：施工人員在環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。計算結果如表2所示。

表2 孔內γ測試放射性工作場所分區一覽表

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

4.2 孔內放射性核素含量測試及評價

根據HJ 53-2000《擬開放場址土壤中剩余放射性可接受水平規定》第3.1條的規定，確定土壤中238U含量扣除本底后應低于65 Bq/kg(0.25 mSv/a劑量約束值)、232Th含量扣除本底后應低于157.5 Bq/kg(0.25 mSv/a劑量約束值)。隧址區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果如表3所示。

表3 巖石中放射性核素含量測試統計表

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)fr(x)>20，故洞室內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、釷等元素衰變產生，雖然是惰性氣體，但是其衰變產物既有放射性又有活潑的化學性質，容易附著在大氣微粒上，被吸入并停留在肺里，造成人體內照射傷害。

隧址區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，測試結果呈現出底端濃度>中部濃度>頂端濃度的規律，符合氡氣密度遠大于空氣密度的特征?？變葷舛葴y試結果范圍為30～66 Bq/m3，根據GB/T 18883-2002《室內空氣質量標準》和GBZ 116-2002《地下建筑氡及其子體控制標準》，氡氣的標準值取為400 Bq/m3，孔內濃度測試結果均在標準值之內，同時也滿足室內氡濃度上限值(人在其中生活而終生不受氡危害的室內空氣氡濃度范圍)70 400～150 400 Bq/m3的規定。

5 工程措施建議

5.1 加強監測

根據分析結果，隧址區存在較大面積放射性的可能較小。施工過程中應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，應加強監測，若發現放射性異常體應及時處置。

5.2 隧道防塵

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

5.3 降氡

隧道內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，礦巖風化破壞越嚴重，隧道內空氣壓力越小，氡氣析出得越快、越多。降低隧道內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)采用通風的方法將析出的氡及其子體稀釋并排出洞外。凡產生氡氣的作業面，必須有通風裝置，通風系統要防止污染物回流，進風口的粉塵濃度不應大于0.1 mg/m3，氡濃度不應大于150 Bq/m3。進隧道工作前，必須先通風，且通風時間不得少于30 min，隧道內有人時不得停止通風，風機至少應該做到一備一用。

5.4 封閉掌子面

開挖后應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

加強洞內排水，保持排水暢通；及時清運洞渣，減少洞渣在洞內停留時間。

6 棄渣利用評價

隧址以外地區巖性以砂泥巖軟質巖為主，該地區缺乏工程建設所需骨料及路基填料，隧址花崗巖質圍巖為該地區為數不多的硬質巖，故對其是否可合理利用進行評價。

當作為建筑主材骨料時，根據GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》規定：天然放射性核素226Ra、232Th、40K的放射性比活度應同時滿足外照射指數IRa≤1和內照射指數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孔的內照射指數Iγ超過限定值外，其余樣品的外照射指數IRa、內照射指數Iγ均滿足要求。

表4 內外照射指數統計表

當作為路基填料時，根據EJ/T 977-95《鈾礦地質輻射環境影響評價要求》：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γ輻射劑量率本底值為73.2γ，當現場實測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 結束語

本文隧址花崗質圍巖與放射性花崗巖種屬高度相似，且隧址位于可能產生氡氣外溢的深大斷裂縫，放射性超標的可能較大，應結合隧址放射性核素檢測、孔內γ測量及氡氣監測對隧址區進行放射性評價。結果顯示：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督區，該鉆孔洞身附近所出棄渣應埋置于棄渣場中部、深部，且棄渣場不應設置在村鎮等人口聚集區周邊，并應遠離水體；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)fr(x)>20，洞內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。

考慮到隧道內放射性存在不可預測性，不排除取樣點位以外地段放射性物質局部富集的可能，建議加強隧道施工監測，若發生放射性危害需及時采取相應工程措施。