高速公路隧道施工放射性监测方法初探

周 佳，夏子通

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

高速公路隧道施工放射性监测方法初探

周 佳，夏子通

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

重点介绍了隧道工程放射性监测所采用的标准、监测对象、仪器、方法和评价指标的计算，以及对异常放射性的处理措施，并对后续相关工作的开展提出建议。

隧道；放射性监测；放射性影响；方法

随着中国经济建设的飞速发展，大量基础设施开工建设，高速公路就是其中重要的项目类型。而隧道工程是高速公路建设过程中辐射环境影响的重点关注环节。

在我国某些省份，花岗岩分布广泛，客观上存在较高天然放射性的可能。在高速公路隧道开挖过程中，不可避免的开挖作业可能对施工作业人员产生附加γ外照射和 （或）吸入氡气产生内照射。隧道外排水，可能存在放射性指标高，若没有采取相应措施而排入环境中则可能对周边水环境带来影响；隧道施工放射性指标异常的废弃土石不合理的处理、处置也可能对环境造成不良影响。因此，对隧道工程进行放射性监测，以便及时发现异常和采取有效防护措施，并确保环境和公众的安全是十分必要的。

1 放射性监测的方法及参数

1.1 采用的有关标准和参数

为了保证施工人员身体健康不受损害，施工环境不受污染，必须严格执行国家的有关规定和标准。凡属国家或部颁布标准中已确定的现行管理限值，将直接采用；凡属国家或部颁布标准中没有确定的管理限值，管理限值所控制的特定生活环境或工作环境使受照射人群的辐射剂量必须低于个人剂量的基本限值，并为其他照射留有余地。采用的有关标准如下：

（1）《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871—2002）

（2）《核辐射环境质量评价的一般规定》（GB11215—1989）

（3）《公路建设项目环境影响评价规范》（JTJ005—1996）

（4）《铀矿地质辐射防护和环境保护规定》（GB15848—2009）

（5）《建筑材料放射性核素限量》（GB6566—2001）

（6）《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB50325—2001）（2006 年版）

（7）《环境核辐射监测规定》（GB12379—1990）

（8） 广东省 《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）

（9）《生活饮用水水质卫生规范》（国家卫生部，2001.9）

（10）《拟开放场址土壤中剩余放射性可接受水平规定（暂行）》（HJ53—2000）

（11）《广东省放射性废物管理办法》（省政府第65号令，2001.6）

（12）《铀矿地质辐射环境影响评价要求》（EJ/T977—1995）

（13）《环境地表γ辐射剂量率测量规范》（GB14583—1993）

（14）《土壤中放射性核素的γ能谱分析方法》（GB11743—1989）

（15）《地面 γ 能谱测量技术规程》（DZ/T0205—1999）

（16）《城市放射性废物管理办法》（国家环境保护局，1987）

（17）《氡及其子体测量规范》（EJ/T605—1991）

（18）《环境空气中氡的标准测量方法》（GB/T14582—1993）

本次监测所采用的标准及参数见表1。

表1 相关参数与标准［1-4］Table 1 The related parameters and standards［1-4］

1.2 监测对象

隧道内围岩中的放射性核素发射出γ和β射线，对施工人员产生外照射，随着岩石中镭含量的不同，剂量率也有变化。测量隧道环境γ辐射剂量率，可对施工人员所受的照射剂量进行评价。通过对隧道碴石进行γ能谱监测做放射性比活度分析，以便筛选符合标准要求的碴石进行有效回收利用。从开挖后裸露的岩石及裂隙水中逸出的氡气及氡子体将对隧道的施工人员产生内照射，隧道开挖过程中，粉尘的危害不单是粉尘中游离SiO2可以导致施工人员的尘肺病，而且粉尘中有放射性同位素，这不仅加速尘肺病的发展，更能促进施工人员肺癌的发生。施工中产生的放射性废水如果没有经过处理，外排也将会对环境造成污染。

因此，本次研究监测的对象为：空气吸收剂量率、岩石放射性核素226Rn、232Th和40K的放射性比活度、粉尘浓度、空气氡浓度和水中总α、总β的浓度。

1.3 监测仪器及方法

1.3.1 γ辐射剂量率

按照 《环境地表γ辐射剂量率测定规范》（GB/T14583—1993）的要求和方法进行现场测量［5］。测量仪器采用BH3103B便携式 X-γ剂量率仪，测量下限为10 nGy·h-1，经中国计量研究院检定合格。测量前，先将仪器预热15 min以上；测量时，将探头放在三角架上，探头距地面1 m；设置好测量程序，仪器以每五秒钟1个的速率自动读数。

结合隧道施工实际情况，沿隧道施工开挖方向每5 m设置一个监测点位，每个监测点首先巡测空气吸收剂量率，然后选取代表点进行测量，通常监测点选在隧道断面中央。仪器以每五秒钟1个的速率自动读取10个数据，计算平均值和标准偏差，将平均值作为该点位代表值。

1.3.2 岩石放射性核素

按照 《地面 γ 能谱测量技术规程》（DZ/T0205—1999）的要求和方法进行现场测量［6］。测量仪器采用HD-2002型便携式微机γ能谱仪，经国防科技工业1313二级计量站检定合格。测量前，先检查电池电量及仪器自稳状态；将测量时间设为100 s；当探头紧贴测点处岩石时，开始测量。

结合隧道施工实际情况，从洞口开始，沿隧道施工开挖方向约每15 m设置1个监测点位，测点选在施工过程中新开挖裸露岩石表面。

1.3.3 空气氡活度浓度

按照 《环境空气中氡的标准测量方法》（GB/T14582—1993）的要求和方法进行现场测量［7］。测量仪器采用FD216型环境氡测量仪，测量下限为3 Bq·m-3，经中国计量科学研究院检定合格。测量前，先将仪器预热30 min以上；按要求设置 “系数”、 “测量时间”等参数；仪器经 “充气—测量—显示测量结果—排气”完成一个测量过程。

结合隧道施工实际情况，沿隧道施工开挖方向每100 m设置1个监测点位，监测点位选在隧道断面中央。

1.3.4 粉尘浓度

测量仪器采用P-5L2C型便携式微电脑粉尘仪。该仪器经北京宾达绿创科技有限公司检定合格，取得中华人民共和国计量器具许可证（CMC），并通过中国预防医学科学院环境工程研究所、环境监测研究所的检定和中国环境监测总站的认可。测量前，先将仪器预热3～5 min；然后检查电池电量；再按标准程序校正仪器；根据现场粉尘种类，按照《公共场所空气中可吸入颗粒物（PM10）测定方法——光散射法》（WS/T206—2001）和《铁路作业现场相对质量浓度与质量浓度转换方法》（TB/T2323—1992）相关规定选择和设置K和K1值 （K值代表TSP；K1值代表 PM10）；切换到 “质量浓度”模式，将时间设为1 min，开始测量。

结合隧道施工实际情况，沿隧道施工开挖方向每100 m设置一个监测点位，监测点位选在隧道断面中央。

1.3.5 水样放射性指标

根据 《水质采样方案设计技术规定》（GB12997—1991）、 《水 质 采 样 技 术 指 导 》（GB12998—1991）等相关要求进行水样采集。

使用有机材质的聚乙烯塑料采样容器，装取待分析水样5 L；塑料容器塞进内塞，拧紧外盖，写好样品标签；根据监测方案并结合隧道施工实际情况，沿隧道施工开挖方向每100 m采集水样1个。采样完毕后尽快送分析测试研究所测量。

2 评价指标的计算公式

放射性对人体产生的照射效果是通过年照射剂量当量值和年有效剂量当量值来体现的。通过以下几个公式可进行放射性核素含量分析及相应的评价指标计算。

2.1 空气吸收剂量率、空气氡活度浓度与年有效剂量当量的关系

（1）空气吸收外照射剂量计算公式：

式中：HP（d）——空气吸收外照射所致有效剂量，Sv·a-1；0.7——剂量转换系数；R——空气吸收剂量率增量，Gy·h-1；T——工作时间，h·a-1。

（2）吸入氡子体所致个人有效剂量当量的计算公式：

式中：DRn——氡子体所致的个人有效剂量当量，Sv·a-1；CRn——氡活度浓度增量，Bq·m-3；T——工作时间，h·a-1；DFRn——吸入氡子体的剂量转换因子， Sv·（Bq·h·m-3）-1。

表2给出了吸入氡子体的剂量转换因子。

（3） 参数选择

偏安全考虑，空气吸收剂量率增量：选取测量结果中最大监测值与当地原野平均空气吸收剂量率之差；氡活度浓度增量：选取测量最大监测值与当地环境氡活度浓度室外本底值之差。

表2 吸入氡子体的剂量转换因子Table 2 The conversion factors of committed effective nuclides dose

（4） 计算结果

隧道施工人员所受最大可能附加剂量为Hp（d）＋DRn。

2.2 岩石放射性核素内、外照射指数计算方法

内照射指数按《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB50325—2001）2.3中推荐的公式计算：

式中：IRa为内照射指数；CRa为建筑材料中天然放射性核素226Ra的放射性比活度，Bq·kg-1。

外照射指数按《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB50325—2001）2.4中推荐的公式计算：

式中：Ir为外照射指数；CRa、CTh和CK分别为建筑材料中天然放射性核素226Ra、232Th和40K的放射性比活度，Bq·kg-1。

3 监测结果数据处理及分析

3．1 γ辐射剂量率监测结果分析

图1为隧道内连续一个月采用BH3103B便携式X-γ剂量率仪测量的结果，结果表明：隧道施工过程中，空气吸收剂量率的范围为100～150 nGy·h-1，总体在当地原野空气吸收剂量率本底范围（国家环保总局，《中国环境天然放射性水平》， 1995） 为 5.2×10-8～16.5×10-8Gy·h-1，平均值为11.6×10-8Gy·h-1，部分路段略高于当地原野空气吸收剂量率本底范围的平均值。

3．2 就地γ能谱监测结果分析

通过对隧道碴石进行γ照射量率监测和取样做放射性比活度分析，以便筛选符合标准要求的碴石进行有效回收利用。

开挖碴石中取用材料天然放射性核素226Ra、232Th和40K放射性比活度应满足 《建筑材料放射性核素限量》（GB6566—2001）的要求［8］， 即：

（1）建筑主体材料

天然放射性核素226Ra、232Th和40K放射性比活度同时满足IRa≤1.0和Ir≤1.0，或对于空心率大于25%的建筑主体材料同时满足IRa≤1.0和Ir≤1.3时，其产销与适用范围不受限制。

（2）装修材料

装修材料同时满足IRa≤1.0和Ir≤1.3要求的为A类装修材料。A类装修材料其产销与适用范围不受限制；不满足A类装修材料要求但同时满足IRa≤1.3和Ir≤1.9要求的为B类装修材料。B类装修材料不可用于Ⅰ类民用建筑的内饰面，但可用于Ⅰ类民用建筑的外饰面及其他一切建筑物的内、外饰面；不满足A、B类装修材料要求但同时满足Ir≤2.8要求的为C类装修材料。C类装修材料只可用于建筑物的外饰面及室外其他用途；Ir＞2.8的花岗石只可用于碑石、海堤和桥墩等人类很少涉及到的地方。

开挖碴石的主要成分是花岗岩，直径为50～800 mm，其内、外照射指数满足《建筑材料放射性核素限量》（GB6566—2001）中B类装修材料的要求，运输经场外碎石机破碎和其他一系列加工后可以作为隧道和施工场外路基使用。

3．3 空气氡活度浓度监测结果分析

通过监测结果的对比发现，爆破作业完成后重型机械进场进行开挖作业时，掌子面的氡活度浓度可以达到69.5 Bq·m-3，高出当地平均值（当地环境氡活度浓度本底，室内：19.0 Bq·m-3， 室外： 15.4 Bq·m-3）［9］， 应采取通风措施，使氡活度浓度降低。

3．4 粉尘活度浓度监测结果分析

当隧道进行爆破作业、重型机械开挖作业和喷锚作业时，掌子面的粉尘浓度会有超标现象，但通过加湿作业和通风作业可以使粉尘活度浓度降低到2 mg·m-3以下。

3．5 隧道中水样放射性物质含量的监测

通过监测结果分析发现靠近掌子面的岩石隙水、隧道的渗水有超标现象，但流经排水沟，到达洞口的水的总α、总β是符合标准的。这说明施工过程中的用水和岩石隙水、隧道的渗水混合后经排水沟的沉淀作用可以使其达到排放标准。

4 隧道施工人员年有效剂量当量估算

通过公式（1）、（2）可以计算出空气吸收外照射剂量和吸入氡子体所致个人有效剂量当量，两者相加便可得知隧道施工人员所受最大可能附加剂量（表3）。

表3 施工人员所受最大可能附加剂量Table 3 The maximum additional dose exposed to the staff in construction

5 结论和建议

综上所述，可以从隧道放射性监测的工作程序和工作方法上得出以下结论：

（1）隧道工程的放射性监测可以按照以下的工作程序进行：分析放射性物质的影响、相关标准和参数的选择、监测内容的确定、监测布点的设置、监测结果的分析和防护措施。

（2）即使在高氡活度浓度和高粉尘活度浓度地段进行施工，只要做好相应的防护措施，加强通风等措施，可以将氡活度浓度和粉尘活度浓度降低到合理的水平范围之内。

（3）确保工期，在施工期间，要做好放射性跟踪监测，密切注视地下水和空气中放射性物质的变化，积极做好施工组织和防护，及时、准确地做好变更设计和记录工作，为整个工程提前完工创造良好的条件，也为今后开展类似的工作提供宝贵的经验。

（4）通过该工程施工使笔者认识到，对于类似的具有开拓性的复杂工作，建设、设计、施工和监理等几方面密切合作而又各司其职是非常重要的。科学合理的勘测设计和优秀的施工组织，以及现代化的施工、监测设备是工程圆满完成的关健。

（5）在测量现场，加强测量工作者自身的个人防护也是十分必要的。

［1］ 国家质量监督检验检疫总局.GB18871—2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准［S］.北京：中国标准出版社，2002.

［2］ 国家质量监督检验检疫总局、中华人民共和国建设部.GB50325—2001民用建筑工程室内环境污染控制规范：2006年版［S］. 北京：中国标准出版社，2001.

［3］ 广东省环境保护局.DB44/26—2001水污染排放限值［S］.北京：中国标准出版社，2001.

［4］ 国家环境保护局.GB15848—1995铀矿地质环境保护规定［S］.北京：中国标准出版社，1995.

［5］ 国家环境保护局.GB12379—1990环境核辐射监测规定［S］.北京：中国标准出版社，1990.

［6］ 中华人民共和国国土资源部.DZ/T0205—1999地面γ能谱测量技术规程［S］. 北京：中国标准出版社，1999.

［7］ 国家环境保护局.GB/T14582—1993环境空气中氡的标准测量方法［S］.北京：中国标准出版社，1993.

［8］ 中华人民共和国建设部、国家质量监督检验检疫总局.GB6566—2001建筑材料放射性核素限量［S］.北京：中国标准出版社，2001.

［9］ 万玉松，等.广东省部分大型建设工程中环境氡浓度调查研究［C］//全国天然辐射照射与控制研讨会论文集.北京：国家环境保护局.2000：167-170.

The preliminary methodological study of radioactive monitoring in high way tunnel construction

ZHOU Jia，XIA Zi-tong
（Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

This paper mainly introduces the standards， items， instruments， methods and the selection of assessment parameters and especially the ways to deal with the radioactive wastes during tunnel construction.Some suggestions have been put forward for future environmental monitoring.

tunnel； radioactive monitoring； radioactive impaction； methodology

TL75+1；X830.2

A

1672-0636（2010）04-0239-05

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.04.010

2010-08-12

周 佳（1973—），女，博士，山西太原人，高级工程师，从事环境保护与评价工作。E-mail:jia.zhou@cea.fr