水电站地下洞室作业环境氡及其子体危害性安全评价

李 茂,姚云龙,李玉芹

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

由于受地震、泥石流、边坡稳定、河谷狭窄等影响，中国云南、贵州、四川等省已建成投运的水电站，大多都采用地下厂房。地下厂房与外界连接的辅助隧洞较长，且电站通风、排水系统运行极为复杂，导致水电站地下洞室放射性物质扩散困难。当放射性物质聚积、积累又加重了对作业人员身体健康的不良影响。根据水电行业地下洞室作业环境资料显示，水电站地下洞室主要的放射性危害为地下建筑的环境氡及其子体。

当水电站地下洞室个别部位氡浓度超标时，不能确定作业人员在作业过程中接触氡超标部位的时间限值，获得氡及其子体浓度超标的检测结果，不能推算出该结果对作业人员身体健康影响的具体数据及危害程度，提出有效对策及防护措施。因此，本文开展水电站地下洞室氡及其子体危害性安全评价，计算作业人员在不同接触时间内吸入氡及其子体对人员产生的年均有效接触剂量，提出作业环境危害防控措施，为控制地下洞室作业放射性危害提供借鉴。

1 评价项目概况

贵州省某水电站工程开发任务主要为发电，水库正常蓄水位585.00 m，相应库容1.365亿m3，具有日调节性能。电站装机容量558 MW，年平均年发电量15.61亿kWh，年利用小时数2 797 h。枢纽工程主要由碾压混凝土重力坝、开敞式溢流表孔、放空底孔、左岸引水系统、左岸地下厂房等建筑物组成。地下厂房洞室群布置于坝址左岸山体内。

电站水库区出露地层主要为三叠系上统赖石科组(T3ls)泥质灰岩夹泥灰岩、砂岩；三叠系中统竹杆坡组(T2z)灰岩；关岭组(T2g)灰岩、泥质白云岩夹粘土岩；杨柳井组(T2y)白云岩、灰岩夹角砾状白云岩、泥质白云岩。

坝址区出露地层为三叠系中统杨柳井组第一段(T2y1)、第二段(T2y2)、第三段(T2y3)、第四段(T2y4)及关岭组第二段第二层(T2g2-2)、第三层(T2g2-3)白云岩、白云质灰岩、灰岩及泥晶灰岩、晶洞灰岩，第四系覆盖冲积砂卵砾石层、崩塌堆积体及残坡积粘土夹碎块石层。

对该水电站中控楼、发电机层、机组蜗壳层、大坝底层廊道、中层廊道、蝶阀层等作业人员作业场所环境氡进行了检测，检测结果见表1。

表1 贵州省某水电站作业场所环境氡检测结果表

2 氡及其子体的危害

放射性微粒通过呼吸道吸入、消化道摄入、皮肤或粘膜侵入等方式进入人体，导致蛋白质分子键断裂和畸变，破坏人体中有关新陈代谢的酶，扰乱细胞组织的正常代谢活动，直接破坏细胞和组织的结构，对人体产生躯体损伤效应和遗传损伤效应[1]。

地下厂房可能存在氡气等放射性物质。大剂量的放射性对人体和动物存在着某种损害作用。一般情况下，日常工作中不接触辐射性物质的人，一年中因环境本底辐射(空气中的氡)摄取量是每年1～2 mSv/a。当从业人员每年辐射物质摄取量超过6 mSv时，他们的工作环境应定期监测，人员需接受定期医学的检查。一次辐射量小于100 μSv(微希沃特)，对人体基本无影响。与放射相关的作业人员，一年最高辐射量为50 mSv。一次性遭受4 000 mSv会致死。

作为环境中较难察觉的气体，氡及其子体随着空气一起吸入人体肺部，经过人的体内循环之后排出体外，虽不会长时间停留在体内，但氡及其子体一旦吸入人体内，就会残留金属离子并沉积在人体肺部，这些金属离子经过衰变释放出的α粒子会对肺部产生损伤，最终导致肺癌的发生[2]。经过研究，氡及其子体有诱发白血病、皮肤癌的可能，尤其对人体肺部的致癌性是影响人类健康的最大威胁。

3 年有效剂量估算

根据本水电站作业环境检测结果：冬季检测20处，超标2处，测值分别是608.72、4 276.90 Bq/m3；夏季检测20处，超标2处，测值分别是1 057.16、3 255.70 Bq/m3。在499.50 m机组蜗壳层2号机组蜗壳进人门、494.20 m蜗壳排水阀廊道层1号机组与2号机组之间的测值虽未超标，但已接近GB/T 16146-2015《室内氡及其子体控制要求》第4.1.1条要求的行动水平300 Bq/m3。4号机蝶阀层、大坝底层廊道(冬季检测值4 276.9 Bq/m3)和大坝中层廊道的检测值超出标准值较多，最大检测值超过标准值10倍，长时间接触可能会对人体有一定影响。

目前我国针对水电站地下洞室作业环境氡及其子体的放射性危害研究还较少[3-6]，尚不能准确确定作业人员在氡浓度超标环境下，作业人员在作业过程中接触超标部位的时间限值。根据GB/T 16146-2015《室内氡气其子体控制要求》附录A 氡及其子体的有关参量及其转换，推算水电站现场作业人员吸入氡及其子体对人员产生的年均有效剂量。

(1)

因为本水电站针对环境氡只进行了冬、夏两季测量，并未进行全年长期检测，无法获取超标部位氡的年平均值。故本次计算根据GB/T 16146-2015《室内氡及其子体控制要求》第4.1.1条对已建建筑物内年均氡浓度行动水平设定为300 Bq/m3，取超标部位年均氡浓度值为300 Bq/m3。

根据GB 18871-2002 《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》附录B中表B2中的假设，假设每年在工作场所的时间为2 000 h；取作业人员的接触时间为2 000 h。依此，计算超标部位氡年均有效剂量，作为现场实际情况计算比对基础。

不同接触时间下，在检测出的氡气浓度最大值部位，水电站现场作业人员年均有效接触剂量结果见表2。

表2 不同接触时间下，电站现场作业人员年均有效接触剂量结果表

因本电站环境氡超标部位均为作业人员短时间巡视部位，经与电站沟通了解，电站作业人员进入廊道巡视平均时间小于20分钟/次，频次小于1次/周；检修作业平均时间约1 h，频次1次/月，且水电站在进行作业环境检测后，利用两根直径100 mm的排水管(间隔约100 m)，将底层廊道与中层廊道(直通室外)联通，加强底层廊道通风，短期接触对巡视人员的健康危害不大。

4 防控措施

因本水电站氡气主要来源于地下厂房4号机蝶阀层、大坝底层廊道基础部位，建议防控措施如下：

(1) 针对大坝底层廊道、地下厂房洞室内氡浓度在400～1 000 Bq/m3时，宜在测量后6个月内，采取机械通风、屏蔽氡源、净化除氡等综合措施；当氡浓度>1 000 Bq/m3时，宜在3个月内，采取加强机械通风、屏蔽氡源、净化除氡等降氡综合措施；当采取措施后平均氡浓度仍超过参考水平时，可采取阻断或去除氡源、进行作业场地改造等永久性降氡综合措施[4]。

(2) 控制隔离氡源。堵塞或密封氡从地基或周围岩土进入地下建筑的所有通路、孔隙，并防止富氡地下水的渗入。可采用对氡气扩散层廊道喷浆支护，封堵氡气扩散层，或者对氡气扩散层、生成层喷涂防氡覆盖层[7-8]。

(3) 通风排氡。采取通风使新鲜空气直接送入人员活动的场所。排氡换气次数可按NB 35074-2015《水电工程劳动安全与工业卫生设计规范》附录B的规定执行。

(4) 在廊道出入口设置职业危害告知牌，标明环境氡实测值和规范允许值，加强作业点部位局部通风。

(5) 制定管理规章制度，控制作业人员在超标部位的巡视、检修时间。

(6) 针对长时间检修、维护等工作，合理安排作业人员工作进度，降低作业时间，并为作业人员配备专业防护服、防护面具、测氡仪、直读式个人计量计等防护设备及监测仪器。

(7) 定期对地下洞室环境氡进行复测，确保监测仪器运行有效。

(8) 为作业人员提供防护与安全知识培训。

5 结 语

本文对水电站地下洞室可能存在的放射性危害评价，进行了人员吸入氡及其子体产生的年有效剂量估算，提出了作业环境危害防控措施，可为类似水电站氡及其子体放射性安全评价提供借鉴。