某高速公路及周边环境放射性调查与健康风险评估

严律恒，何海明，王志文

(1.广东核力工程勘察院 广东 广州 510800；2.湖南大学环境科学与工程学院 湖南 长沙 410082)

我国南方，部分地层中富含大量铀、氡等天然放射性核素。高速公路工程土石方开挖与搬运可能会开挖到放射性核素矿化渣土，对当地居民环境造成危害。评估公路沿线辐射环境影响，最大限度地减少建设对周围环境和居民的不利影响，是公路建设发展与环境保护相协调的重要环节[1-2]。

本文以粤西地区某高速公路建设项目为例，对公路沿线放射性辐射环境现状资料收集及详细勘察、调查，分析评估其影响因素，对公路线路沿线放射性安全和广东省高速公路网的完善具有重要意义。

1 工程背景

该高速公路建设项目位于广东阳江市和茂名市境内，路线总体走向东北-西南向，地理位置：东经110°88′～111°83′；北纬22°06′～22°38′。全线采用双向六车道高速公路技术标准，全线总长约142km，设计速度120km/h，路基宽度34.0m。新建二级公路连接线4.93km，设计速度60km/h，路基宽度8.5m。全线共设置桥梁113座，总长47.25km。设置隧道15座，总长约19.83km。桥隧总长度67.08km。据《广东省航空伽玛异常点区域图》，本项目线路推荐线路两侧500m范围内均无异常点。本项目推荐线路地表环境γ辐射剂量率监测最大值159nGy/h，平均水平92nGy/h，与当地环境本底辐射水平相当，不存在放射性水平偏高(推荐线平均水平92nGy/h+150nGy/h)区域。

人体受天然辐射影响的方式主要外部照射和内部照射两种。外部照射指人体暴露在人体外的天然放射性物质中。内照射是放射性物质在人体内发生放射性衰变引起的照射。辐射环境影响主要因子为γ辐射剂量率、空气中氡浓度、岩(土)放射性核素含量等。从辐射环境保护角度讲，开展辐射防护和环境保护措施势在必行。

2 辐射环境质量现状调查

2.1 既有放射性资料结果

当岩石、土壤、水或气体中放射性核素的特定活性高于环境中放射性背景水平或测量平均值和标准偏差三倍之和时，称为放射性异常[3]。在寻找铀矿时，可以用不同的方法和仪器检测各种放射性异常，包括伽马射线异常，天然铀、天然钍和钾异常，氡、钠和氦气异常，以及水中的铀、镭和氡异常[3]。本次放射性环境现状调查收集了《广东省航空伽玛异常点区域图》，线路所经区域推荐线路两侧200m范围内均无异常点。图1。

图1 项目所在地区航空伽玛异常点区域图

2.2 调查内容及布点原则

本次放射性环境现状调查内容：(1)沿线环境γ辐射剂量率；(2)沿线土壤中氡浓度测量；(3)沿线环境空气中氡浓度测量。

根据《环境γ辐射剂量率测量技术规范》原野测点位的选择要求，测量大气中氡浓度地点是道路建设工程隧道路段、测量剂量率的高放射性路段和隧道出入口附近的建筑物。在实地测量环境中伽马辐射剂量率时，如在该路段检测到高放射性，就选择合适的地点，或岩石采样并集中送检。本专题重点专注隧道区段，以隧道区段为重点进行采样。

2.3 调查结果与分析

2.3.1 环境γ辐射剂量率

使用HY3302型便携式X-γ剂量率仪对沿线环境γ辐射剂量率监测。测量时仪器探头中心距离地面(基础面)高度1m，仪器读数稳定后，以约10s间隔读取10个数据，取平均值为该点代表值。测量时以路线中线为轴线，监测点位设在道路中心线监测，无放射性水平偏高时，远离高大树木后，按间距约1km记录测量值，在高放射性水平附近扩大检测区域，测量高值的区域，并记录测量值，推荐线环境γ辐射剂量率变化曲线图见图2。

图2 推荐K线辐射剂量率变化曲线图 图3 推荐K线土壤氡浓度变化曲线图

项目推荐线路环境γ辐射剂量率共测量174个点，监测最高值159nGy/h，平均值92nGy/h。环境γ辐射剂量率高值出现在推荐线K59+930～K84+165段内和K94+100～K110+950段略高于茂名地区的原野γ辐射剂量率水平，其他路段γ辐射剂量率基本为正常本底水平。

2.3.2 土壤中氡浓度

土壤中氡浓度测量使用FD-3017型测氡仪，沿拟建公路推荐线路布点测量。按5瞬时测氡法工作程序及技术要求，通常应在良好的天气条件下测量(测量前24小时内无降雨)，一般取样深度大于0.6m，尽量不受地表土壤的遮挡，在测量区域的同一取样深度尽可能长；同一测量孔的气体抽吸次数不应超过两次(包括两次)，重复测量应就近(距离20cm～50cm)另打抽气孔；异常明显的测点在测量完毕用大量净化空气排净残余氡子体，适当加密测量或追索。推荐线土壤中氡浓度变化曲线图见图3。

推荐线路土壤中氡浓度共测量101点，平均值3180Bq/m3。高值出现在K59+930～K84+165段，最高值11005Bq/m3，与现场环境γ辐射剂量率监测结果大致相符合。与放射性核素浓度和地质裂缝密切相关。在土壤中氡浓度较高的地区，陡坡上进行隧道和挖掘时，应特别注意碎石土壤的放射性浓度。

2.3.3 空气中氡浓度

空气中氡浓度测量使用FD216型测氡仪，空气中氡浓度测量位置主要为本项目放射性环境敏感点。监测方法采用泵吸静电收集能谱分析法，距地面高度1.5m，晴天测量，测量时间上午进行，每个点测量1次，1次测量时间为1小时。推荐线室外空气中氡浓度平均值12.5Bq/m3，以广东省室外空气氡浓度平均值15.4Bq/m3，考虑到测量误差和不确定度，相当于广东省室外空气氡浓度平均值。

3 放射性环境影响因子计算

隧道施工产生的粉尘和施工现场释放的氡气对施工人员产生辐射影响，并通过通风管道释放到大气中，岩石废料也向环境中释放氡气。遇到226Ra、232Th和40K含量较高岩石，会增加环境中伽马辐射浓度，隧道工程废料处理不当，也会对当地环境造成影响。选取环境γ辐射剂量率较高路段板塘岭隧道、大旺垌隧道和新村隧道预测，预测隧道施工中对隧道口附近居民及隧道施工人员放射性环境影响。

3.1 隧道内γ辐射水平

取隧道岩芯样品测试放射性核素226Ra、232Th、40K含量，隧道开挖面γ辐射剂量率值计算公式[3]：Da=0.425CU+0.665CTh+0.042CK

式中：Da-空气吸收剂量率，nGy/h；CU、CTh、CK质量活度，单位：Bq/kg。

表1 隧道中γ辐射剂量率估算表

典型岩样测试及计算结果(图1)及隧道掘进中可能的吸收剂量率估算结果表明，隧道掘进中γ辐射剂量率在182nGy/h之内，但由于地下岩层的复杂性与不确定性，仍有遇到环境γ辐射剂量率较高区段的可能。

3.2 隧道内氡释放量

坑道释放的氡气有隧道岩体及矿体释放氡(QM)。有两种方法可以估计隧道岩石和矿化体的氡气排放量。一种是根据同类型铀含量采石场建成部分的监测结果，另一种是根据挖掘区面积和隧道面铀含量来估计。本项目采用挖空区面积进行估算。隧道岩体及矿体释放的氡估算公式[4-5]：QM=S×δs

式中：S-挖空区岩体表面积，m2；δs-单位面积上的氡析出率，Bq/m2s。QM-隧道岩体及矿体氡释放量，Bq/s；

一般矿层单位面积上氡析出率可用半无限矿层近似计算[6]：

式中：ρ-岩石密度，g/cm3，取2.64；Se-射气系数，取0.3；δs-单位面积上氡析出率，Bq/m2s；λ-氡的衰变常数，2.1×10-6/s；Kp-矿石中铀镭平衡系数，取1；η-矿石孔隙度，取0.01；D-矿石中氡扩散系数，cm2/s，取4.5×10-2cm2/s；CU-铀矿石品位，%(如现状调查时铀含量最高不超过0.0008%，预测时取最高值2倍0.002%)。

根据隧道数据和考虑开挖工作中，必须为衬砌提供空间，对面积和周长各增加10%的因素。(1)潘塘岭隧道净高5.0m，净宽15.50m，横截面积77.5m2，周长41m，断面面积85.25m2、周长45.1m。隧道长2830.5m；(2)大旺垌隧道净高5.0m，净宽15.50m，横截面积77.5m2，周长41m，取断面面积85.25m2、周长45.1m。隧道长704m；(3)新村隧道净高5.0m，净宽15.50m，横截面积77.5m2，周长41m，断面面积85.25m2、周长45.1m。隧道长410.5m；(4)飞安隧道净高5.0m，净宽15.50m，横截面积77.5m2，周长41m，断面面积85.25m2、周长45.1m。隧道长2449.5 m。

估算中直接采用长方形计算，实际周长和净断面要小。估算得到岩体及矿体氡析出量(表2)。表中估计值是在开挖过程中没有衬砌岩石的情况下做出的，沉积的氡气量很高。建议在开采过程中对裸露的岩石进行衬垫和通风，以减少直接从岩石中沉积的氡气量。

表2 隧道不同掘进面时岩体及矿体氡析出量估算结果

3.3 松散矿岩堆的氡析出量

在隧道施工中，散装岩石堆中氡气量是据隧道内散装矿渣和岩石在钻探过程中储存和运输总量确定的，估算公式：Qp=262.7·Mp·CU·KP·Se·Ks

式中：MP-掘进场及转运场矿岩堆积量，T；QP-松散矿岩堆氡析出量，Bq/s；KP-矿石中铀镭平衡系数，取1；CU-松散矿岩堆中铀含量，%；Ks-氡从岩块析出时衰变系数，取0.5；Se-射气系数，取0.3。

隧道入口处前缘碎石过载假设为50t，由于隧道内过载持续时间在两侧不同，在计算时加入了临时重量。表3给出了隧道内松散岩石氡沉积量的估计值。

表3 隧道掘进中松散矿岩堆的氡析出量估算值

3.4 隧道涌出水氡析出量

当隧道中地下水从地面上升并逸散到大气中时，空气中氡的分压比岩石裂缝中的分压要低得多，溶解在水中的氡迅速沉淀，导致水中氡浓度迅速下降。在173m流动间隔中，水中氡沉积率为99.87%。如假设施工期间隧道水中氡浓度50Bq/l，水从≥200m的岩石裂缝中流出，水中氡浓度更低，可以认为是氡沉淀，那么隧道水中氡沉淀(1m3/h)为14Bq/s。由隧道涌水释放到环境中氡估算见表4。

表4 隧道涌水释放到环境中的氡

隧道内氡析出总量为以上三项之和[7-8]：Q总=QM+QP+QB

通过计算，板塘岭隧道、大旺垌隧道、新村隧道和飞安隧道在无支撑的挖掘过程中，释放到环境中氡气量为6.0×104Bq/s。低于这个数值，作为氡释放主要途径的岩石裸露面积就比较大。根据实际施工情况，渣土隧道开挖后应立即进行第一次封堵(初衬)。初衬用20cm左右混凝土。故隧道内未初衬长度将不大于一次爆破产生的长度(3m)。实际隧道内氡释放量最大值为1.5×103Bq/s。

4 健康评估

隧道施工人员辐射剂量主要来自吸入氡及氡子体，约占施工人员有效剂量53.1%，为降低隧道施工人员辐射剂量，应保证隧道有足够的通风量，同时，做好施工人员个人防护，尽量减少施工人员吸入氡及氡子体量。

对施工工人吸入氡剂量估算。按照公式计算：D1=0.4CRng·T

式中：D1-吸入氡剂量，Sv；CRn-氡浓度较隧道外环境浓度的增量；g-吸入氡剂量转换因子(g=1.4×10-8Sv/(h·Bq/m3))；T-工作时间。

隧道施工人员受γ外照的估算剂量公式：D2=0.7TH

式中：H-γ外照射剂量率增量，Gy/h；D2-受外照的剂量，Sv；T-工作时间。

板塘岭隧道、大旺垌隧道、新村隧道和飞安隧道内γ辐射剂量率分别为141nGy/h、127nGy/h、182nGy/h和140nGy/h。隧道内在强通风条件下施工中空气中氡浓度在400Bq/m3以下，全省室外空气中氡浓度15.4Bq/m3，隧道内氡浓度增值可用保守值384.6Bq/m3估算。

在不采取辐射防护措施时，保守估算，板塘岭隧道施工人员所受剂量为3.282mSv/a，大旺垌隧道施工人员所受剂量为1.555mSv/a，新村隧道施工人员所受剂量为0.978mSv/a，飞安隧道施工人员所受剂量为3.246mSv/a，均低于有效剂量约束值要求5mSv/a。

5 总 结

本文通过对目标工程沿线放射性环境地质调查及放射性环境相关参数测定，对施工中辐射环境影响的放射性环境影响预测与评估，结果表明：目标线路两侧200m范围内均无异常点。施工中，隧道掘进γ辐射剂量率在182nGy/h之内；实际隧道内氡释放量最大值为1.5×103Bq/s。通过健康计算评估，在不采取辐射防护措施时，隧道施工人员所受剂量均低于有效剂量约束值要求。