曾 魁，何廣海

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，廣東深圳 518008)

0 引言

隧洞施工中惰性氣體氡是由礦體中鐳、鈾衰變產(chǎn)生的，在巖石中運(yùn)移，不斷從礦石表面析出到工作場所的空氣中。進(jìn)入空氣中的氡隨著氣流流動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生固體衰變產(chǎn)物氡子體218Po(RaA)等，衰變過程主要伴有α、β和γ三種射線放出。氡及其子體能附著于空氣中的氣溶膠，通過呼吸被吸入體內(nèi)沉淀在氣管壁或肺葉上，造成氡及其子體衰變時(shí)產(chǎn)生的α粒子在人體內(nèi)長期照射，引起相應(yīng)的健康影響，《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》(GB18871—2002)中附錄H中規(guī)定工作場所中氡持續(xù)照射情況下補(bǔ)救行動(dòng)的行動(dòng)水平是在年平均活度濃度為500～1 000 Bq/m3(平衡因子0.4)范圍內(nèi)，達(dá)到500 Bq/m3時(shí)宜考慮采取補(bǔ)救行動(dòng)，達(dá)到1 000 Bq/m3時(shí)應(yīng)采取補(bǔ)救行動(dòng)。如何降低隧洞工作面中氡的濃度及相應(yīng)的防護(hù)措施是本監(jiān)測試驗(yàn)研究的主要工作。

1 基本地質(zhì)條件及工作背景

清林徑水庫3#隧洞位于深圳市中北部，全長4 010 m，屬于丘陵地貌，地面高程48.0～220 m，整體地形兩頭高中間低，隧洞底板高程約50.0 m。場地地層自上而下為第四系殘坡積礫質(zhì)粘性土(Qel+dl)、晚侏羅系中粒黑云母花崗巖(J3n)。隧洞Ⅱ類圍巖3 125 m，約占隧洞總長的78%;Ⅲ類圍巖850 m，約占隧洞總長的21%;Ⅳ類圍巖25 m，約占隧洞總長的0.6%;Ⅴ類圍巖10 m，約占隧洞總長度的0.25%。

本監(jiān)測試驗(yàn)位于隧洞530～540 m區(qū)間，圍巖類別為Ⅱ類，采用鉆爆法施工，施工流程主要由風(fēng)鉆鉆孔→裝放炸藥→爆破后通風(fēng)→出渣→支護(hù)(噴漿)

為了降低隧道施工過程中氡氣的濃度，施工方采用壓入式送風(fēng)的常規(guī)通風(fēng)方案:壓入式送風(fēng)軸流式風(fēng)機(jī)1臺(tái)，風(fēng)機(jī)型號(hào)為SDF-NO8，功率為30 kW，設(shè)計(jì)風(fēng)量為500～690 m3/min，通風(fēng)管道采用高強(qiáng)度尼龍風(fēng)帶，管徑DN800，送風(fēng)口離掌子面約40 m。施工方還根據(jù)本監(jiān)測試驗(yàn)的要求，對工作面采取送風(fēng)加灑水5 min的防護(hù)方案，以明確灑水5 min是否能有效降低作業(yè)面空氣中氡氣。

2 試驗(yàn)方法

本監(jiān)測試驗(yàn)采用P30測氡儀在隧洞施工現(xiàn)場每個(gè)工作循環(huán)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，分為常規(guī)監(jiān)測與試驗(yàn)性監(jiān)測兩種工況:常規(guī)工況監(jiān)測主要監(jiān)測正常施工常規(guī)通風(fēng)情況下的打鉆、爆破后、出渣和噴漿四個(gè)工作面的氡濃度;試驗(yàn)性監(jiān)測主要對打鉆、爆破后通風(fēng)30 min后和出渣三個(gè)工作面進(jìn)行氡濃度檢測，分為常規(guī)通風(fēng)和常規(guī)通風(fēng)加灑水5 min兩種工作情況。

氡濃度的采樣方式為每個(gè)工作面選取一個(gè)測點(diǎn)，每個(gè)工作面每隔10 min采集樣品1次，測量時(shí)間以實(shí)際作業(yè)時(shí)間為準(zhǔn)。

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 風(fēng)速、風(fēng)量

常規(guī)通風(fēng)情況下風(fēng)速、風(fēng)量測量結(jié)果如下表1所示。常規(guī)通風(fēng)情況下作業(yè)面和掌子面的風(fēng)速均＜0.25，未能滿足《工作場所防止職業(yè)中毒衛(wèi)生工程防護(hù)措施規(guī)范》工作場所有毒有害物質(zhì)排毒要求的控制風(fēng)速在0.25 ～3 m/s之間，常用風(fēng)速為 0.5 ～1.5 m/s的要求。

3.2 空氣中氡濃度

各作業(yè)面各工況下的空氣中氡濃度檢測結(jié)果匯總?cè)绫?。對表中結(jié)果分析如下:

3.2.1 常規(guī)通風(fēng)工況下各作業(yè)面空氣中氡濃度比較

常規(guī)通風(fēng)工況下的爆破后、出渣時(shí)和打鉆時(shí)三個(gè)作業(yè)面空氣中氡濃度均高于噴漿作業(yè)時(shí)的氡濃度，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)，說明噴漿作業(yè)能起到減少氡析出的作用。

3.2.2 相同作業(yè)面不同工況下空氣中氡濃度比較

試驗(yàn)通風(fēng)加灑水工況下和通風(fēng)工況下的打鉆作業(yè)時(shí)空氣中氡濃度均低于常規(guī)通風(fēng)工況下打鉆作業(yè)時(shí)的氡濃度，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)，說明作業(yè)前灑水和延長通風(fēng)時(shí)間，都能起到降低作業(yè)面空氣中氡濃度的作用。

試驗(yàn)通風(fēng)工況下的出渣作業(yè)時(shí)空氣中氡濃度低于常規(guī)通風(fēng)工況下出渣作業(yè)時(shí)的氡濃度，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)。原因可能是試驗(yàn)通風(fēng)工況下爆破以后通風(fēng)時(shí)間較長，明顯地降低了出渣作業(yè)時(shí)開始時(shí)的氡濃度，而通風(fēng)加灑水工況下爆破以后通風(fēng)時(shí)間較短，出渣作業(yè)時(shí)開始時(shí)的氡濃度相對較高，導(dǎo)致氡濃度與常規(guī)通風(fēng)工況下氡濃度相比差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)。

3.2.3 白天與夜晚時(shí)段作業(yè)面空氣中氡濃度比較分析隧洞內(nèi)作業(yè)場所白天時(shí)段與夜晚時(shí)段的作業(yè)時(shí)間匯總和氡濃度檢測結(jié)果見表3。從表中可以看出:白天時(shí)段與夜晚時(shí)段相比，各作業(yè)面作業(yè)時(shí)間構(gòu)成比差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)，夜晚時(shí)段主要以出渣和打鉆作業(yè)為主，白天時(shí)段主要以出渣、爆破和打鉆作業(yè)為主;由于出渣和打鉆作業(yè)時(shí)的氡濃度相對較高，導(dǎo)致白天時(shí)段與夜晚時(shí)段相比，氡濃度差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)，夜晚時(shí)段氡濃度較大，差值的95%CI為(－92.23 ～ －38.25)。

表2 各作業(yè)面各工況下的空氣中氡濃度檢測結(jié)果Table 2 Radon concentration in different working face

表3 白天與夜晚時(shí)段作業(yè)面空氣中氡濃度結(jié)果Table 3 Radon concentration in working face from day to night

3.2.4 對相同通風(fēng)狀態(tài)時(shí)，灑水與不灑水狀態(tài)下氡濃度變化趨勢分析

從圖1可以看出，監(jiān)測試驗(yàn)中爆破后灑水狀態(tài)下的氡濃度在通風(fēng)時(shí)間達(dá)到150 min時(shí)降到最小值，約為原來的35%;爆破后不灑水狀態(tài)下在通風(fēng)時(shí)間達(dá)到150 min時(shí)只降到了原來的50%。說明爆破后同樣通風(fēng)情況下氡濃度下降趨勢灑水工況比不灑水工況明顯。

圖1 爆破后通風(fēng)30 min氡濃度變化趨勢圖Fig.1 Trend of radon concentration change in 30 minutes after blasting

從圖2可以看出，監(jiān)測試驗(yàn)中的通風(fēng)加灑水后從出渣作業(yè)開始直到下一循環(huán)的打鉆作業(yè)結(jié)束，空氣中氡濃度呈現(xiàn)下降趨勢;而常規(guī)通風(fēng)狀態(tài)下從出渣作業(yè)開始直到下一循環(huán)的打鉆作業(yè)結(jié)束，空氣中氡濃度呈現(xiàn)上升趨勢，說明相同通風(fēng)情況下灑水比不灑水能更明顯地降低作業(yè)場所空氣中的氡濃度。

3.2.5 爆破后氡濃度下降趨勢模型

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究得到的大量觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明[1]，氡濃度與通風(fēng)時(shí)間的關(guān)系呈現(xiàn)出對數(shù)曲線的趨勢。本次監(jiān)測試驗(yàn)根據(jù)爆破后灑水及不灑水狀態(tài)下的作業(yè)面空氣中氡濃度擬合出相應(yīng)模型，結(jié)果如下:

圖2 出渣和打鉆作業(yè)氡濃度變化趨勢圖Fig.2 Trend of radon concentration change in 30 minutes after blasting

圖3 爆破后不灑水氡濃度變化趨勢Fig.3 Trend of radon concentration change not watering after blasting

從圖3可以看出監(jiān)測試驗(yàn)中爆破后不灑水狀態(tài)下作業(yè)面空氣中氡濃度變化的趨勢方程見公式(1)。

式中:Y——作業(yè)面空氣中氡濃度(Bq/m3);X——通風(fēng)時(shí)間/min。

圖4 爆破灑水后氡濃度變化趨勢Fig.4 Trend of radon concentration change with watering after blasting

從圖4可以看出監(jiān)測試驗(yàn)爆破后灑水狀態(tài)下作業(yè)面空氣中氡濃度變化的趨勢方程見公式(2):

式中:Y為作業(yè)面空氣中氡濃度(Bq/m3);X為通風(fēng)時(shí)間(min)。

根據(jù)《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》的要求，本項(xiàng)目宜考慮采取補(bǔ)救行動(dòng)的作業(yè)是打鉆，應(yīng)采取補(bǔ)救行動(dòng)的作業(yè)是出渣。

5 結(jié)論與建議

本項(xiàng)目常規(guī)通風(fēng)情況尚未能滿足防護(hù)要求。

噴漿作業(yè)能起到一定的屏蔽γ輻射和氡析出的效果。

常規(guī)送風(fēng)加灑水比常規(guī)送風(fēng)降氡效果明顯。

應(yīng)對出渣作業(yè)面采取補(bǔ)救措施，宜對打鉆作業(yè)面采取補(bǔ)救措施。

綜合以上分析，初步提出以下建議:

(1)在考慮不影響操作和不引起大量揚(yáng)塵的情況下，適當(dāng)把送風(fēng)口靠近作業(yè)位。另外，在已有的送風(fēng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，應(yīng)增設(shè)排風(fēng)系統(tǒng)，以加強(qiáng)施工作業(yè)面的空氣循環(huán)，使作業(yè)面的平均風(fēng)速達(dá)到0.25 m/s以上，且氣流不應(yīng)通過作業(yè)人員的呼吸帶，將隧道作業(yè)內(nèi)作業(yè)面空氣中氡濃度降低到國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值以下。

(2)在隧道內(nèi)出水點(diǎn)或段，應(yīng)及時(shí)將其收集并排離隧道，以減少氡及其子體的逸出。

(3)施工過程采取濕式鑿巖、噴霧灑水等方式降低放射性粉塵的產(chǎn)生，特別是巷道內(nèi)、壓入式通風(fēng)機(jī)周圍的粉塵濃度不應(yīng)高于0.1 mg/m3。

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