趙曉博

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063)

1 引 言

放射性是鐵路施工中常見的工程地質(zhì)問題之一[1,2]。《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》[3]中規(guī)定：線路通過有放射性礦床分布、高輻射地帶、水源放射性超過限制濃度或放射性地方病蔓延地區(qū)，應對放射性地區(qū)進行工程地質(zhì)勘察。放射性異常的測試和判定是鐵路工程不良地質(zhì)勘察工作的一項重要內(nèi)容，是選線階段需要重點考慮的工程地質(zhì)問題之一，對于大面積分布的放射性異常區(qū)，在鐵路選線時需要進行繞避。例如滇藏鐵路選線階段認為，區(qū)域內(nèi)侵入巖廣泛分布，部分段落含有放射性物質(zhì)，隧道通過花崗巖、閃長巖等時，不僅在隧道施工過程中及后期的運營維護有一定安全風險，同時對人體健康也有一定的危險，因此針對放射性問題提出了選線原則和防治措施[4]。川藏鐵路昌都至林芝段擬建階段主要工程地質(zhì)問題研究中包含了放射性問題[5]。懷邵衡鐵路針對該線局部段落存在鈾礦不良地質(zhì)問題，開展了放射性專項測試，采用地質(zhì)條件分析及工程經(jīng)濟技術(shù)比較等方法，最終確定了合理的線路方案[6]。杭黃鐵路天目山隧道通過施工過程中的現(xiàn)場監(jiān)測分析發(fā)現(xiàn)，部分放射性核素活度平均值遠高于全國平均值，并采取了針對性的射線屏蔽、氡氣析出阻和廢水處理施工措施[7-9]。長昆鐵路線路某重點隧道及路面工程進行了放射性調(diào)查, 發(fā)現(xiàn)隧道里存在鈾(鐳)超標和土壤氡偏高地段，據(jù)此為施工期間和運營中的輻射安全提供了依據(jù)和防護建議[10]。

昌景黃鐵路東起安徽省黃山市，西至江西省南昌市，途徑安徽省黟縣、祁門縣，江西省浮梁縣、景德鎮(zhèn)市、余干縣、鄱陽縣、新建縣。線路西端經(jīng)南昌樞紐銜接京九、滬昆高鐵，中連九景衢鐵路，東端接入黃山(績溪)地區(qū)與杭黃鐵路、皖贛鐵路新雙線相連，是贛中地區(qū)與長三角地區(qū)間連接的又一條區(qū)域快速客運通道[11]。昌景黃鐵路選線定測階段部分線路段經(jīng)過寒武系楊柳崗組(∈2y) 泥質(zhì)灰?guī)r夾炭質(zhì)泥巖、寒武系大陳嶺組(∈1d)炭質(zhì)灰?guī)r夾炭質(zhì)泥巖、寒武系荷塘組(∈1h) 炭質(zhì)泥巖夾炭質(zhì)灰?guī)r以及花崗巖等地層，因含炭地層對鈾、氡等放射性物質(zhì)具有較強的吸附作用，容易導致鈾、氡局部富集進而致使放射性超標，且該線部分線路段地表存在早期放射性勘探探槽、探坑，具有重大的潛在放射性施工地質(zhì)風險[12]。

為全面評估上述不良地質(zhì)段落放射性展布情況及輻射水平，為昌景黃鐵路選線提供科學支撐并為后續(xù)施工提供依據(jù)指導，需要對部分線路段開展綜合放射性檢測，以期查明探測段地表γ輻射劑量率，土壤中氡濃度展布，巖石放射性核素含量變化，地表及地下水中鈾、鐳、總α、總β等放射性勘察指標。

2 檢測方法

2.1 地表環(huán)境γ輻射劑量率測量

測量儀器為FD-3013γ輻射儀，點距5 m。測量時，使儀器探頭距地面0.1 m，每個測點進行2次讀數(shù)，取其平均值作為該測點的測量值。發(fā)現(xiàn)異常時，需進行加密測量。

2.2 地表土壤氡濃度測量

測量儀器為FD3017A測氡儀，采用2 min采樣-2 min測量。定位好測點后用鋼釬打孔(孔深度為500～800 mm)，成孔后將取樣器插入打好的孔中，并將取樣器靠近地表處進行密閉，然后抽氣，抽氣體積為1.5 L，抽氣完成后給采樣器加高壓，采樣時間為120 s，完成采樣后將采樣片放入測量室進行測量，測量時間為120 s,對異常點進行加密檢測，確定是否為異常。

2.3 γ測井

測量儀器為閃爍γ測井儀FD-3019(7214)，在鉆孔內(nèi)由下而上逐點進行測量，在放射性正常地段采用1 m測量點距，放射性偏高地段點距應采用0.2～0.5 m測量點距，異常地段采用0.1～0.2 m測量點距。當用計算機進行分層解釋時，正常地段點距采用1 m，放射性偏高地段和異常地段點距采用0.1～0.2 m，且異常測量段應伸入正常地段5個點。

2.4 巖芯γ測量

采用FD-3013γ輻射儀對γ測井對應鉆孔每回次的巖芯進行現(xiàn)場測量。在無異常處，鉆探一個回次巖芯測量一次，當巖芯較長時在中間須加密測量；當巖芯有異常時，將巖芯單獨移動到空曠處進行測量，測量點距為0.1 m/次，測量完成后將巖芯放回原位。

2.5 水中鈾、鐳、總α及總β測量

測量方法采用《水中鐳-226的分析測定》[13]、《水中微量鈾分析法》[14]、《地下水質(zhì)檢驗方法.放射化學法測定總α和總β》[15]。采樣方法如下：

地下水樣均在鉆孔內(nèi)采集，取樣前先抽干鉆孔內(nèi)廢水，直至鉆孔地下水再次穩(wěn)定，然后取樣；地表水則盡可能在對應鉆孔附近采集，以便于與臨近鉆孔地下水樣結(jié)果進行對比。水樣取樣體積均為10 L，并及時送專業(yè)化驗室進行測試分析。

3 評價標準

3.1 劑量限值

根據(jù)《環(huán)境地表γ輻射劑量率測定規(guī)范》[16]和《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》[17]，對外照射劑量估算公式如下：

H外=0.7×Dγ×T

(1)

式中：H外為有效劑量當量(Sv/a)；0.7為人體有效劑量與空氣吸收劑量的轉(zhuǎn)換系數(shù)；Dγ為γ空氣吸收劑量率(nGy/h)；T為年受照時間(h)，施工人員取一年2 880 h，一般公眾取1 200 h。

《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》[17]規(guī)定，實踐使公眾中有關(guān)關(guān)鍵人群組的成員所受到的平均劑量估計值不應超過下述限值：①年有效劑量，1 mSv；②特殊情況下，如果5個連續(xù)年的年平均劑量不超過1 mSv，則某一單一年份的有效劑量可提高到5 mSv。根據(jù)規(guī)定確定如下標準：

在異常路段，施工人員個人年有效劑量管理限值為5 mSv/a，但工作期間要加強防護，盡可能把受照劑量降低。受照劑量超過1.5 mSv/a時，工作完成后需跟蹤劑量監(jiān)測，并建立檔案，確保5個連續(xù)年的年平均劑量不超過1 mSv。其余施工人員和普通公眾個人年有效劑量管理限值為1.0 mSv/a。

3.2 工作場所中氡濃度標準

根據(jù)《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》[17]附錄H規(guī)定：工作場所中氡持續(xù)照射情況下補救行動的行動水平是在平均活度濃度為500～1 000 Bq/m3范圍內(nèi)(Bq為放射性活度單位，放射性元素每秒有一個原子發(fā)生衰變時，其放射性活度即為1 Bq)。達到500 Bq/m3時宜考慮是否采取補救行動，達到1 000 Bq/m3時應立即采取補救行動。

3.3 水中核素限值標準

根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標準》[18]和《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》[3]生活用水總α放射性限值0.5 Bq/L、總β放射性限值1 Bq/L，鐳226和鐳228限值5 pCi/L=185 mBq/L。

根據(jù)《鈾礦地質(zhì)勘查輻射防護和環(huán)境保護規(guī)定》[19]：鈾濃度限值0.05 mg/L。

4 測量結(jié)果及分析

4.1 地表γ輻射劑量率

調(diào)查區(qū)段內(nèi)的環(huán)境地表γ輻射對公眾照射所致年吸收劑量為0.050～2.745 mSv，平均年有效劑量當量為0.192 mSv；對施工人員所致年吸收劑量為0.119～6.588 mSv，平均年有效劑量當量為0.46 mSv。

共發(fā)現(xiàn)4處γ吸收劑量異常區(qū)(>1 mSv/a，針對施工人員)，見圖1、圖3，其中DK34+700～DK35+300里程段(γ異常區(qū)3)為放射性工作場監(jiān)督區(qū)，施工場地應加強放射性輻射防護，其余段均為放射性工作場非限制區(qū)。

圖1 施工人員地表γ年吸收劑量剖面圖一Fig.1 Radiation dose rate profile 1 of annual absorbed dose on the ground surface of constructors

4.2 地表土壤氡濃度

測區(qū)內(nèi)土壤氡濃度變化范圍為425.08～650 159.9 Bq/m3，平均氡濃度為35 717.8 Bq/m3，測區(qū)內(nèi)土壤中的氡濃度變化較大，大部分區(qū)域低于《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》[20]規(guī)定的限值20 000 Bq/m3，部分異常區(qū)段土壤中的氡濃度值較高，超過限值標準的30倍。

共發(fā)現(xiàn)5處主要的氡濃度偏高異常區(qū)(圖2,圖4)，氡濃度總體分布與環(huán)境地表γ輻射劑量率分布基本一致，說明本區(qū)的地表γ輻射主要系土壤氡所致。

圖2 地表土壤氡濃度分布剖面圖一Fig.2 Profile 1 of radon concentration distribution in surface soil

圖3 施工人員地表γ年吸收劑量剖面圖二Fig.3 Radiation dose rate profile 2 of annual absorbed dose on the ground surface of constructors

圖4 地表土壤氡濃度分布剖面圖二Fig.4 Profile 2 of radon concentration distribution in surface soil

4.3 γ測井及巖芯γ測量結(jié)果

測區(qū)內(nèi)共完成24個γ測井及對應鉆孔巖芯γ測量工作。其中γ測井反應的放射性對施工人員平均年有效劑量當量為0.322 mSv，年有效劑量當量平均標準差為0.222 mSv，年有效劑量當量范圍為0.029～5.451 mSv。 除DK34+300處鉆孔為放射性工作場監(jiān)督區(qū)(>5 mSv/a，針對施工人員)，其余均為放射性工作場非限制區(qū)。

巖芯γ測量反應的放射性對施工人員平均年有效劑量當量為0.265 mSv，年有效劑量當量平均標準差為0.054 mSv，年有效劑量當量范圍為0.158～0.608 mSv，均未超標。

圖5、圖6分別為放射性工作場監(jiān)督區(qū)及非限制區(qū)γ測井及巖芯γ值測量曲線圖。

圖5 DK34+300處巖芯和測井γ吸收劑量曲線(監(jiān)督區(qū))Fig.5 Gamma absorbed dose curve of core and logging at DK34+300 (supervision area)

圖6 DK33+800處巖芯和測井γ吸收劑量曲線(非限制區(qū))Fig.6 Gamma absorbed dose curve of core and logging at DK33+800 (unrestricted zone)

4.4 水樣分析結(jié)果

對測區(qū)沿線22個鉆孔開展了地表、地下水取樣工作，共采集水樣44個，分析了水中放射性核素鈾、鐳及總α、總β含量水平。

經(jīng)化驗分析，地表水樣中各放射性核素檢測結(jié)果均未超過限值標準；地下水樣中有10處放射性核素超標，其中核素鈾超標1處、總α超標9處、總β超標4處。地下水樣核素超限情況詳見表1。

表1 地下水樣核素超限情況

續(xù)表1

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié) 論

1)調(diào)查區(qū)段內(nèi)的環(huán)境地表γ輻射對公眾照射所致年吸收劑量整體低于《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》中規(guī)定的職業(yè)持續(xù)受照年劑量限值5.0 mSv，低于《鐵路工程不良地質(zhì)勘查規(guī)程》中放射工作場非限制區(qū)(He<5.0 mSv)，局部少量位置高于5.0 mSv，應在施工階段予以注意。

2)測區(qū)內(nèi)土壤氡濃度變化較大，大部分區(qū)域低于《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》要求的限值20 000 Bq/m3，個別測段氡濃度超過20 000 Bq/m3的限值，在這些段落須做好建筑物底層地面抗開裂措施。調(diào)查區(qū)總體因由氡形成的輻射環(huán)境屬于正常本底范圍。

3)部分地下水存在放射性核素超標現(xiàn)象，但結(jié)合放射性測井資料，在鐵路施工過程中這些區(qū)域地下水不作為水源，不會對環(huán)境造成放射性污染。

4)根據(jù)γ測井及巖芯γ測量結(jié)果，線路里程DK34+300位置屬于放射性工作場監(jiān)督區(qū)，施工過程此段前后應做好輻射防護和環(huán)境保護措施。

5.2 建議

1)在后續(xù)隧道施工過程中應加強放射性監(jiān)測，主要在隧道施工中進行γ輻射劑量率、放射性核素濃度、空氣氡濃度等項目跟蹤監(jiān)測。

2)施工期間不宜食用當?shù)厣?/p>

3)項目開工建設前，選定有相關(guān)資質(zhì)的單位在隧道施工期間、竣工驗收進行放射性監(jiān)測，并編制詳細、合理的施工組織方案。