水電站地下洞室作業環境氡及其子體危害性安全評價

李 茂,姚云龍,李玉芹

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

由于受地震、泥石流、邊坡穩定、河谷狹窄等影響，中國云南、貴州、四川等省已建成投運的水電站，大多都采用地下廠房。地下廠房與外界連接的輔助隧洞較長，且電站通風、排水系統運行極為復雜，導致水電站地下洞室放射性物質擴散困難。當放射性物質聚積、積累又加重了對作業人員身體健康的不良影響。根據水電行業地下洞室作業環境資料顯示，水電站地下洞室主要的放射性危害為地下建筑的環境氡及其子體。

當水電站地下洞室個別部位氡濃度超標時，不能確定作業人員在作業過程中接觸氡超標部位的時間限值，獲得氡及其子體濃度超標的檢測結果，不能推算出該結果對作業人員身體健康影響的具體數據及危害程度，提出有效對策及防護措施。因此，本文開展水電站地下洞室氡及其子體危害性安全評價，計算作業人員在不同接觸時間內吸入氡及其子體對人員產生的年均有效接觸劑量，提出作業環境危害防控措施，為控制地下洞室作業放射性危害提供借鑒。

1 評價項目概況

貴州省某水電站工程開發任務主要為發電，水庫正常蓄水位585.00 m，相應庫容1.365億m3，具有日調節性能。電站裝機容量558 MW，年平均年發電量15.61億kWh，年利用小時數2 797 h。樞紐工程主要由碾壓混凝土重力壩、開敞式溢流表孔、放空底孔、左岸引水系統、左岸地下廠房等建筑物組成。地下廠房洞室群布置于壩址左岸山體內。

電站水庫區出露地層主要為三疊系上統賴石科組(T3ls)泥質灰巖夾泥灰巖、砂巖；三疊系中統竹桿坡組(T2z)灰巖；關嶺組(T2g)灰巖、泥質白云巖夾粘土巖；楊柳井組(T2y)白云巖、灰巖夾角礫狀白云巖、泥質白云巖。

壩址區出露地層為三疊系中統楊柳井組第一段(T2y1)、第二段(T2y2)、第三段(T2y3)、第四段(T2y4)及關嶺組第二段第二層(T2g2-2)、第三層(T2g2-3)白云巖、白云質灰巖、灰巖及泥晶灰巖、晶洞灰巖，第四系覆蓋沖積砂卵礫石層、崩塌堆積體及殘坡積粘土夾碎塊石層。

對該水電站中控樓、發電機層、機組蝸殼層、大壩底層廊道、中層廊道、蝶閥層等作業人員作業場所環境氡進行了檢測，檢測結果見表1。

表1 貴州省某水電站作業場所環境氡檢測結果表

2 氡及其子體的危害

放射性微粒通過呼吸道吸入、消化道攝入、皮膚或粘膜侵入等方式進入人體，導致蛋白質分子鍵斷裂和畸變，破壞人體中有關新陳代謝的酶，擾亂細胞組織的正常代謝活動，直接破壞細胞和組織的結構，對人體產生軀體損傷效應和遺傳損傷效應[1]。

地下廠房可能存在氡氣等放射性物質。大劑量的放射性對人體和動物存在著某種損害作用。一般情況下，日常工作中不接觸輻射性物質的人，一年中因環境本底輻射(空氣中的氡)攝取量是每年1～2 mSv/a。當從業人員每年輻射物質攝取量超過6 mSv時，他們的工作環境應定期監測，人員需接受定期醫學的檢查。一次輻射量小于100 μSv(微希沃特)，對人體基本無影響。與放射相關的作業人員，一年最高輻射量為50 mSv。一次性遭受4 000 mSv會致死。

作為環境中較難察覺的氣體，氡及其子體隨著空氣一起吸入人體肺部，經過人的體內循環之后排出體外，雖不會長時間停留在體內，但氡及其子體一旦吸入人體內，就會殘留金屬離子并沉積在人體肺部，這些金屬離子經過衰變釋放出的α粒子會對肺部產生損傷，最終導致肺癌的發生[2]。經過研究，氡及其子體有誘發白血病、皮膚癌的可能，尤其對人體肺部的致癌性是影響人類健康的最大威脅。

3 年有效劑量估算

根據本水電站作業環境檢測結果：冬季檢測20處，超標2處，測值分別是608.72、4 276.90 Bq/m3；夏季檢測20處，超標2處，測值分別是1 057.16、3 255.70 Bq/m3。在499.50 m機組蝸殼層2號機組蝸殼進人門、494.20 m蝸殼排水閥廊道層1號機組與2號機組之間的測值雖未超標，但已接近GB/T 16146-2015《室內氡及其子體控制要求》第4.1.1條要求的行動水平300 Bq/m3。4號機蝶閥層、大壩底層廊道(冬季檢測值4 276.9 Bq/m3)和大壩中層廊道的檢測值超出標準值較多，最大檢測值超過標準值10倍，長時間接觸可能會對人體有一定影響。

目前我國針對水電站地下洞室作業環境氡及其子體的放射性危害研究還較少[3-6]，尚不能準確確定作業人員在氡濃度超標環境下，作業人員在作業過程中接觸超標部位的時間限值。根據GB/T 16146-2015《室內氡氣其子體控制要求》附錄A 氡及其子體的有關參量及其轉換，推算水電站現場作業人員吸入氡及其子體對人員產生的年均有效劑量。

(1)

因為本水電站針對環境氡只進行了冬、夏兩季測量，并未進行全年長期檢測，無法獲取超標部位氡的年平均值。故本次計算根據GB/T 16146-2015《室內氡及其子體控制要求》第4.1.1條對已建建筑物內年均氡濃度行動水平設定為300 Bq/m3，取超標部位年均氡濃度值為300 Bq/m3。

根據GB 18871-2002 《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》附錄B中表B2中的假設，假設每年在工作場所的時間為2 000 h；取作業人員的接觸時間為2 000 h。依此，計算超標部位氡年均有效劑量，作為現場實際情況計算比對基礎。

不同接觸時間下，在檢測出的氡氣濃度最大值部位，水電站現場作業人員年均有效接觸劑量結果見表2。

表2 不同接觸時間下，電站現場作業人員年均有效接觸劑量結果表

因本電站環境氡超標部位均為作業人員短時間巡視部位，經與電站溝通了解，電站作業人員進入廊道巡視平均時間小于20分鐘/次，頻次小于1次/周；檢修作業平均時間約1 h，頻次1次/月，且水電站在進行作業環境檢測后，利用兩根直徑100 mm的排水管(間隔約100 m)，將底層廊道與中層廊道(直通室外)聯通，加強底層廊道通風，短期接觸對巡視人員的健康危害不大。

4 防控措施

因本水電站氡氣主要來源于地下廠房4號機蝶閥層、大壩底層廊道基礎部位，建議防控措施如下：

(1) 針對大壩底層廊道、地下廠房洞室內氡濃度在400～1 000 Bq/m3時，宜在測量后6個月內，采取機械通風、屏蔽氡源、凈化除氡等綜合措施；當氡濃度>1 000 Bq/m3時，宜在3個月內，采取加強機械通風、屏蔽氡源、凈化除氡等降氡綜合措施；當采取措施后平均氡濃度仍超過參考水平時，可采取阻斷或去除氡源、進行作業場地改造等永久性降氡綜合措施[4]。

(2) 控制隔離氡源。堵塞或密封氡從地基或周圍巖土進入地下建筑的所有通路、孔隙，并防止富氡地下水的滲入?？刹捎脤﹄睔鈹U散層廊道噴漿支護，封堵氡氣擴散層，或者對氡氣擴散層、生成層噴涂防氡覆蓋層[7-8]。

(3) 通風排氡。采取通風使新鮮空氣直接送入人員活動的場所。排氡換氣次數可按NB 35074-2015《水電工程勞動安全與工業衛生設計規范》附錄B的規定執行。

(4) 在廊道出入口設置職業危害告知牌，標明環境氡實測值和規范允許值，加強作業點部位局部通風。

(5) 制定管理規章制度，控制作業人員在超標部位的巡視、檢修時間。

(6) 針對長時間檢修、維護等工作，合理安排作業人員工作進度，降低作業時間，并為作業人員配備專業防護服、防護面具、測氡儀、直讀式個人計量計等防護設備及監測儀器。

(7) 定期對地下洞室環境氡進行復測，確保監測儀器運行有效。

(8) 為作業人員提供防護與安全知識培訓。

5 結 語

本文對水電站地下洞室可能存在的放射性危害評價，進行了人員吸入氡及其子體產生的年有效劑量估算，提出了作業環境危害防控措施，可為類似水電站氡及其子體放射性安全評價提供借鑒。