某高速公路及周邊環境放射性調查與健康風險評估

嚴律恒，何海明，王志文

(1.廣東核力工程勘察院 廣東 廣州 510800；2.湖南大學環境科學與工程學院 湖南 長沙 410082)

我國南方，部分地層中富含大量鈾、氡等天然放射性核素。高速公路工程土石方開挖與搬運可能會開挖到放射性核素礦化渣土，對當地居民環境造成危害。評估公路沿線輻射環境影響，最大限度地減少建設對周圍環境和居民的不利影響，是公路建設發展與環境保護相協調的重要環節[1-2]。

本文以粵西地區某高速公路建設項目為例，對公路沿線放射性輻射環境現狀資料收集及詳細勘察、調查，分析評估其影響因素，對公路線路沿線放射性安全和廣東省高速公路網的完善具有重要意義。

1 工程背景

該高速公路建設項目位于廣東陽江市和茂名市境內，路線總體走向東北-西南向，地理位置：東經110°88′～111°83′；北緯22°06′～22°38′。全線采用雙向六車道高速公路技術標準，全線總長約142km，設計速度120km/h，路基寬度34.0m。新建二級公路連接線4.93km，設計速度60km/h，路基寬度8.5m。全線共設置橋梁113座，總長47.25km。設置隧道15座，總長約19.83km。橋隧總長度67.08km。據《廣東省航空伽瑪異常點區域圖》，本項目線路推薦線路兩側500m范圍內均無異常點。本項目推薦線路地表環境γ輻射劑量率監測最大值159nGy/h，平均水平92nGy/h，與當地環境本底輻射水平相當，不存在放射性水平偏高(推薦線平均水平92nGy/h+150nGy/h)區域。

人體受天然輻射影響的方式主要外部照射和內部照射兩種。外部照射指人體暴露在人體外的天然放射性物質中。內照射是放射性物質在人體內發生放射性衰變引起的照射。輻射環境影響主要因子為γ輻射劑量率、空氣中氡濃度、巖(土)放射性核素含量等。從輻射環境保護角度講，開展輻射防護和環境保護措施勢在必行。

2 輻射環境質量現狀調查

2.1 既有放射性資料結果

當巖石、土壤、水或氣體中放射性核素的特定活性高于環境中放射性背景水平或測量平均值和標準偏差三倍之和時，稱為放射性異常[3]。在尋找鈾礦時，可以用不同的方法和儀器檢測各種放射性異常，包括伽馬射線異常，天然鈾、天然釷和鉀異常，氡、鈉和氦氣異常，以及水中的鈾、鐳和氡異常[3]。本次放射性環境現狀調查收集了《廣東省航空伽瑪異常點區域圖》，線路所經區域推薦線路兩側200m范圍內均無異常點。圖1。

圖1 項目所在地區航空伽瑪異常點區域圖

2.2 調查內容及布點原則

本次放射性環境現狀調查內容：(1)沿線環境γ輻射劑量率；(2)沿線土壤中氡濃度測量；(3)沿線環境空氣中氡濃度測量。

根據《環境γ輻射劑量率測量技術規范》原野測點位的選擇要求，測量大氣中氡濃度地點是道路建設工程隧道路段、測量劑量率的高放射性路段和隧道出入口附近的建筑物。在實地測量環境中伽馬輻射劑量率時，如在該路段檢測到高放射性，就選擇合適的地點，或巖石采樣并集中送檢。本專題重點專注隧道區段，以隧道區段為重點進行采樣。

2.3 調查結果與分析

2.3.1 環境γ輻射劑量率

使用HY3302型便攜式X-γ劑量率儀對沿線環境γ輻射劑量率監測。測量時儀器探頭中心距離地面(基礎面)高度1m，儀器讀數穩定后，以約10s間隔讀取10個數據，取平均值為該點代表值。測量時以路線中線為軸線，監測點位設在道路中心線監測，無放射性水平偏高時，遠離高大樹木后，按間距約1km記錄測量值，在高放射性水平附近擴大檢測區域，測量高值的區域，并記錄測量值，推薦線環境γ輻射劑量率變化曲線圖見圖2。

圖2 推薦K線輻射劑量率變化曲線圖 圖3 推薦K線土壤氡濃度變化曲線圖

項目推薦線路環境γ輻射劑量率共測量174個點，監測最高值159nGy/h，平均值92nGy/h。環境γ輻射劑量率高值出現在推薦線K59+930～K84+165段內和K94+100～K110+950段略高于茂名地區的原野γ輻射劑量率水平，其他路段γ輻射劑量率基本為正常本底水平。

2.3.2 土壤中氡濃度

土壤中氡濃度測量使用FD-3017型測氡儀，沿擬建公路推薦線路布點測量。按5瞬時測氡法工作程序及技術要求，通常應在良好的天氣條件下測量(測量前24小時內無降雨)，一般取樣深度大于0.6m，盡量不受地表土壤的遮擋，在測量區域的同一取樣深度盡可能長；同一測量孔的氣體抽吸次數不應超過兩次(包括兩次)，重復測量應就近(距離20cm～50cm)另打抽氣孔；異常明顯的測點在測量完畢用大量凈化空氣排凈殘余氡子體，適當加密測量或追索。推薦線土壤中氡濃度變化曲線圖見圖3。

推薦線路土壤中氡濃度共測量101點，平均值3180Bq/m3。高值出現在K59+930～K84+165段，最高值11005Bq/m3，與現場環境γ輻射劑量率監測結果大致相符合。與放射性核素濃度和地質裂縫密切相關。在土壤中氡濃度較高的地區，陡坡上進行隧道和挖掘時，應特別注意碎石土壤的放射性濃度。

2.3.3 空氣中氡濃度

空氣中氡濃度測量使用FD216型測氡儀，空氣中氡濃度測量位置主要為本項目放射性環境敏感點。監測方法采用泵吸靜電收集能譜分析法，距地面高度1.5m，晴天測量，測量時間上午進行，每個點測量1次，1次測量時間為1小時。推薦線室外空氣中氡濃度平均值12.5Bq/m3，以廣東省室外空氣氡濃度平均值15.4Bq/m3，考慮到測量誤差和不確定度，相當于廣東省室外空氣氡濃度平均值。

3 放射性環境影響因子計算

隧道施工產生的粉塵和施工現場釋放的氡氣對施工人員產生輻射影響，并通過通風管道釋放到大氣中，巖石廢料也向環境中釋放氡氣。遇到226Ra、232Th和40K含量較高巖石，會增加環境中伽馬輻射濃度，隧道工程廢料處理不當，也會對當地環境造成影響。選取環境γ輻射劑量率較高路段板塘嶺隧道、大旺垌隧道和新村隧道預測，預測隧道施工中對隧道口附近居民及隧道施工人員放射性環境影響。

3.1 隧道內γ輻射水平

取隧道巖芯樣品測試放射性核素226Ra、232Th、40K含量，隧道開挖面γ輻射劑量率值計算公式[3]：Da=0.425CU+0.665CTh+0.042CK

式中：Da-空氣吸收劑量率，nGy/h；CU、CTh、CK質量活度，單位：Bq/kg。

表1 隧道中γ輻射劑量率估算表

典型巖樣測試及計算結果(圖1)及隧道掘進中可能的吸收劑量率估算結果表明，隧道掘進中γ輻射劑量率在182nGy/h之內，但由于地下巖層的復雜性與不確定性，仍有遇到環境γ輻射劑量率較高區段的可能。

3.2 隧道內氡釋放量

坑道釋放的氡氣有隧道巖體及礦體釋放氡(QM)。有兩種方法可以估計隧道巖石和礦化體的氡氣排放量。一種是根據同類型鈾含量采石場建成部分的監測結果，另一種是根據挖掘區面積和隧道面鈾含量來估計。本項目采用挖空區面積進行估算。隧道巖體及礦體釋放的氡估算公式[4-5]：QM=S×δs

式中：S-挖空區巖體表面積，m2；δs-單位面積上的氡析出率，Bq/m2s。QM-隧道巖體及礦體氡釋放量，Bq/s；

一般礦層單位面積上氡析出率可用半無限礦層近似計算[6]：

式中：ρ-巖石密度，g/cm3，取2.64；Se-射氣系數，取0.3；δs-單位面積上氡析出率，Bq/m2s；λ-氡的衰變常數，2.1×10-6/s；Kp-礦石中鈾鐳平衡系數，取1；η-礦石孔隙度，取0.01；D-礦石中氡擴散系數，cm2/s，取4.5×10-2cm2/s；CU-鈾礦石品位，%(如現狀調查時鈾含量最高不超過0.0008%，預測時取最高值2倍0.002%)。

根據隧道數據和考慮開挖工作中，必須為襯砌提供空間，對面積和周長各增加10%的因素。(1)潘塘嶺隧道凈高5.0m，凈寬15.50m，橫截面積77.5m2，周長41m，斷面面積85.25m2、周長45.1m。隧道長2830.5m；(2)大旺垌隧道凈高5.0m，凈寬15.50m，橫截面積77.5m2，周長41m，取斷面面積85.25m2、周長45.1m。隧道長704m；(3)新村隧道凈高5.0m，凈寬15.50m，橫截面積77.5m2，周長41m，斷面面積85.25m2、周長45.1m。隧道長410.5m；(4)飛安隧道凈高5.0m，凈寬15.50m，橫截面積77.5m2，周長41m，斷面面積85.25m2、周長45.1m。隧道長2449.5 m。

估算中直接采用長方形計算，實際周長和凈斷面要小。估算得到巖體及礦體氡析出量(表2)。表中估計值是在開挖過程中沒有襯砌巖石的情況下做出的，沉積的氡氣量很高。建議在開采過程中對裸露的巖石進行襯墊和通風，以減少直接從巖石中沉積的氡氣量。

表2 隧道不同掘進面時巖體及礦體氡析出量估算結果

3.3 松散礦巖堆的氡析出量

在隧道施工中，散裝巖石堆中氡氣量是據隧道內散裝礦渣和巖石在鉆探過程中儲存和運輸總量確定的，估算公式：Qp=262.7·Mp·CU·KP·Se·Ks

式中：MP-掘進場及轉運場礦巖堆積量，T；QP-松散礦巖堆氡析出量，Bq/s；KP-礦石中鈾鐳平衡系數，取1；CU-松散礦巖堆中鈾含量，%；Ks-氡從巖塊析出時衰變系數，取0.5；Se-射氣系數，取0.3。

隧道入口處前緣碎石過載假設為50t，由于隧道內過載持續時間在兩側不同，在計算時加入了臨時重量。表3給出了隧道內松散巖石氡沉積量的估計值。

表3 隧道掘進中松散礦巖堆的氡析出量估算值

3.4 隧道涌出水氡析出量

當隧道中地下水從地面上升并逸散到大氣中時，空氣中氡的分壓比巖石裂縫中的分壓要低得多，溶解在水中的氡迅速沉淀，導致水中氡濃度迅速下降。在173m流動間隔中，水中氡沉積率為99.87%。如假設施工期間隧道水中氡濃度50Bq/l，水從≥200m的巖石裂縫中流出，水中氡濃度更低，可以認為是氡沉淀，那么隧道水中氡沉淀(1m3/h)為14Bq/s。由隧道涌水釋放到環境中氡估算見表4。

表4 隧道涌水釋放到環境中的氡

隧道內氡析出總量為以上三項之和[7-8]：Q總=QM+QP+QB

通過計算，板塘嶺隧道、大旺垌隧道、新村隧道和飛安隧道在無支撐的挖掘過程中，釋放到環境中氡氣量為6.0×104Bq/s。低于這個數值，作為氡釋放主要途徑的巖石裸露面積就比較大。根據實際施工情況，渣土隧道開挖后應立即進行第一次封堵(初襯)。初襯用20cm左右混凝土。故隧道內未初襯長度將不大于一次爆破產生的長度(3m)。實際隧道內氡釋放量最大值為1.5×103Bq/s。

4 健康評估

隧道施工人員輻射劑量主要來自吸入氡及氡子體，約占施工人員有效劑量53.1%，為降低隧道施工人員輻射劑量，應保證隧道有足夠的通風量，同時，做好施工人員個人防護，盡量減少施工人員吸入氡及氡子體量。

對施工工人吸入氡劑量估算。按照公式計算：D1=0.4CRng·T

式中：D1-吸入氡劑量，Sv；CRn-氡濃度較隧道外環境濃度的增量；g-吸入氡劑量轉換因子(g=1.4×10-8Sv/(h·Bq/m3))；T-工作時間。

隧道施工人員受γ外照的估算劑量公式：D2=0.7TH

式中：H-γ外照射劑量率增量，Gy/h；D2-受外照的劑量，Sv；T-工作時間。

板塘嶺隧道、大旺垌隧道、新村隧道和飛安隧道內γ輻射劑量率分別為141nGy/h、127nGy/h、182nGy/h和140nGy/h。隧道內在強通風條件下施工中空氣中氡濃度在400Bq/m3以下，全省室外空氣中氡濃度15.4Bq/m3，隧道內氡濃度增值可用保守值384.6Bq/m3估算。

在不采取輻射防護措施時，保守估算，板塘嶺隧道施工人員所受劑量為3.282mSv/a，大旺垌隧道施工人員所受劑量為1.555mSv/a，新村隧道施工人員所受劑量為0.978mSv/a，飛安隧道施工人員所受劑量為3.246mSv/a，均低于有效劑量約束值要求5mSv/a。

5 總 結

本文通過對目標工程沿線放射性環境地質調查及放射性環境相關參數測定，對施工中輻射環境影響的放射性環境影響預測與評估，結果表明：目標線路兩側200m范圍內均無異常點。施工中，隧道掘進γ輻射劑量率在182nGy/h之內；實際隧道內氡釋放量最大值為1.5×103Bq/s。通過健康計算評估，在不采取輻射防護措施時，隧道施工人員所受劑量均低于有效劑量約束值要求。