公路隧道施工环境中围岩均具有一定含量的放射性,通常情况下,这些放射性强度属于岩石本底含量。极少数情况下,放射性元素铀、镭、钍等在有利的地质构造作用下,有可能发生富集,形成富铀区以致成为铀矿,从而可能存在超过几倍(甚至几十倍)天然放射性本底的情况。这时,应根据国家对辐射防护的规范要求,在隧道内工作时视辐射强度高低采取必要的防护措施。另外,这类隧道洞渣在做建筑材料时,应符合现行相关规范要求。
环境中放射性元素主要通过外照射与内照射对人体产生损伤。
外照射是指隧道环境物质(如土壤、岩石等)中的天然放射性核元素镭、钍、钾等所放出的γ射线对人体所造成的辐射损伤;内照射是指由核素产生的氡被人呼吸进入体内肺和呼吸道系统后,氡及子体放出的α粒子对体内细胞组织所造成的辐射危害。
通常可通过检测γ辐射剂量率(必要时还可用便携式四道能谱仪测定岩石中的镭、钍、钾含量),来确定环境(外照射)放射性强度,以判断环境安全性。在放射性异常地段施工,对人员及周围环境主要产生以下放射性危害:
(1)隧道开挖及爆破时产生含矿粉尘对隧道内空气的污染。
(2)从开挖后裸露的岩石及裂隙水中溢出的氡气及氡子体对空气与放射性物质造成的表面污染。
(3)隧道围岩中矿石γ射线对施工人员的外照射。
(4)施工中产生的废水、废气、废渣等对环境的污染。
(一)隧道施工作业环境核辐射应符合的卫生及安全标准
《公路隧道施工技术规范》(JTG/T3660—2020)未对核辐射进行规定,引用国家标准《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB18871—2002)的有关规定“由来自各项获准实践的综合照射所致的个人总有效剂量和有关器官或组织的总当量剂量不超过附录B(标准的附录)中规定的相应剂量限值”,测定环境的γ辐射剂量率和照射量率都可表示环境辐射强度的高低。目前,我国还没有关于辐射剂量率的控制标准限值,仅有的国家标准是《环境地表γ辐射剂量率测定规范》(GB/T14583—1993)。因为我国国土辽阔,岩性繁多,放射性本底差别很大,在确定异常时很难用统一的标准数字来划分全国各地的异常。例如,在北京市,室内吸收剂量率一般为100～110nGy/h;而在本底较高的广州市,室内吸收剂量率一般为140～160nGy/h。因此,放射性本底的差异决定了选取最低异常值的不同。最低异常值要根据当地的具体条件与当地大面积和大量正常岩石测得的放射性本底值来确定,通常有两种方法:一是取大量正常平均本底值的3倍作为最低异常值;二是以正常平均本底值+(3×本底值的标准误差)作为最低异常值。
(二)检测方法
通过对隧道施工沿线天然环境的地表和隧道中的γ辐射剂量率进行测定,以检查施工地段是否存在天然放射性核素镭、钍、钾的异常。
环境辐射测量用仪表要求能量线性较好,现在多采用塑料闪烁探测器。现在辐射测量用仪表多采用对射线敏感的化学材料如碘化钠NaI或铊(TI)等制成闪烁体,利用X、γ射线打在闪烁体上引起发光,由光电倍增管进行光电转换和倍增后转换为电流信号,再通过I-F变换将电流信号变换成计数频率,来测定环境(外照射)放射性强度。
1.测量方式
测量方式分为即时测量、连续测量两种。隧道内检测时一般采用点位上的即时测量方式。
(1)即时测量:可用各种γ辐射剂量率仪直接测量出点位上的γ辐射空气吸收剂量率瞬时值。
(2)连续测量:将仪器固定在环境中的某一点上,连续测量γ辐射剂量率值随时间的变化。
2.检测方法
(1)测量点位的选取:在正常岩性地段,沿侧壁和底板测点距离一般取1～2m 即可;当遇有断裂构造或其他情况时可加密测点。
(2)测量:一般在地表测量环境γ辐射剂量率时,测量条件是在平面即2π条件下,将仪器固定在1.0m高度上进行测量的。周围不存在任何反射物(包括人体),以免产生散射射线。例如,在宽6.0m、高3.5m 的隧道中,仪器位于隧道宽度中间,距离地表1.0m高处,与地表的平面即2π测量条件有较大差别,测量的立体角大于2π(除底板外,还有顶板和侧壁的影响),实际测出的γ辐射剂量率会有所偏高,如何取在空气中测得的岩石γ辐射剂量率异常值要根据具体条件而定。(www.xing528.com)
(3)测点数的要求:每测点的计数时间一般设置为20～30s;为了取得较准确的本底平均值,一般取20个以上的测点读数;在小的隧道中,也要取10个以上测点的读数平均值。
(4)剂量估算:剂量估算参考国家标准《环境地表γ辐射剂量率测定规范》(GB/T 14583—1993),环境辐射剂量率对居民产生的有效剂量当量可用式(5.1-9)进行估算:
式中 He——有效剂量当量(Sv);
Dr——环境地表γ辐射空气吸收剂量率(Gy/h);
K——有效剂量当量率与空气吸收剂量率比值,这里采用0.7Sv/Gy;
t——环境中停留时间(h)。
3.检测仪器
环境辐射测量用仪器一般要求如下:
(1)量程范围:(1～50000)×10-8Gy/h。
(2)能量响应(30keV～3MeV):≤15%。
(3)相对固有误差:≤10%。
(4)角响应:≤15% (137Cs源0°～150°相对于最大响应数值)。
(5)宇宙射线响应:≤15%。
(6)长期稳定性:≤5%(连续工作8h)。
(7)抗干扰能力:≤5%。
(8)使用环境:
①温度:(-10～+45)℃。
②相对湿度:≤90%(40℃)
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