粤北某隧道工程辐射环境预测及评价研究

朱乐杰，关念云，马立奎,等.2017. 粤北某隧道工程辐射环境预测及评价研究[J].东华理工大学学报：自然科学版，40(3)：261-266.

Zhu Le-jie, Guan Nian-yun, Ma Li-kui，et al.2017. Radiation environment forecast and assessment for a northern Guangdong Tunnel project [J].Journal of East China University of Technology (Natural Science), 40(3):261-266.

在粤北山区、阳江地区等高辐射环境本底地区，民用工程的辐射环境问题越来越受到重视。在隧道工程中，产生的γ射线与空气氡会对施工人员造成辐射影响，并且经由通风管道排往大气；废渣石也可能析出氡气逸散环境，如遇到放射性核素含量较高的岩体，还会造成环境γ辐射水平升高；隧道施工废水处置不当也可能对外界局部环境造成影响。

目前，国内文献及相关资料在隧道工程施工前对其进行辐射环境的预测及评价研究较少(陈越等, 2011；邱国华，2009，2008；李旭彤等，2002)，以类比和施工监测为主，不成体系。本文通过构建隧道工程辐射环境预测模型，研究其对周围环境及施工人员的辐射影响。

1 隧道工程辐射环境预测及评价

以粤北某隧道为例，结合隧道工程辐射环境现状调查及环境关注点，构建辐射环境预测模型，重点预测隧道内γ辐射剂量率、隧道内氡释放量，探讨隧道工程对周围环境及施工人员的辐射影响。

1.1 隧道内γ辐射水平

隧道工程施工过程中，将产生γ射线对人体造成外照射危害。隧道内γ辐射剂量率由式1计算(李德平，1990)：

Da=1.40×105CU nGy/h

式中，Da为隧道内γ辐射剂量率(nGy/h)；CU为岩石(土)中铀含量(%)。

不同铀含量地质体隧道中γ辐射剂量率估算值见表1。根据现状分析，取岩石(土)样品分析结果中铀含量最高值参与计算。隧道掘进中γ辐射剂量率估算值在280 nGy/h之内，属于铀矿床二级表外矿体以下的地质体。但是，铀矿床的分布及矿化是极不均匀的，仍有可能遇到γ辐射剂量率较高区段。

表1 不同含铀地质体隧道中γ辐射剂量率估算表Table 1 Estimation of gamma radiation dose rate in tunnel with different uranium geological bodies铀含量/%0．0020．010．020．030．04>0．05隧道内γ辐射剂量率/(nGy/h)>7000

1.2 隧道内氡释放量

在隧道掘进过程中，隧道内氡的主要来源有：①隧道的岩体及矿体；②破碎介质(岩石爆堆、崩落区等)；③矿井水。坑道释放的氡气由式2～5估算。

(1)隧道岩体及矿体释放氡(QM)。隧道岩体及矿体释放氡估算方法有两种：一种根据已建同类型铀含量的坑道排风断面监测结果进行类比估算，另一种由隧道掘进面挖空区面积及铀含量进行估算。本研究采用第二种方法进行估算。隧道岩体及矿体释放的氡由式2估算。

QM=S·δS

式中，QM为隧道岩体及矿体氡释放量(Bq/s)；S为挖空区岩体表面积(m2)；δS为单位面积上的氡析出率(Bq/m2s)。

一般的矿层可用半无限延伸矿层来近似计算，用式3估算(张哲， 1982)。

δS=2.59ρ·CU·Kp·Se·(D/λη)1/2

式中，δS为单位面积上的氡析出率(Bq/m2s)；ρ为岩石密度(g/cm3)，取2.64；Kp为矿石中铀镭平衡系数，取1；Se为射气系数，取0.3；D为矿石中氡的扩散系数(cm2/s)，取4.5×10-2 cm2/s；λ为氡的衰变常数(2.1×10-6/s)；η为矿石的孔隙度，取0.01；CU为岩石(土)中铀含量(%)。

依据隧道设计资料，隧道净高5.0 m，净宽14.25 m，隧道长为475 m，估算断面面积71.25 m2，周长38.5 m。考虑掘进中应留出衬砌空间，对周长和面积各增加10 %，因此实际取断面面积78.38 m2，周长42.35 m。对隧道不同掘进面时岩体及矿体氡析出量估算见表2。

表2 隧道不同掘进面时岩体及矿体氡析出量估算结果Table 2 Estimation results of radon concentration of rock mass and ore bodies in different excavation face of tunnel掘进长度/m岩体暴露面积/m2矿体氡析量/(Bq·s-1)岩体铀品位/%0．0020．0050．0．01×1037．52×1031．51×．32×1043．30×1046．59×1．58×1046．47×1041．30×1．13×1041．28×1052．57×1．02×1052．55×1055．11×105某隧道单向贯通．21×1053．02×1056．03×105某隧道双向贯通．42×1056．03×1061．21×106

表2估算是在掘进中岩体不进行任何衬砌的情况下进行的，其释放量较大。若掘进过程中及时对出露岩体进行衬砌和通风，岩体直接析出氡的量将降低。

(2)松散矿岩堆的氡析出量(QP)。隧道掘进中松散矿岩堆的氡析出量是根据掘进面松散的渣石在隧道内的储存、转运期间的总量来计算的，由式4估算。

QP=7.1×10-9×3.7×1010MP·CU·KP·Se·K衰变

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