水牛家水电站厂区枢纽工程
氡气的检测及其防治措施
(中国水电七局水牛家项目部 徐建华 陈康初 龙海剑 钟钲航)
摘要:本文简单介绍了氡气的特性及危害,介绍了水牛家水电站厂区枢纽工程地下洞室施工过程中对氡气的检测方法、分布状况,以及预防氡气危害的办法。
关键词:厂区枢纽工程 氡气 检测 分析 防治措施
1工程概述
水牛家厂区枢纽工程(简称CⅤ标)均为地下工程,由引水系统、发电系统、尾水系统三大部分组成。洞室类型复杂多样,断面大小不一。根据招标文件说明,在此类围岩中各个部位均存在氡气及其子体,如果其含量超标对人员(含运行期人员)是有伤害的。为此,需要对氡气进行仔细检测与分析,采取有效的防治措施,避免对人员的伤害。
2氡气的特性及危害
2.1氡气的特性
氡是自然界唯一的天然放射性惰性气体。氡(Rn)位于元素周期表第Ⅵ周期零族,为惰性气体元素,其化学性质不活泼。它具有无色、无味、摸不到、看不见的特性。氡气浓度的量测单位为Bq/m3。
2.2氡气的特性
氡气的比重为9.73克,是空气比重的7.5倍;其熔点: -71℃;沸点: -62℃;氡溶于煤油、甲苯、血、水、CS2,易被脂肪、橡胶、硅胶、活性炭吸附。常温下氡及子体在空气中能形成放射性气溶胶而污染空气。氡的半衰期只有3.8天,氡形成后很快衰变并产生一系列放射性产物,最终成为稳定元素铅。
2.2氡气的危害
氡被WHO(世界卫生组织)公布为19种主要的环境致癌物质之一 。氡对人类的健康影响表现为确定性效应(determination effect)和随机效应(stochastic effect)。确定性效应表现为:在高浓度氡的暴露下,机体出现血细胞的变化,如外周血液中红细胞增加、中性白细胞减少、淋巴细胞增多、血管扩张、血压下降、并可见到血凝增加和高血糖。氡对人体脂肪有很高的亲和力,特别是神经系统与氡结合产生痛觉缺失。随机效应主要表现为肿瘤的发生,由于氡是放射性气体,当人们吸入后,氡衰变过程产生的α粒子可在人的呼吸系统造成辐射损伤,诱发肺癌。
氡气还可能引起白血病、不孕不育、胎儿畸形、基因畸形遗传等后果。
3地质条件与氡气的来源
3.1地质条件
CⅤ标主体工程各部位围岩的主要特性为:
地下厂房(含相关洞室)及压力管道段岩体均为震旦系上统变质砂岩夹少量板岩,岩块坚硬~破碎,有较多的裂隙,局部渗水。
尾水隧洞岩性为变质砂岩夹花岗岩脉,岩体为Ⅳ~Ⅴ类围岩,岩体破碎,裂隙较多,块体变化较大。
调压室系统岩体为Ⅲ~Ⅴ类变质砂岩,岩块坚硬~破碎,呈中厚层层状结构,透水率0.3~0.8Lu,具有微透水性,但表浅部岩层风化卸荷深度较大,且具有倾倒变形现象。
3.2氡气的来源
氡气的产生与特定的地质条件有关。可能是镭、铀、钍等放射性元素的衰变产物。氡气不是均匀、连续的释放,浓度大小不一。
4氡气检测
采用测氡仪进行检测氡气,其型号为 A-S-DOSEman便携式氡气监测仪(见图1),为德国原装进口。国家
标准
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为氡气浓度小于200Bq/m3。
4.1测氡仪的工作原理
氡气经过一个膜片扩散到测量室,在测量室内的半导体探测器将探测到的Rn-222及其子体Po-218和Po-214的衰变转换成能量相当的电压脉冲。内部的多道分析器能给出在预选采样间隔内的不同核素的总数。该仪器有两种检测模式:①“缓慢模式”可以从Rn-222、Po-218、Po-214的总计数计算出氡气的浓度;②“快速模式”不测量Po-214,其响应时间相应缩短,可以快速得出氡气的浓度值。整个检测过程的数据按照时间顺序自动保存在存储器内,用于进一步的分析和报表输出。
4.2检测方式
采用快速模式和缓慢模式两种模式检测氡气,分为直接使用测氡仪现场检测和采用密封器具取样检测两种形式。采用密封器具到现场取样检测,是对工作面上一个点的检测,现场取样需要具有代表性,选取现场工作人员较多、人员工作时间较长的部位。若需要环境中氡含量的历时过程,可将测量后的仪器与计算机连接,读取这一测程的有关参数。图2为专职安全人员在现场进行氡气检测。
4.3已检测收集的数据
根据CⅤ标的实际情况,随着开挖工作的展开,检测人员在不同工况下,对
图1 A-S-DOSEman便携式氡气监测仪 图2 安全人员正在工作面进行氡气检测
主体工程(地下厂房、压力管道斜管导井、引水隧洞、尾水调压室、尾水隧洞、排水廊道、排风洞、出线洞、调压室交通洞共9个部位)的氡气状况进行了检测,现将2003.8.20日~2004.11.8日之间所检测的有关数据统计如表1~表6。
表1 地下厂房上部实测氡气数据统计表
工作模式
测定时间
快速模式
缓慢模式
工作状态
序号
日期
C-Rn浓度(Bq/m3)
C-Rn浓度(Bq/m3)
1
2003-10-22
103.33
143.61
进行系统支护,未通风
2
2003-10-25
22.14
36.49
放炮后,正通风
3
2003-10-27
32.63
39.13
通风完毕后1小时
4
2003-10-30
97.89
117.1
通风后6小时
5
2004-5-20
17.97
14.49
准备出碴,已通风
6
2004-5-31
67.39
95.65
已通风
7
2004-6-1
54.71
70.59
进行系统锚杆钻孔支护,未通风
8
2004-7-8
60.89
53.57
正在开挖钻孔
注:厂房上部仅开挖到排风洞底板,高度5.5m。
表2 地下厂房中部实测氡气数据统计表
工作模式
测定时间
快速模式
缓慢模式
工作状态或有关说明
序号
日期
时间
桩号
C-Rn浓度(Bq/m3)
C-Rn浓度(Bq/m3)
1
2004-05-31
8:55
(厂横)0+12
0
0
①大面开挖至▽2038,仅进行岩锚梁的开挖,中部空间较大。
②自然通风,测氡仪位于厂房中心纵轴线。通风位置处于(厂横)0+00~(厂横)0+14,高程▽2038。
2
2004-05-31
9:15
0
0
3
2004-05-31
9:35
0
0
4
2004-05-31
9:55
0
0
5
2004-05-31
10:15
(厂横)0+27
0
0
6
2004-05-31
10:35
0
0
7
2004-05-31
10:55
(厂横)0+42
620
400
8
2004-05-31
11:15
0
0
9
2004-05-31
11:35
0
0
10
2004-05-31
11:55
0
0
11
2004-05-31
12:15
0
200
12
2004-05-31
12:35
0
0
13
2004-05-31
12:55
(厂横)0+42
0
0
14
2004-05-31
13:15
(厂横)0+42
620
600
15
2004-05-31
13:35
0
200
16
2004-05-31
13:55
0
200
17
2004-05-31
14:15
310
200
18
2004-05-31
14:35
0
200
19
2004-05-31
14:55
0
0
20
2004-05-31
15:15
0
200
21
2004-05-31
15:35
0
0
22
2004-05-31
15:55
0
0
23
2004-05-31
16:15
0
0
表3 压力斜管导井实测氡气数据统计表
工作模式
测定时间
快速模式
缓慢模式
工作状态
序号
日期
C-Rn浓度(Bq/m3)
C-Rn浓度(Bq/m3)
1
2004-6-11
310
271.43
导井0+245~0+236,钻孔后1小时
2
2004-6-13
454.67
346.67
进行安全支护
3
2004-6-21
82.67
66.67
下平段取样,导井搭架
6
2004-7-4
129.17
125
采用高压风通风后1.5小时
4
2004-7-11
273.53
305.88
未通风
5
2004-8-10
378.2
372
刚开始打钻
7
2004-8-19
116.25
116.67
导井正在打钻
注:斜管导井采用人工由下向上施工。
表4 引水隧洞实测氡气数据统计表
工作模式
测定时间
快速模式
缓慢模式
工作状态
序号
日期
C-Rn浓度(Bq/m3)
C-Rn浓度(Bq/m3)
1
2004-5-29
100
93.55
正在测量放线,未通风(下游)
2
2004-6-10
12.92
8.33
正在出碴(上游),正常通风
3
2004-6-20
46.5
30
刚出完渣,正常通风
4
2004-7-10
53.14
48.57
连线完毕,准备点炮,正常通风
5
2004-7-25
241.11
255.56
出碴后2~4个小时,未通风
6
2004-7-24
54.71
47.06
已通风
7
2004-7-26
137.78
152.78
放炮后未通风
8
2004-7-29
885.71
942.86
3天未施工,先排风10分钟后开测
9
2004-7-30
108.14
102.33
正在出碴
10
2004-8-21
0
0
已通风
注:引水隧洞为平洞,施工方向为单向掘进,且所测位置离洞口较远。
表5 尾水隧洞实测氡气数据统计表
工作模式
测定时间
快速模式
缓慢模式
工作状态
序号
日期
C-Rn浓度(Bq/m3)
C-Rn浓度(Bq/m3)
1
2004-6-7
38.75
50
出渣后2小时,离通风口25m左右
2
2004-7-3
41.62
49.7
0+200m(离通风口85m),已喷砼
3
2004-6-7
36
45.32
0+280m,离通风口165m,已喷砼
4
2004-6-7
19.54
20.13
0+370,已喷砼,离通风口215m,前面20m 正出渣
5
2004-11-8
0
0
0+200未施工,已喷砼支护
注:尾水隧洞为平洞,存在反向坡,其中出口段反向坡较大为8%,底部积水较多。
表6 其它部位实测氡气数据统计表
工作模式
测定时间
快速模式
缓慢模式
工作状态
序号
日期
C-Rn浓度(Bq/m3)
C-Rn浓度(Bq/m3)
调压室交通洞
1
2004-6-12
177.14
128.57
钻孔后31分钟,放炮之前
2
2004-8-14
706.8
696
3天未施工
尾水调压室
3
2003-10-11
58.13
70.93
在上部检测,无人施工
4
2003-11-9
0
10.56
打锚杆孔
排风洞
5
2003-10-10
133.73
150.79
正在打钻
6
2003-10-12
96.88
104.18
暂时未施工,已通风
7
2004-7-6
166.92
179.49
自然通风
出线洞
8
2003-10-3
231.27
240.61
刚出完碴
下层排水廊道
9
2004-6-6
124
80
刚出完碴
上层排水廊道
10
2004-6-18
82.67
66.67
正在打钻,未通风
11
2004-6-30
193
230.83
放炮后,出渣前,未通风
12
2004-7-13
155
171.43
正在出渣,间隔采用高压风通风
注:①已经形成了从进厂交通洞、厂房、排风洞、出线兼排风洞一线的自然通风的通道。
②出线洞有较大反向坡,单向掘进,通风不畅。
③排水廊道开挖断面为2.5*3.0m。
5氡气检测数据分析
经过对所检测到的氡气数据进行分析,可以看出:
(1)CⅤ标主体工程各洞室由于工作状态不一样,氡气的浓度各不相同。
(2)当采用快速模式时,由于测量时间较短(仅10~20min)即使空气中存在相当浓度的氡气,有时也不能检测到;相反只要在空气中有氡气存在,在测氡仪精度范内,采用缓慢模式就能检测到氡气,如表2、表6(尾水调压室)。所以在检测过程中,必须采用快速模式与缓慢模式相结合的方式进行检测,以便准确地了解空气中氡气的存在情况,及时采取措施。
(3)由于氡气来自围岩及其构造断裂,氡气不是均匀、连续的释放,所以导致空气中某个时间段内的氡气浓度较高,甚至严重超标(最多达3倍),而整个量测时段或较长量测时段内的氡气浓度的综合平均值较低,远远低于国家标准要求,如表2、表6(排风洞)。所以在施工过程中,必须保持连续通风,避免瞬时高浓度的氡气对人体的伤害。
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