14.4.3. Особенности формирования радиационной обстановки в транспортных подземных сооружениях

Тенденция широкого использования подземного пространства для размещения различных производственных и транспортных объектов, характерная для большинства развитых стран Европы и США, в последние 10-20 лет начинает все больше проявляется в России. Её следствием является размещение под землей производственных цехов, подземных складов, холодильников, автостоянок, гаражей, кинотеатров, хранилищ ценной документации и т.п. Особое место среди подземных сооружений занимают транспортные объекты: тоннели метрополитенов, автодорожные и железнодорожные тоннели. Одним из основных факторов, определяющих безопасность эксплуатации таких подземных объектов, является создание в них регламентируемой радиационной обстановки. Несмотря на общие с урановыми и неурановыми горнодобывающими предприятиями закономерности подземные сооружения характеризуются рядом специфических особенностей, определяемые как источниками формирования радиационной обстановки, так режимами эксплуатации6.

Изучению особенностей формирования радиационной обстановки в подземных сооружениях транспортного назначения посвящено сравнительно небольшое количество работ, таких как например в Сеульском и Ташкентском метрополитене1, 2 7. Цель этих исследований состояла в определении источников выделения радона в подземных станциях. На основании измерений было установлено, что зимний период характеризуется несколько более напряженной радиационной обстановкой: из общего числа обследованных станций на 73% из них зимой, против 78% летом концентрация радона не превосходит 150 Бк/м³, а соответственно на 9% и 8% - превосходит 300 Бк/м³. В результате анализа данных измерений концентрации радона в данной работе также делается вывод о влиянии на величины концентрации радона вентиляции тоннелей и станций, и, в частности поршневой вентиляции.

Тем выше влажность воздуха, тем больше молекул воды содержится в воздухе и тем значительнее концентрация радона.

В работе [2] характеризуются источники поступления радона в воздушную среду Ташкентского метрополитена. Авторы этой работы отмечают, что помимо строительных и отделочных материалов, которые могут обладать высокой эманационной способностью (например, некоторые сорта цементов, используемые для возведения крепи, глины, керамзиты, шлаки и т.п.) к источникам выделения радона следует отнести:

- горные породы. Площади распространения пород с повышенным фоном радона четко увязываются с геологическими образованиями, например, углеродисто-кремнистых и глинистых сланцев, гранитов и т.д. Этот повышенный местный геохимический фон с концентрацией радона в грунтах, превышающей 50000 – 100000 Бк/м³, может создавать значительные по площади радоноопасные участки;

- тектонические зоны, разрывные нарушения, характеризующиеся аномальными концентрациями радона, шириной до сотни метров при длине до нескольких десятков километров;

- грунтовые воды, которые располагаются на уровне залегания линий и станций метро. В грунтовых водах концентрация радона, как правило, заметно выше, чем в открытых водоемах. Так, если в озерах и реках она, как правило, составляет не более 40 Бк/м³, то в подземной воде объемная концентрация радона нередко превышает 400, достигая 400000 Бк/м³.

Радон, используя тектонические нарушения (разломы, трещины), может проходить по ним как по дренажным коллекторам с высокой скоростью и проникает в сооруженные над ними станции метро. Подпитка полостей в зоне тектонических разломов и разрывных нарушений радоном может происходить как вследствие конвекционно-диффузионных процессов, так и периодических подъемов подземных вод, характеризующихся повышенным содержанием радона, которые, образуя болотисто-глинистые прослойки, позволяют последним аккумулировать радон. Поэтому даже слаборадиоактивные породы, в которых проходят тоннели метрополитена, могут представлять большую, чем более радиоактивные породы опасность, если они рассечены тектоническими нарушениями, накапливающими радон.

Временные вариации АО радона и его ДПР в атмосферном воздухе станций метрополитена связаны как с влиянием метеорологических условий (перепады температур, изменение давления и влажности, выпадение осадков, изменение скорости и направления ветра), так и с вентиляционными режимами. Изменение количества воздуха в тоннелях и станциях метрополитенов приводит к тому, что максимум ОА радона достигается, как правило, в ночные предутренние часы, а утром, с увеличением воздухообмена вследствие искусственной и поршневой вентиляции начинается их спад с достижением минимальных значений в дневные часы.

К аналогичным выводам приходят и авторы работы [1]. В результате проведенных измерений ими было показано, что АО радона в воздухе служебных помещений Санкт-Петербургского метрополитена составляет 600 Бк/м³, а ЭРОА радона 240 Бк/м³. Основной из причин такой ситуации является отмеченная в работе [3], связь повышенной объемной активности радона в почвенном воздухе с особенностями геологического строения территории, которую занимает Санкт-Петербург. Территория города "пересекается" системой разнонаправленных региональных и транс региональных разломов субширотного, северо-западного и близ меридионального направлений. Именно наличие тектонических разломов обуславливает поступление радона на дневную поверхность и приводит к величинам АО радона в заглубленных подземных объектах, превышающим 400 – 600 Бк/м³.

Если поступление радона в воздушную среду горных выработок транспортных подземных сооружений связано, в основном, с наличием тектонических разломов, то пространственная динамика его распространения и распада на дочерние продукты, как отмечалось выше, определяется наличием и дебитом радоносодержащих вод, а также аэродинамикой воздушного потока.

Анализ данных литературных источников, а также данные экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что важной причиной, влияющей на вентиляционный режим тоннелей, является поршневое действие транспортных средств, результат которого определяет значительное изменение расхода воздуха [1, 2]. Их анализ показывает, что при совпадении направления перемещения транспортных средств и естественного воздушного потока скорость движения последнего возрастает в 2-4 раза. Причем суммарное действие поршневого эффекта превосходит время непосредственного пребывания поезда в тоннеле примерно в 1,5-2 раза.

При противоположных направлениях движений транспортных средств и естественного воздушного потока происходит опрокидывание последнего, причем продолжительность обратного по сравнению с естественным направления перемещения воздушного потока примерно совпадает со временем нахождения поезда в тоннеле.

Сложная динамика изменения параметров воздушного потока сказывается и на распределении радона и его дочерние продукты распада. В частности, ЭРОА радона зависит от интенсивности движения транспортных средств, их геометрических параметров и скорости.

Выводы

1. Ионизирующие излучения при воздействии на организм человека могут вызвать два вида эффектов: детерминированные эффекты и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты.

2. Эффективная доза, обусловленная облучением природными источниками облучения всех работников, включая персонал, не должна превышать 5 мЗв/год в производственных условиях.

3. Радиационная обстановка в выработках урановых рудников, главным образом, определяется содержанием урана в руде. Соотношение между величинами доз, вызванными внешним и внутренним облучением, зависит от количества воздуха с динамикой относительного увеличения дозы внешнего облучения с 20% до 50-60% при повышении его расхода. Для угольных шахт радиационная обстановка связана с поступлением в воздушную среду радона и его дочерних продуктов распада из отработанных участков, причем их вклад в суммарную дозу облучения составляет около 70%. Для подземных сооружений основными источниками, влияющими на формирование радиационной обстановки являются: тектонические зоны и разрывные нарушения, характеризующиеся аномальными концентрациями радона; грунтовые воды, концентрация радона в которых на несколько порядков выше, чем в открытых водоемах.