Исследование радоноопасности грунтовых оснований зданий и территорий застройки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Заболотский, Борис Юрьевич

• Заболотский, Борис Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Заболотский, Борис Юрьевич

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Механизм облучения радоном и источники 9 поступлений радона в здание

1.2. Методы оценки радоноопасности населённых 12 регионов и территорий застройки

1.3. Образование и механизмы переноса радона в 19 грунте

Выводы

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА 25 ОБРАЗОВАНИЯ И ПЕРЕНОСА РАДОНА В ПОРИСТОЙ СРЕДЕ

2.1. Формулировка задачи исследования

2.2. Аналитическое решение задачи одномерного 27 стационарного диффузионного переноса радона в двухслойной среде

2.3. Исследование закономерностей формирования 30 полей потоков и объёмной активности радона в грунте

Выводы

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫДЕЛЕНИЙ

РАДОНА ИЗ ГРУНТА В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ

3.1. Задачи и содержание исследования

3.2. Методика и средства измерений

3.3. Результаты исследования 46 Выводы

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫДЕЛЕНИЙ

РАДОНА С ПОМОЩЬЮ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ ЗДАНИЯ

4.1. Задачи исследования

4.2. Описание и характеристики физической 63 модели

4.3. Содержание и результаты исследования

4.4. Моделирование вариации потока радона 73 Выводы

ГЛАВА 5 ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПОТОКА 81 РАДОНА ИЗ ГРУНТА

5.1. Схема и алгоритм расчета

5.2. Сопоставление расчетных и экспериментальных 85 данных

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование радоноопасности грунтовых оснований зданий и территорий застройки»

Возможность получить опасную для здоровья дозу радиоактивного облучения часто связывают с эксплуатацией или авариями ядерных устройств, испытаниями ядерного оружия и т.п. В действительности, согласно обобщенным НКДАР (Научный комитет по действию атомной радиации) ООН : результатам, проведенных во многих странах исследований [26,27,40,50], большие группы населения получают опасную для здоровья дозу облучения в обычных условиях. Это обусловлено тем, что большая часть суммарной дозы облучения людей образуется за счет ионизирующего излучения природных радионуклидов, которые содержатся в грунте, в ограждающих конструкциях зданий, в воздухе помещений. Установлено, что в развитых странах в среднем около 70% суммарной дозы от всех источников радиации образуется за счет действия природных источников. В их числе наиболее значимым источником является радон и его дочерние продукты распада, создающие более половины дозы от всех природных источников [27,50].

Согласно требованиям Норм радиационной безопасности РФ [39] концентрация дочерних продуктов радона в воздухе помещений жилых и общественных зданий не должна превышать заданных по медицинским соображениям пределов: 200 Бк/м3 в ранее построенных зданиях; 100 Бк/м в новых зданиях. В связи с этим, поступления радона в помещения из различных источников должны по возможности минимизироваться. Основным источником поступающего в помещения радона, как правило, являются грунты в геоподоснове здания [21,57,58]. Согласно строительным нормам [20] для принятия решений о необходимости и содержании мероприятий по защите здания от избыточных поступлений радона из этого источника, при проведении инженерных радиационно-экологических изысканий требуется оценивать уровень радоноопасности территории застройки. Результаты оценки радоноопасности территории застройки позволяют своевременно предусмотреть целесообразные мероприятия по протиВорадоновой защите здания.

В настоящее время инженерные методы расчетной оценки радоноопасности территорий застройки еще не разработаны. В РФ такие оценки выполняются на основе анализа результатов натурных измерений плотности потока радона из грунта на уровне поверхности земли [35,41]. В случаях, когда среднее измеренное на территории застройки значение плотности потока превышает установленный в л нормах предел - 80 мБк/(м *с), в проекте предусматриваются мероприятия по снижению поступлений радона в здание. Накопленный в последнее десятилетие отечественный практический опыт показывает, что оценки, осуществляемые при таком подходе, часто оказываются ошибочными. Причина заключается в том, что, из-за недостаточной изученности вопроса, некоторые, определяющие процесс переноса радона факторы, в нормах не были учтены. Например, в настоящее время регламентированный метод оценки радоноопасности площадей застройки основан на точечных измерениях величины плотности потока радона с дневной поверхности грунтов в произвольный момент времени. При таком подходе не учитывается вариация во времени выделения радона из грунта. В связи с этим, исходные данные для проектирования, касающиеся влияния ожидаемой радоновой нагрузки на подземную часть здания, часто оказываются либо завышенными, либо заниженными [18]. Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения достоверности оценки радоноопасности территорий застройки, что позволяет снизить стоимость и повысить эффективность работ по проектированию и реализации в процессе строительства мер противорадоновой защиты.

Основной целью диссертации является усовершенствование метода оценки радоноопасности территорий застройки на основе исследования и учета основных факторов, определяющих процесс переноса радона в грунтовом основании здания.

Для достижения указанной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

1. Изучен и обобщен отечественный и зарубежный опыт оценки и районирования уровней радоноопасности территорий.

2. Получено и исследовано математическое решение задачи диффузионного переноса радона в двухслойной среде.

3. На представительной опытной площадке, находящейся на территории г. Москвы, проведено натурное исследование закономерностей сезонных изменений выделений радона из грунта в зависимости от метеорологических и климатических параметров.

4. Разработан инженерный метод расчета плотности потока радона из неоднородного грунтового основания здания при произвольных, определяющих процесс переноса радона характеристиках слоев грунта в геологическом разрезе.

5. Проведено сопоставление результатов расчетного определения плотностей потоков радона из грунта с результатами исследований, проведенных в натурных условиях.

6. Разработаны предложения по усовершенствованию нормированного метода оценки радоноопасности грунтовых оснований зданий.

При проведении исследований автор использовал методические приемы решения задач строительной физики, созданные и развитые трудами А.В. Лыкова, О.Е. Власова, К.Ф. Фокина, Ю.А. Табунщикова,

В.Г. Гагарина, К. Ковлера, Г. Карелоу и др. российских и зарубежных ученых, а также ведущих ученых в области радиационной экологии -Э. М. Крисюка, А.С. Сердюковой, И.М. Хайковича, И.В. Павлова, Н.В. Демина и др.

Составляющие основу диссертации исследования, проведены автором в лаборатории радиационной безопасности в строительстве НИИ Строительной Физики РААСН при содействии ГУЛ «Мосгоргеотрест» и МосЦГМС.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• установлены характер и масштабы вариации потоков радона на дневной поверхности грунта в течение года вследствие сезонных изменений климатических параметров;

• показано, что изменение во времени влажности поверхностных слоёв грунта является основной причиной изменения уровня выделения радона из грунта в атмосферный воздух;

• получено условие, позволяющее выделить в геологическом разрезе массив из приповерхностных слоёв грунта, практически полностью экранирующий выделение радона из нижерасположенных слоёв;

• установлены соотношения между уровнями выделения радона на дневной поверхности грунта и на отметке заложения подошвы фундамента при произвольных значениях определяющих процесс переноса радона в грунте факторов;

• предложена методика определения коэффициента диффузии радона в грунте, основанная на измерениях потоков радона из вертикальной колонки грунта при известных значениях высоты колонки, удельной активности радия в грунте, его плотности, пористости и коэффициента эманирования.

Практическая значимость работы заключается

• в разработке инженерного расчетного метода оценки радоноопасности территорий застройки, учитывающего проектную величину заглубления здания и основные радиационно-геологические характеристики слоев грунта в его основании;

• в повышении достоверности радиационно-экологических изысканий для строительства и, за счет этого, устранения неоправданных затрат на проведение мероприятий по снижению поступлений радона в здания;

• в разработке новых положений строительных норм и правил по обеспечению радонобезопасности зданий.

Основное содержание работы изложено:

1. Гулабянц JI.A., Заболотский Б.Ю. Математическое моделирование диффузионного распространения радона в однородном грунтовом основании здания. // Материалы общероссийского семинара «Проблемы измерения потока радона и его концентраций в почвенном воздухе», г. Санкт-Петербург, 17-18 апреля 2001.

2. Гулабянц JI.A., Заболотский Б.Ю. Мощность «активного» слоя грунта при диффузионном переносе радона в грунтовом основании здания. АНРИ, № 4, 2001, с. 38-40.

3. Гулабянц JI.A., Заболотский Б.Ю. Влияние метеорологических факторов на величину потока радона из грунта. // Материалы российско-израильского семинара «Проблема радона в жилых домах», г. Москва, НИИСФ, 20-24 апреля 2003.

4. Гулабянц JI.A., Заболотский Б.Ю. Плотность потока радона как критерий оценки радоноопасности. АНРИ, № 3, 2004, с. 16-20.

5. Гулабянц JI.A., Заболотский Б.Ю. Сезонная вариация потока радона из грунта и оценка радоноопасности площади застройки. АНРИ, № 4, 2004, с. 46-50.

6. Гулабянц JI.A., Заболотский Б.Ю. Обеспечение радиационной безопасности при строительстве в Московской области. Информационный вестник «Мособлгосэкспертиза», № 1(8), январь-март 2005г. I

Результаты работы внедрены в виде раздела 5 территориальных строительных норм ТСН РБ - 2003 МО -«Требования по обеспечению радиационной безопасности при строительстве в Московской области». - Министерство строительного комплекса Московской области, 2004 г., - 20 с.

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Заболотский, Борис Юрьевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Результаты физического моделирования процесса переноса радона в «активном» слое грунта, представленном в геологическом разрезе экспериментальной площадки, подтверждают, что в грунтовых основаниях зданий основным механизмом переноса радона является диффузия. На основе проведённого физического моделирования предложена методика определения коэффициента и длины диффузии радона в грунте, находящегося в условиях, близких к условиям его естественного залегания.

2. Установлено, что доминирующим фактором, влияющим на текущую величину плотности потока радона из грунтового основания здания, является влажностное состояние приповерхностного слоя грунта. Обнаруженный характер такого влияния обусловлен зависимостью коэффициента диффузии радона в грунте от его влажности и температуры.

3. На основе математического решения краевой задачи стационарного диффузионного переноса радона в двухслойной среде определено условие, позволяющее выделить в геологическом разрезе территории застройки массив «активных» слоёв грунта, главным образом определяющих величину потока радона с поверхности грунтового основания здания.

4. Теоретически и экспериментально обосновано, что для получения более достоверной оценки радоноопасности территорий застройки измерения потоков радона целесообразно проводить на отметке заложения подошвы фундамента, а не на дневной поверхности грунта.

5. Статистическая обработка результатов непрерывных в течение года измерений потоков радона из грунта в натурных условиях позволила установить, что значения асимметрии и эксцесса гистограммы потоков радона, построенной по результатам краткосрочных измерений, могут служить критериями оценки соответствия среднего измеренного значения потока, его среднегодовому значению. Также установлено, что для определения среднегодового значения потока радона на территории застройки непрерывные измерения потока радона могут быть заменены краткосрочными периодическими измерениями без существенной потери точности.

6. Разработан инженерный метод расчёта среднегодового значения величины плотности потока радона, выделяющегося с поверхности неоднородного массива грунта, при заданных значениях удельных активностей радия и коэффициентов эманирования радона в слоях грунта, а также их плотности и пористости.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Заболотский, Борис Юрьевич, 2005 год

1. Алексахин P.M. Ядерная энергия и биосфера. М.:

2. Энергоиздат, 1982. 215 е.: ил.

3. Алексеев В.В. Радиометрические методы поисков и разведкиурановых руд. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, 1957.

4. Анализ и обобщение данных о строениях геологических разрезовс точки зрения способности пород в основных слоях грунтов к продуцированию радона. Научно-технический отчёт, Часть 2. АОЗТ "Бригантина". -М., 1996. с. 23-38.

5. Антропов С.Ю. и др. Методика измерения активностирадионуклидов в счётных образцах на сцинтилляционном гамма-спектрометре с использованием программного обеспечения ПРОГРЕСС. ГП «ВНИИФТРИ», 1996. -41 с.

6. Баранов В.И. Радиометрия. М.: изд. АН СССР, 1955. - 328с.

7. Баранов В.И., Титаева Н.А. Радиогеология. Учебник длястудентов геолог, специальностей ун-тов. — М.: Изд-во Московского университета, 1973. 242 е.: ил.

8. Безрук В.М., Кострико М.Т. Геология и грунтоведение.

9. Учебник для дор.-механ. техникумов. М.: Дориздат, 1951. - 332 е.: ил.

10. Боровиков В. STATISTICA. Искусство анализа данных накомпьютере: Для профессионалов. 2-е изд. (+CD). СПб.: Питер, 2003. - 688 е.: ил.

11. Брунарский JI. и др. Под редакцией Станьчика П. Инструкция

12. Указания по исследованию естественной радиоактивности сырья и строительных материалов. — 35 с.

13. Габлин В.А. О классификации дисперсных грунтов врадиоэкологических исследованиях. АНРИ, №4, 1999, с. 2730.

14. Горшков Г.В. и др. Радиометрические методы поисков иразведки урановых руд. М.: Госгеолтехиздат, 1957.

15. Гулабянц JI.A. Карты районирования территории РФрадононасыщенными грунтами (к СНиП 2.01-82). Отчёт по договору НИИСФ с Минстроем РФ. Москва, 1992. 21с.

16. Гулабянц JI.А. Новые нормативы радиационной безопасностигражданского строительства. БСТ, № 7, 1992. с. 28-30.

17. Гулабянц Л.А. и др. Отчёт о научно-исследовательской работе

18. Провести исследования и установить критерии для принятия решений при разработке мероприятий, обеспечивающих радиоэкологическую чистоту внутренней среды зданий". — М., 1994.-23 с.

19. Гулабянц Л.А. Рекомендации по проектированию защиты отрадона в жилых и общественных зданиях (1-я редакция). По договору НИИСФ с Минстроем РФ, М., 1992. - 61 с.

20. Гулабянц Л.А., Заболотский Б.Ю. Мощность «активного»слоя грунта при диффузионном переносе радона в грунтовом основании здания. АНРИ, №4, 2001, с. 38-40.

21. Гулабянц Л.А., Заболотский Б.Ю. Плотность потока радонакак критерий оценки радоноопасности. АНРИ, № 3, 2004, с. 16-20.

22. Гуськова В.Н. Уран. Радиационно-гигиеническаяхарактеристика. М.: Атомиздат, 1972. - 216 е.: ил.

23. Допустимые уровни ионизирующего излучения и радона научастках застройки (МГСН 2.02-97). М.: НИАЦ, 1997. - 20 с.

24. Жуковский М.В. и др. Радоновая безопасность зданий.

25. Екатеринбург: УрО РАН, 2000. 180с. ISBN.

26. Защита от радона-222 в жилых зданиях и на рабочих местах.

27. Публикация 65 МКРЗ: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1995.-68 с.

28. Запорожец В.М. Разведочная ядерная геофизика. Справочникгеофизика. М.: Недра, 1977. - 296 е.: ил.

29. Зверев В Л. и др. Радиоизотопная геохимия. М.: Недра, 1980.-201 с.

30. Источники, эффекты и опасность ионизирующей радиации:

31. Доклад НКДАР ООН Генеральной Ассамблее за 1988 г., с приложениями: В 2-х т. Т. 1.: Пер. с англ. М.: Мир, 1992. -552 с. ил. ISBN. .2728,2932,33,34,35,3637,3839,40

32. Каждан А.Б., Гуськов О.И. Математические методы в геологии: Учебник для вузов.-М.: Недра, 1990. 251 е.: ил.

33. Крисюк Э.М. «Радиационная безопасность населения при использовании строительных материалов» Копия отчета о НИР. Всесоюзный научно-технический информационный центр, 1990. Диссертация на соискание степени доктора, Ленинград, 1982.

34. Криштофович А.Н. Геологический словарь. В 2-х т. М., 1955.

35. Кузнецов О.Л., Поляченко АЛ. Разведочная ядернаягеофизика: Справочник геофизика. Изд-е 2. -М.: Недра, 1986.-432 е.: ил.

36. Лукутцова Н.П. и др. К вопросу о коэффициене эманирования строительных материалов: Препринт ИФВЭ 2000-29. -Протвино, 2000. 5 с.

37. Лыков А.В. Тепломассообмен: (Справочник). 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1978. - 480 е., ил.

38. Лысенко Е.А., Воробьёв А.И. Мероприятия по снижениювредного воздействия радона на людей (обзор). Гражданская оборона, № 8, 1990. с. 27-32.

39. Методика измерения плотности потока радона. НТЦ "Нитон" — М.:, 1993.-6с.

40. Микляев П.С. и др. Содержание радионуклидов естественного происхождения в грунтах г. Москвы. АНРИ, №1,2000, с. 17-23.

41. Новиков Г.Ф., Капков Ю.Н. Радиоактивные методы разведки. -Л.: Недра, 1965.-760с.

42. Новиков Г.Ф. Радиометрическая разведка: учебник для вузов. -Л.: Недра, 1989.-407 с.

43. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99): Гигиенические нормативы. М.:Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, 1999. - 116 с.

44. Облучение от естественных источников ионизирующего излучения. Приложение А (Подготовлено в секретариате. Генеральная ассамблея объединенных наций. 37 сессия НКДАР ООН, Вена, 6-17 июня 1988).

45. Определение плотности потока радона на участках застройки

46. ВМУ Р1-97. Центр Госсанэпиднадзора в г. Москве, Москомархитектура. АНРИ, №5, 1997.

47. Осипов В.И., Медведев О.П. Москва: геология и город. — М.:

48. АО «Московские учебники и Картолитография», 1997. — 400 е., 135 ил., 22 табл.

49. Основные санитарные правила обеспечения радиационнойбезопасности (ОСПОРБ-99): 2.6.1. Ионизирующее излучение, радиационная безопасность СП 2.6.1. 799-99 М.: Минздрав России, 2000. - 98 с.

50. Павлов И.В. Математическая модель процесса эксгаляциирадона с поверхности земли и критерии оценки потенциальной радоноопасности территорий застройки. АНРИ, №5, 1997, с. 15-26.

51. Памятка по радону для граждан (перевод). Агентство Охраны

52. Окружающей Среды США. Департамент здравоохранения и гуманитарных служб США. Центр контроля болезней. Служба атмосферы и радиации. Август, 1986.

53. Пособие к МГСН 2.02-97. Проектирование противорадоновойзащиты жилых и общественных зданий. М.: ГУП НИАЦ, 1998.-32 с.

54. Прикладная геофизика. Выпуск 83. М.: Недра, 1976 г. — 224с.

55. Радиация: Дозы, Эффекты, Риск. Информационный бюллетень1989. Пер. с англ. -М.: Мир, 1988. с. 104-144.

56. Радиационно-гигиеническая значимость Радона-222 и его роль воценке радиационного риска. Аналитический обзор. Постоянное Представительство СССР при международной организации в Вене. Исх. № 136,19 января 1990г. 8 с.

57. Радон и продукты его распада (подготовлено в Секретариате).

58. НКДАР ООН, Вена, 1-12 сентября, 1980. 227 с.

59. Сведжемарк Г.А., Мякитало А. Шведский опыт контроля 222

60. Rn (перевод). Health Physics, Vol. 58, No 4 (April), 1990, p. 453-460.

61. Сердюкова A.C., Капитанов Ю.Т. Изотопы радона икороткоживущие продукты их распада в природе М.: Атомиздат, 1969. - 312 с.

62. Сердюкова А.С., Капитанов Ю.Т. Изотопы радона ипродукты их распада в природе. Изд. 2-е. М., Атомиздат, 1975.-296 с.

63. Сизов А.П. Мониторинг городских земель с элементами ихохраны. М., 2000. - 156 е.: ил.55