ПРИМЕНЕНИЕ КРУПНЫХ ВЗРЫВОВ НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПЛОТИН

В.Н.РОДИОНОВ, А.Н.РОМАШОВ
Государственный комитет по использованию атомной энергии СССР,
Москва, Союз Советских Социалистических Республик

Abstract — Résumé — Аннотация — Rcsumen

THE USE OF LARGE EXPLOSIONS IN DAM CONSTRUCTION.
The authors describe powerful explosions used in constructing earth dams on the rivers Malaya Almatinka and Vakhsh. The possibility of using underground nuclear explosions in the construction of such dams is discussed.

APPLICATION DES GRANDES EXPDOSIONS A LA CONSTRUCTION DE BARRAGES.
Les auteurs décrivent les grandes explosions exécutées en vue de 1a construction de barrages en terre sur lesrivières Malaya Almatinka et Vakhsh, et examinent 1a possibilité de procéder à des tirs nucléaires sou- terrains pour construire des ouvrages de ce genre.

ПРИМЕНЕНИЕ КРУПНЫХ ВЗРЫВОВ НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПЛОТИН.
Дано описание развития крупных взрывов, произведенных на р.Малая Алматинка и р.Вахш с целью образования завальных плотин. Указывается на возможность использования подземных ядерных взрывов для сооружения подобных плотин.

LA UTILIZACION DE EXPLOSIONES POTENTES EN LA CONSTRUCCION DE PRESAS.
Los autores describen las potentes explosiones detonadas para construit presas de tierra en 10s rfos Malaia Almatinka y Vajsh. Se discute 1a posibîlidad de recurrit a explosiones nucleares subtertäneas para la construcciô de presas de este tipo.

В Советском Союзе за последние годы с помощью взрывов построено две крупных плотины. Одна из них перекрыла русло реки Малой Алматинки и преградила путь селевым потокам к городу Алма-Ате. Вторая возведена на р.Вахш. Накопленный при этом опыт свидетельствует о перспективности взрывного метода строительства больших завальных плотин.

ВЗРЫВЫ В МЕДЕО

На месте сооружения плотины берега реки Малой Алматинки имеют форму крутых склонов с углами около 45°, расстояние между которыми у подножья составляет 60-70 м. К моменту проведения взрывов река была отведена в туннель, пройденный в левом склоне. Породы, слагающие борта ущелья в створе плотины, представлены гранитами VII-IX категории крепости. Для перекрытия ущелья и образования селехранилища достаточных размеров необходимо было уложить в тело плотины 3 млн.м³ раздробленного камня.

Схема расположения зарядных камер, в которые закладывалось взрывчатое вещество, приведена на рис.1. Плотина создавалась в два этапа. Сначала был взорван правый склон, а затем, спустя примерно полгода, — левый склон. Основные параметры взрывов приведены в табл.1. Разновременность подрыва зарядов при правобережном и левобережном взрывах была введена с целью создания лучшей направленности действия взрыва и для снижения сейсмического эффекта. Следует отметить, что сейсмические волны не вызвали никаких повреждений зданий и сооружений в пределах города Алма-Аты, расположенного, как известно, в непосредственной близости от взрыва. Представление о развитии взрыва дают фотографии. На рис.2 показан правобережный взрыв (1‚2,4 и 9 с от момента детонации первого заряда); на рис.3 — левобережный взрыв (1 и 2 с). Регистрация движения взорванной породы производилась кинокамерами. Кроме того, при взрыве контролировались интенсивность воздушной волны и амплитуды сейсмических волн в сейсмически опасной зоне.

Рис.1. План расположения зарядов и контуры развала породы при взрывах в Медео.

Рис.2. Последовательные стадии развития правобережного взрыва в Медео:

4 с

9 с

В результате проведения двух серий взрывов образовалась плотина, форма и размеры которой показаны на рис.1 и 4 . Средняя высота навала породы в створе плотины равна 90 м при ширине по основанию 500 м. В тело плотины брошено более 6 млн.тонн раздробленной породы. Навал представляет довольно однородную массу. Укладка породы в тело плотины оказалась плотной. Наблюдения за изменением высоты плотины в течение первых 4-х месяцев показали практически полное отсутствие усадки. В результате взрыва часть раздробленной породы осталась на склонах. Этот материал был использован для доведения плотины до проектных размеров. Окончательный вид плотины со стороны верхнего бьефа показан на фотографии (рис.5). Расход взрывчатых веществ на один кубический метр породы, уложенной в тело плотины, составил 3,6 кг/м³.

БАЙПАЗИНСКИЙ ВЗРЫВ

При строительстве Байпазинского гидроузла на р.Вахш в 1968 году взрывом была создана водонапорная плотина. Вид створа плотины до взрыва показан на рис.6. Правый берег, сложенный известняками, очень крутой (около 70°) и имеет высоту над уровнем реки более 300 м. За счет обрушения этого берега необходимо было создать плотину высотой 50 м. Схема размещения зарядов ВВ и основных элементов гидроузла показана на рис.7. Основные параметры взрывов даны в табл.II. Учитывая близость зарядов к важным элементам гидроузла (туннель диаметром более 5 м, быстроток, система затворов и т.п.)‚ были возможны повреждения последних за счет сейсмического воздействия и разлета камней. В целях ослабления сейсмического эффекта заряды взрывались с замедлением, а для защиты от камнепада перед быстротоком и затворами был насыпан земляной вал.

Последовательные кадры развития взрывов приведены на рис.8. В результате взрывного обрушения склона образовалась завальная плотина — рис.9. Минимальная высота ее на месте примыкания к правому берегу равна 50 м. Под действием взрыва порода была хорошо раздроблена: максимальные размеры кусков не превышают нескольких десятков сантиметров. Но взрыв не только раздробил и сбросил вниз породу из воронок выброса. Он произвел также обрушение верхней части склона, которая после толчка сползла вниз под действием силы тяжести. Обрушенная порода оказалась слабо раздробленной и легла поверх взорванной породы в виде крупных камней размером в несколько метров. В общей сложности было уложено в русло реки 1,5 млн.м³ породы. По сравнению со взрывами в Медео удельный расход взрывчатки в Байпазах снизился в 2‚0-2,5 раза, что явилось следствием большой крутизны склона и значительного обрушения его после взрыва под действием силы тяжести.

Вид до взрыва

Вид после взрыва

Развитие взрыва после детонации - 1 с

Развитие взрыва после детонации - 2 с

Развитие взрыва после детонации - 3 с

Наполнение водохранилища началось сразу после взрыва, и в течение нескольких дней уровень воды перед плотиной поднялся на 40 м . Фильтрация воды через тело плотины оказалась незначительной: общий расход воды через все сечение плотины составлял 5 м³ /с. Через полтора месяца он снизился до 1‚0-1‚5 м³ /с‚ а затем и совсем прекратился. Слабая фильтрация воды свидетельствует о возможности плотной укладки грунта в тело плотины с помощью взрывов. Противофильтрационные качества взрывной плотины можно дополнительно улучшить с помощью экрана изглинистого грунта, который завозится заранее и сбрасывается взрывным способом на передний откос плотины сразу после ее образования.

Большим достоинством взрывного метода строительства водонапорных плотин является возможность создания гидроузлов без предварительной системы отвода рек в новое русло, что резко сокращает сроки ввода объекта в эксплуатацию.

ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ

При строительстве плотин в Медео и в Байпазах использовалась энергия химических ВВ. При этом вес отдельных зарядов достигал нескольких тысяч тонн. Для укладки столь больших зарядов требуются огромные подземные выработки. Так в Медео для основного заряда при правобережном взрыве потребовалась камера размером в поперечнике более 8 м и длиной около 90 м.

В Советском Союзе и в других районах земного шара имеются створы, где можно было бы с помощью взрывов создать плотины высотой в несколько сотен метров. При этом необходимы заряды общим весом 100-200 тысяч тонн. При таких масштабах использование энергии химических ВВ становится затруднительным. Особенно сложными становятся вопросы транспортировки взрывчатки и ее закладки в горный массив. Так, чтобы разместить заряд химического ВВ весом 100 килотонн, нужна подземная камера объемом примерно 150 тысяч кубометров. Этот куб имеет длину ребра более 50 м . Сама по себе проходка такой камеры представляет сложную инженерную задачу.

При создании больших завальных плотин представляется перспективным использование энергии ядерных взрывов. Имеющийся в настоящее время в СССР и США опыт проведения ядерных взрывов на выброс показывает, что их эффективность по дроблению и перемещению породы сравнима с эффективностью химических взрывов. Взрыв вблизи наклонной свободной поверхности (взрыв на сброс) принципиально не отличается от взрыва на выброс. Поэтому химическое ВВ при строительстве плотин вполне может быть заменено ядерной взрывчаткой, что приведет к дальнейшему снижению стоимости создания плотин взрывным способом.