东川口水库定向爆破筑坝

东川口水库定向爆破筑坝

完成时间：1959年

工程地点：河北省邢台县

完成单位：水利部北京勘测设计院、河北省邢台县水利局

项目主持人及参加人员：张深帮等

撰稿人：霍永基

1工程概况

    东川口水库拦河大坝是国内首次采用定向大爆破法修筑蓄水坝的开创性工程。炸药用量193t，于1959年1月13日爆破成功。该坝位于河北邢台县境内滏阳河支流七里河上。坝址控制流域面积84km²。水库的任务是防洪、灌溉并结合发电，总库容1300万m³。灌溉面积5万亩，水电站装机容量125kW，年发电量45000kWh。

    该水利枢纽总体布置包括：定向爆破堆石坝一座，设计坝高29m，爆破成功后实际加高至330.5m。坝顶长112m，坝体防渗结构采用黏土斜墙与砂卵石地基的截水槽相连接形式。堆石坝体方量为。72000m³；坝址左岸原设计泄洪洞一条，后改建成发电引水洞兼灌溉放水洞之用。导洞宽×高为2.0m×2.2m，顶部用1.2m半径圆弧与长方形相接。洞长145m，由于岩石较为完整，除进、出口洞脸外，洞身不做衬砌。隧洞开挖石方650m³；水库溢洪原设计为坝顶溢流的方案和在左岸设溢洪道的方案。爆破成功后，地方水利部门取消了溢洪道，改用浆砌石重力墙，将坝加高到33.5m，用作挡水。爆破填筑坝体剖面如图1所示。

图l  大坝横断面图

2定向爆破设计方案

    由于坝址地形条件处于河道弯曲处，右边凹岸高约80m，高度在30m以下，岸坡约为1：l；30m以上趋于直立，顶部为平台地形。左岸为凸岸，高约40m，河流在下游坝坡脚附近向左急转90°。河谷呈U形，河底宽约40～50m。

    坝址区两岸均为裸露的厚层石英砂岩，结构致密，性质坚硬。岩层走向为北东40°，倾向东南130。，倾角8°～10°，节理发育，主要节理有北东50°和北西40°，为陡倾角。

    因此，爆破设计采用右岸单边定向抛掷堆积设计方案。布置两排单层集中药包。前排设3个辅助药包，最小抵抗线W为17～11.8m，n=1.25；后排主药包布集中药包。W为27.3m，n=1.5。

3炸药量计算

    计算药包装药量时，针对不同的最小抵抗线长度，采用了不同的计算公式：

    当W<20m时，采用鲍列斯科夫公式：

Q=KW³(0.4+0.6n³)                   (1)

    当W>20m时，采用波克罗夫斯基理论公式和修正后的鲍列斯科夫公式进行设计和校

核：

式中 Q----装药量，kg；

     W----最小抵抗线，m；

     n----爆破作用指数；

     r----岩石密度，kg／m³。

    药包间距按照下式确定：

a=0.5W(1+n)

4爆破抛掷堆积计算方法

设计中采用弹道理论方法计算。假定爆破漏斗中的岩石系自药包中心沿着辐射方向抛出，抛掷速度按照下式计算：

根据能量平衡原理，全部被抛掷的岩石所具有的总动能应与药包装药量的有效抛掷能相平衡，故有关系式：

式中 V_i----第i条岩石的抛掷初速度，m／s；

     R_i----第i条岩石角锥体岩石白药包中心至临空面的长度，m；

     U_i----单位炸药重量的有效抛掷能量，kg×m／kg，经核算，前排药包的U₁按炸药潜能的7％计算，后排的U₁按10％计算；

     Q----药包炸药量，kg；

     Dm--微元角锥体岩石的质量；

     A-----速度常数，根据能量平衡关系求解确定。

当部分抛掷岩石初速度求得时，即可按照弹道公式求得其抛掷落地点的距离：

式中  L₁----抛体下落至抛射起点高程的距离，m；

L₂----落地点低于发射点时的附加抛距，m；

      g----重力加速度，m／s²；

      q----抛掷角，(°)。

    求出各部分岩石的抛掷距离后，即可根据它们的落地位置来求出累积爆落石方，按岩石的休止角坍塌后求得堆积轮廓。

5定向爆破坝体堆积结果

    (1)坝轴线基本上与原设计符合，仅向下游偏移2～3m。

    (2)爆破总方量(虚方)约135000m³，坝体堆积有效填方量85000m³。

    (3)堆积坝体上游坡平均约1：3.5；下游坡平均约1：4.5。较原设计缓很多。

    (4)坝体纵剖面最低马鞍形处的堆高为18.5m。

6爆破效应科研观测

    参加现场观测的主要单位包括中科院地球物理所、中央气象局研究所、水电部水工总局、水利水电科学研究院、铁道科学研究院及铁道兵科研处等共50余人。爆破效应科研观测项目包括：

    (1)爆破地震效应观测。通过爆破地震仪记录分析计算知，此次爆炸所产生的地震总能量E约为6(ZJ(1erg=10 17J)，本次炸药用量为192．5t。如果按照单位炸药的潜能为4×105kg‘m／kg计算，约可释放总能量为75．5J，与实测结果相比较可知，爆炸产生的地震能量约占炸药能量的8％左右。相当于地震的震级为2．7级。

    (2)爆破影响区地质观测。首次采用裂隙走向方位图对各观测点进行爆前爆后对比观测的方法，以观测岩体裂隙变化率。根据爆破前后进行裂隙变化观测的结果，得知东川口爆破对后山的破坏距离约为50m。

    (3)爆炸空气冲击波观测。着重测定不同距离位置的爆破空气冲击气流压力值。

(4)爆破坝堆石体块度级配观测。

7主要经验和问题

    (1)根据坝址地形地质条件，选择山高坡陡的右岸为爆破抛掷区，采用前排布置辅助药包先响，为后排主药包创造略带凹形临空面，使主药包能准确定向爆破，从而将大量岩石抛掷堆积于坝体区内，这是确保定向爆破筑坝成功的技术关键。

    (2)东川口定向爆破的设计方法和爆破参数选择正确合理，为我国定向爆破筑坝成功开了先河，为后来定向爆破设计施工和科研观测提供了宝贵经验。

    (3)爆破坝体质量良好，证明爆破填筑坝能够蓄水灌溉、发电。

    (4)定向爆破堆石坝同样属于土石坝类，必须按照土石坝的挡水安全运用条件设计，东川口水库建库后期，由于取消了原设计溢洪道方案，改用浆砌石重力墙加高坝体挡水，以增大库容取代溢洪道的设计方案是不符合水工设计原则的。从1963年8月1日起该地区连下暴雨，遇特大洪水，水库开始蓄洪，由于导流洞泄洪能力很低，又无非常溢洪道确保泄洪，因此水库水位猛涨，超过坝顶1m多，引起溃坝。这个教训应引以为戒。