Система магистральных трубопроводов (МТ) на территории Сибири является важным этапом для экономического развития этого региона и обеспечивает успешное освоение нефтяных и газовых ресурсов страны. Однако строительство МТ в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ) сопровождается нарушением их температурного режима. В результате возникают опасные экзогенные геологические процессы (ЭГП), которые оказывают влияние на объекты МТ. Поэтому для обеспечения безаварийной работы объектов МТ необходимо предусматривать инженерно-защитные (ИЗ) сооружения.
Для определения геофизических особенностей местности и прогнозирования вероятности возникновения ЭГП необходимо проведение геотехнического мониторинга (ГТМ). Порядок проведения ГТМ объектов магистральных нефтепроводов, осуществляющийся в соответствии с [1], отличается от мониторинга газопроводов, основанного на документах [2] и [3]. Однако в обоих случаях целью является выявление и предотвращение необратимых процессов в грунтовых основаниях, а также деформаций сооружений. Для этого на ряду с наземными наблюдениями применяются эффективные современные технологии: волоконно-оптические системы и воздушное лазерное сканирование.
На основании результатов геотехнических обследований проводится разработка компенсирующих мероприятий, содержащих предложения по устройству инженерной защиты сооружения.
Выбор способа защиты зависит от вида ЭГП и конструктивной схемы прокладки МТ. На территории распространения ММГ допускается применение трех видов прокладки: подземной, наземной в насыпи и надземной. Однако наземный способ прокладки трубопроводов в зоне ММГ не реализуется из-за высокого риска частых отказов и аварий, прежде всего из-за оттаивания верхнего слоя в летнее время, которое приводит к постепенному погружению трубопровода с жидкой транспортируемой средой в грунт, из-за обледенения трубы при отрицательных температурах, которое создает значительные дополнительные нагрузки на трубопровод, а также из-за необходимости усиленной антикоррозионной защиты и принятия других мер по компенсации природных, в том числе геокриологических, воздействий на трубопровод [8].
Наиболее распространенными ЭГП на территории ММГ являются термокарст, пучение, наледь, подтопление, солифлюкция. Традиционные инженерно-защитные мероприятия представлены в [4,5,6,7]. Однако существуют современные, более эффективные способы ИЗ. Рассмотрим их для каждого вида ЭГП.
К традиционным способом защиты трубопроводов от воздействия солифлюкции относятся: искусственное изменение рельефа склона (придание склону стабильного угла наклона, террасирование, замена неустойчивых грунтов, организация поверхностного водоотвода. При необходимости возможно устройство дополнительных опорных конструкций (подпорных стен, столбов для закрепления неустойчивых участков склона и предотвращения смещения грунтовых массивов по ослабленным поверхностям; анкерных креплений). Однако данные мероприятия имеют ряд недостатков, среди которых их высокая стоимость.
Автором [10] предложен способ ИЗ подземных трубопроводов, основанный на использовании теплозащитных экранов. Для определения их параметров и координат расположения по трассе трубопровода проводят теплотехнический расчет. Теплозащитный экран заглубляется в почвенно-растительный слой и укрепляется с помощью скоб из арматурной стали диаметром 8-10 мм. Сверху экран закрывается вынутым слоем почвы или георешеткой, заполненной почвенно-растительным грунтом. На участках с маломощным почвенно-растительным слоем теплоизоляционный экран возможно укладывать без заглубления в почву. В этом случае экран сверху накрывается слоем геотекстиля, который крепится к грунту по периметру экрана скобами из арматуры. Этот вариант наиболее предпочтителен, так как является менее трудоемким и может выполняться в любое время года.
Для защиты от эрозионных процессов применяют биоматы, отбойные грунтовые валы, габионы матрацного типа [9]. В [10] предлагается комбинированное применение биоматов и и геосеток или геоячеек с перфорацией. Геосинтетический материал засыпается сверху слоем грунта и является основой для укоренения уложенным сверху биоматам. Это обеспечивает эффективность рекультивации на легко размываемых пылеватых песчаных грунтах.
Для предотвращения воздействия суффозионных процессов применяются устройства противосуффозионных геотекстильных контейнеров [9]. Они, пропуская грунтовые воды, задерживают частицы грунта, предотвращая их вынос.
Также возможно устройство на склоне элементов из теплозащитных экранов. С их помощью достигается неравномерность оттаивания и утрачивается ровная поверхность скольжения. На участках с повышенными значениями среднегодовых температур грунтов, а также с большой мощностью сезонно-талого слоя охлаждающее воздействие теплозащитного экрана возможно усилить установкой термостабилизаторов [10].
В зоне, подверженной образованию термокарста, более предпочтительной является надземная прокладка. Однако если расчетные осадки не превышают предельно допустимые значения, возможно применение подземной прокладки. В этом случае для защиты трубопровода от термокарста традиционно применяются следующие мероприятия: восстановление почвенно-растительного покрова, нарушенного при строительстве; теплозащитные экраны, установка сезонно-действующих охлаждающих устройств (СОУ), замена грунта с отсыпкой непросадочных грунтов. Для закрпления поверхностного слоя грунтов от размыва возможно применение физико-химических способов закрепления поверхностного слоя грунтов (цементация, силикатизация) и сотовых георешеток, для закрепления склонов основной поверхности отсыпки.
Применение рассмотренных способов ИЗ в соответствии с результатами ГТМ обеспечивает стабильную и безопасную эксплуатацию теплых и горячих трубопроводов на территории распространения ММГ.
Литература
1. РД-23.040.00-КТН-124-17 Геотехнический мониторинг – М.: - ПАО «Транснефть», 2016. – 248 с.
2. СТО Газпром 2-3.1-071-2006 Регламент организации работ по геотехническому мониторингу объектов газового комплекса в криолитозоне. – М.: - ООО «ТюменНИИгипрогаз», 2006.
3. СТО Газпром 2-3.1-072-2006 Регламент на проведение геотехнического мониторинга объектов газового комплекса в криолитозоне. М.: - ООО «ТюменНИИгипрогаз», 2006.
4. СП 28.13330.2010. Защита строительных конструкций от коррозии. М.: Минрегион России, 2012 – 85 с.
5. СП 104.13330.2011. Инженерная защита территорий от затопления и подтопления. Электронный ресурс – USD: http://www.minstroyrf.ru/upload/iblock/a7d/sp-104.pdf (дата обращения 12.04.18).
6. СП 21.13330.2010. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. – М., Госстрой, 1992.
7. СП 116.13330.2012. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. Электронный ресурс – USD: http://www.lentisiz.ru/upload/iblock/240/240f80772c3b7615b8c819de497abfdb.pdf (дата обращения 15.04.18).
8. Щербич, Ю.В. Разработка методики поддержания необходимых температурных показателей для обеспечения устойчивого состояния магистрального нефтепровода «Заполярье – НПС «Пур-Пе» на участках надземной прокладки при его эксплуатации в условиях Крайнего Севера // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. -2014, № 2. -С. 290- 293.
9. Лободенко, И.Ю. Методы инженерной защиты объектов магистрального трубопровода от опасных природных процессов и явлений // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2015. – №3 – С. 72-78.
10. Скапинцев, А.Е. Геоэкологическое обоснование инженерной защиты и геотехнического мониторинга строительства трубопроводов в криолитозоне / А.Е. Скапинцев // Автореферат. М.: - 2013 г. – 20 с.
