ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ СООРУЖЕНИЯ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ГАЗОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

Аннотация. Магистральный трубопровод – это опасный производственный объект, при эксплуатации которого требуется большой объем знаний нормативно-технической документации. Магистральные газопроводы, проложенные в условиях Крайнего Севера, используются в местах распространения многолетнемерзлых грунтов. Они подвержены сильнейшим природным воздействиям, в результате чего эксплуатация таких объектов является затруднительным процессом, требующая современных технологических решений.

Ключевые слова: Крайний Север, газопровод, мерзлота, грунт, переход. 

В условиях Крайнего Севера эксплуатируемые газопроводы подвержены воздействию крайне суровых и сложных природно-климатических факторов. Нормы и правила, которые регулируют проектирование газопроводов не учитывают дополнительные продольные деформации, которые возникают при строительстве и эксплуатации газопроводов в условиях Крайнего Севера. Погодные условия крайне нестабильны, интервал температур варьируется от -60 ⁰С в зимний период до +40 ⁰С в летний. Наличие постоянных криогенных процессов, болотные и речные переходы вызывают нестабильное напряженно-деформированное состояние (НДС).

При многолетнем промерзании грунта его деформация во много раз выше той деформации, которая возникает при сезонном пучении из-за возможности влаги мигрировать к фронту промерзания. В связи с этим в первые годы эксплуатации магистральных газопроводов в условиях Крайнего Севера аварии наблюдались гораздо чаще, поскольку пучение грунтов происходит более интенсивно в начальный период промерзания. В следствии промерзания, лед начинает продавливать газопровод вниз, в талые грунтовые слои. Именно поэтому те газопроводы, которые используются в местах многолетней мерзлоты, при строительстве и эксплуатации определяются условиями мерзлости грунтов. В теплое же время, в результате оттаивания пород идет постоянная осадка, которая также сопровождается деформациями.

Термокарст образуется при оттаивании грунтов с высоким содержанием льда. При использовании, трубопроводов с «теплым» режимом работы происходит изменение температурных условий в мерзлых грунтах, газопровод приводит к обводнению и осадке грунтов своим отепляющим воздействием. В результате этого, под действием выталкивающей силы трубопровод начинает всплывать, что не может положительно сказываться на условиях его работы.

Одной из главных особенностей грунтов оснований магистральных газопроводов в условиях Крайнего Севера можно назвать засолённость. К основным типам засолений относят: континентальный, морской и техногенный. Грунты с наличием засоленности образуются в результате смещений температур фазовых переходов в сторону отрицательных значений. Из-за таких смещений, существует так называемая «вялая» мерзлота, что очень негативно влияет на несущую способность газопровода и требует специальных технических средств термической стабилизации грунтов и используемых технологий.

Все процессы, которые перечислены выше негативно влияют на надежность используемых газопроводов, поскольку теряется устойчивость систем и, как правило, все вышеперечисленные процессы являются причиной выпучивания, всплытия, оголения газопровода и прочих деформационных отклонений.  

Выделяют следующие способы строительства подводных переходов магистральных газопроводов, такие как: микротоннелирование, метод наклонно направленного бурения, траншейный метод.

Из вышеперечисленных способов прокладки, выбор производится на основе совокупности геологических условий трассы газопровода и самих требований к переходу. К факторам, который влияют на выбор метода строительства относят: стоимость работ, ширина водной полосы, инженерно-геологические условия местности.

Наиболее широкое применение строительства подводных переходов в условиях многолетнемерзлых грунтов нашел траншейный метод. Наряду со всеми преимуществами данного способа, он имеет целый ряд недостатков, не отвечая в полной мере тем технологическим требованиям, которые предъявляются к надежности подводных переходов. Основной же недостаток данного метода - это большой объем производственно-технических работ, которые связаны с разработкой самой траншеи, которая, в свою очередь нарушает целостность водоема, тем самым пагубно влияя на окружающую среду.

В наше время, при строительстве газопроводов, при переходе через водные преграды чаще применяется бестраншейная прокладка труб. При строительстве подводных переходов методами ННБ и микротоннелирования в разы уменьшается негативное воздействие на экологию окружающей среды, а также повышается надежность прокладываемых газопроводов.

Метод наклонно направленного бурения является одним из наиболее прогрессивных способов, применяемых при строительстве подводных переходов. Диаметр газопроводов, которые были уложены этим методом, увеличился до 1400 мм, а протяженность до 1800 м. При прокладке магистральных газопроводов методом ННБ, для начала пробуривают пилотную скважину, затем ее расширяют в один или несколько заходов в разных направлениях, а в конечном итоге в готовую скважину протаскивается трубопровод.

Преимуществами данного вида являются: высокая надежность объекта, возможность строительства переходов в любое время года, природный ландшафт и экологический баланс в местах строительства остается нетронутым.

По заключениям специалистов, лучшим методом строительства подводных переходов в условиях Крайнего Севера является бестраншейный метод. Бестраншейные методы прокладки газопроводов полностью соответствуют требованиям экологической безопасности. Помимо этого, в зонах сейсмической активности, газопровод не подвержен нагрузкам от подвижек грунта, поскольку не имеет с грунтовым массивом жесткой связи. Примером этому служит трубопровод, проложенный по трассе Соленинское – Месояха – Норильск, где было выявлено, что частота отказов на 1 км трассы при подземном способе укладки газопровода составляет 3,0, при надземном – 0,41, при наземном 0,12.

Из всего вышеперечисленного, можно сделать вывод, что методы прокладки подводных переходов и трубопроводов в условиях Крайнего Севера зависят от характера грунтов в основании, их просадочности и несущей способности. Метод прокладки выбирают ситуативно, исходя из условий местности и прочих факторов, в зависимости от которых делается выбор. В условиях Крайнего Севера для строительства трубопроводов пригодны практически все методы бестраншейной прокладки, однако предпочтительным все же является метод наклонно направленного бурения.