Крайнего Севера

Неравномерность деформации поверхности и ее абсолютная величина изменяется в широком диапазоне в зависимости от мощности слоя промерзания и влажности грунтов и достигает 40-50 см, что создает большие дополнительные нагрузки на трубопровод.

Институтом ВНИИГаз разработана методика определения напряженно деформированного состояния и несущей способности трубопровода при пучении грунтов. Предложены технологические и конструктивные решения по снижению нагрузок от пучения на подземные трубопроводы.

Деформация грунта при его многолетнем промерзании значительно превышает деформацию при сезонном пучении из-за протекания процесса в условиях «открытой системы» т.е. с возможностью миграции влаги к фронту промерзания. Поэтому в первые годы эксплуатации аварии наблюдались чаще, так как многолетнее пучение грунтов происходит наиболее интенсивно в начальной период их промерзания.

В теплое время года в процессе протаивания пород идет их осадка, сопровождающаяся деформациями усадки.

На севере Западной Сибири в первые три-пять лет эксплуатации «горячих» газопроводов на многолетней мерзлоте формируются ореолы оттаивания, достигающие в глубину 10 м. Их образование, как правило, сопровождается просадкой поверхности грунта над трубопроводом, а иногда и вдоль целого технического коридора. Создаются благоприятные условия для внутригрунтового стока вдоль газопровода. Вода же, как известно, хороший природный теплоноситель и теплоаккумулятор, оказывает значительное отепляющее действие на мерзлые породы, обусловливает на отдельных участках затопление значительных площадей коридоров трубопроводов и способствует потере их продольной устойчивости. Чередующиеся процессы сезонного пучения и сезонной осадки грунтов в результате воздействия кристаллизационного давления, достигающего 220 МПа при каждом цикле промерзания, вызывает выпучивание.

К числу природных сложностей, накладывающих серьезные ограничения на выполнение строительных работ в этом регионе, и относятся особая ранимость природной среды, ее слабая способность к восстановлению. Поэтому прокладка трубопроводов в этом регионе практически возможна только в зимнее время. Потеря продольной устойчивости трубопроводов в отдельных случаях с выходом (всплыванием) их на поверхность, образованием арок и гофров, как правило, происходит в грунтах с низкой несущей способностью, сильно обводненных и торфяных. Многолетнемерзлые грунты после перехода в талое состояние также многократно снижают свои несущие свойства.

Провоцирует потерю продольной устойчивости газопроводов разница температур их укладки в зимний период и летней эксплуатации, которая достигает 80°С и более. В результате возникают огромные осевые усилия, выталкивающие даже на самых пологих выпуклых участках трубопровод на поверхность. Так, на газопроводах диаметром 1420 мм осевое усилие достигает 1, 5 тыс. т.

Для погашения плавучести газопроводов и интенсивных деформаций от продольного сжатия балластировка на газопроводах диаметром 1420 мм достигает от 2 до 4 тыс. т на 1 км. И все равно, в отдельных случаях пригрузы неспособны удержать газопровод в проектном положении.

О масштабах этого явления можно судить по данным Главтюменгазпрома. Весной 1988 г. из 24 тыс.км действующих газопроводов со средней продолжительностью эксплуатации 12 лет было отмечено всплытие участков общей протяженностью около 2 тыс. км (более 8%). За 1981-1987 гг. на действующих газопроводах было устранено 52 арки, которые образовались вследствие потери газопроводами продольной устойчивости. В последнее время выход на поверхность участков газопроводов заметно сократился, а эксплуатационники научились более квалифицированно ликвидировать последствия такого явления.

Одно из радикальных решений обеспечения продольной устойчивости — искусственное снижение температуры транспортируемого газа.

Однако установки искусственного охлаждения газа на Уренгойском, Ямбургском промыслах были построены после того, как в течение многих лет на участках, проложенных на территории распространения постоянномерзлых пород, подавался теплый газ. Переход на подачу холодного газа по таким магистралям таит много сложностей. Реставрация вечной мерзлоты в ореолах протаивания неизбежно будет сопровождаться защемлением труб, неравномерным пучением на границах контакта грунтов, имеющих различную величину абсолютного пучения.

Поэтому перед сменой температурного режима газопроводов необходим прогноз его взаимодействия с грунтовым массивом.

В зоне газопровода Соленинское-Мессояха-Норильск в зимнее время имеет место растрескивание грунта с образованием морозобойных блоков размером примерно 1, 5 х 1, 5 м. Это явление вызывает дополнительные напряжения в трубопроводе и в сочетании с другими нагрузками может приводить к авариям. Такие разрушения имели место на высокой пойме Енисея.

Еще большие трудности для прокладки трубопроводов представляют морозобойные трещины, постепенное развитие которых связано с сезонным заполнением водой в летний период и замерзанием с наступлением холодов. В таких условиях трещины раздвигаются и идет их углубление. Ледяные жилы имеют глубину до 12 м, а ширина их достигает 2 м, регионально-жильные образования разбивают поверхность с интервалами 6-10 м. Осевые растягивающие усилия в трубопроводе могут вызвать большие дополнительные напряжения и его разрушение. Трассу трубопровода, как правило, выбирают с обходом районов, склонных к морозо-бойному растрескиванию.

Контрольные вопросы:

1. Деформация грунта при его многолетнем промерзании.

2. Эксплуатация «горячих» газопроводов на многолетней мерзлоте.

3. Ранимость природной среды, ее слабая способность к восстановлению в районах Крайнего Севера.

4. Погашение плавучести газопроводов.

5. Установки искусственного охлаждения газа.