Актуальность и анализ ситуации

Масштабы роста добычи нефти и газа, других полезных ископаемых в Сибири, а в последнее время и в районах Арктики породили целый ряд серьезнейших научно-исследовательских, технологических, логистических, социально экономических и экологических проблем. Их решение в значительной степени связано с привлечением новых идей материаловедения на базе местного горного сырья и энергоресурсов. Вместе с тем при обустройстве, например, нефтегазовых месторождений и строительстве дорог в условиях многолетнемерзлых пород (ММП) самая дорогая часть их стоимости приходится на завоз за тысячи километров песка, фракционного щебня, цемента, битума и других строительных материалов.

Возведение 1 км автодороги III категории и железной однопутной дороги в Ямало-Ненецком автономном округе (ЯНАО) по традиционной технологии и СНИП фактически составляет 180—200 млн руб., сезонно-климатические ограничения приводят к длительным срокам строительства и коротким срокам безремонтной эксплуатации — 3 года (рис. 10.1—10.3).

Рис. 10.1. Железная дорога Обская — Бованенково.

Мост через реку Юрюбей

Затем, после истечения гарантии эксплуатация автодорог и железных дорог в условиях вечной мерзлоты требует ежегодного капитального ремонта стоимостью 10—20 млн руб. на 1 км. Резкая деградация вечной мерзлоты связана с аномальным повышением температуры. При этом для арктических территорий скорость роста среднегодовой температуры достигает до 0,9 °С за десятилетие. Это приводит к термокарстовым явлениям, просадкам, провалам, таликам и даже выбросам метана. Оттаивание вечной мерзлоты уже дает о себе знать. В настоящее время по причине деградации вечной мерзлоты деформировано до разной степени критичности почти 60% объектов в Игарке, Диксоне, Хатанге, до 100% в поселках Таймырского автономного округа, 22% в Тикси, 55% в Дудинке, 50% в Певеке и Амдерме, около 40% в Воркуте.

Рис. 10.2. Железная дорога Обская — Бованенково. Эстакада над заливной долиной реки

Рис. 10.3. Северный широтный ход

Особые природно-климатические условия Сибири и Заполярья требуют применения современных строительных материалов и конструкций. Сейчас их доля в себестоимости нефти и газа составляют до 70%. (рис. 10.4).

Рис. 10.4. Дорожные условия: тундра Ямала летом.

Одна из сложнейших технологических задач состоит в повышении надежности земляных сооружений в условиях деградации вечной мерзлоты с непредсказуемыми авариями под действием техногенеза. Обследование только что построенной на Ямале железнодорожной линии Обская — Бованенково — Карская вскрыло крайне негативные процессы деградации в многолетнемерзлых грунтах (ММГ). Нарушение гидрологического режима поверхностных вод приводит к формированию подтопленных зон, образованию термокарста и разрушению водоотводных и водопропускных сооружений. Результаты обследования подтвердили необходимость специальных конструктивно-технологических решений земляного полотна в таликовых зонах.

Причина их появления — аномальные явления, вызывающие нарушение естественного температурного режима ММГ основания строительных сооружений, в частности, при изменении условий поверхностного теплообмена на границе основания с воздухом и при минерализации грунтов.

Для предотвращения деформаций при оттаивании грунта в насыпи устраивают геотекстильные обоймы, в основание укладывается пенополистирол, основная площадка укрепляется георешеткой и скальным материалом. Термосифоны устанавливают в пробуренные скважины вдоль трассы вертикально, отклонение допускается на величину не более диаметра.

Такие варианты технологий нуждаются в совершенно новых строительных материалах и конструкциях, обладающих многократно большей прочностью, долговечностью, износоустойчивостью, кислотоустойчивостью и другими функциональными параметрами при высокой стоимости нержавеющих стальных конструкций. Поэтому автор предлагает замену традиционных недолговечных бетонных конструкций и асфальтобетонных покрытий, привозимых издалека, совершенно новым материалом — петроситаллом класса сикам, полностью отвечающим особым условиям Арктики с возможностью его производства из местного сырья.