Прокладка труб в вечной мерзлоте

Проблемы

Вечномерзлые, или многолетнемерзлые, грунты широко распространены в северных регионах Российской Федерации. Считается, что вечная мерзлота — это наследие последнего ледникового периода, и она постепенно (в геологическом смысле) тает. Прочностные свойства грунтов связаны с долей льда в них и температурой: чем она ниже, тем их прочностные свойства выше. Содержание льда в них может колебаться в весьма значительных пределах: они могут быть как достаточно сухими, так и весьма льдистыми, вплоть до состояния грязного льда.

Распространение многолетней мерзлоты может быть сплошным, на глубину сотен метров от поверхности, или же прерывистым — в виде отдельных линз. Мерзлота весьма чувствительна к изменениям температурного режима: нарушение слабого поверхностного растительного слоя, например, гусеницами вездеходов или бульдозеров приводит к стремительному таянию мерзлоты, разрушению ее структуры и образованию огромных полей протаивания. Грунты, в мерзлом состоянии служившие надежным основанием, за несколько летних сезонов превращаются в болотную жижу, в которой возможно всплытие трубопроводов, их поперечное смещение и деформация.

Таким образом, при прокладке трубопроводов инженеры сталкиваются с двоякой задачей: им нужно проложить трубопроводы в среде, которая в ненарушенном состоянии обладает высокими прочностными и несущими свойствами, но в случае изменения теплового режима может быстро превратиться в болото. При этом сами трубопроводы могут быть источниками тепла, разрушающего структуру грунтов основания.

Решения

На этапе проектирования необходимо определиться: где на трассе трубопровода будут сохраняться естественные условия залегания мерзлых грунтов, а где допустимо нарушение их залегания. Все решения возможны лишь при тщательном и всестороннем анализе технических возможностей по прокладке трубопровода по выбранной трассе и при всестороннем экономическом сравнении предложенных вариантов.

В частности возможно строительство трубопровода над поверхностью земли, на специальных опорах, укладка его на поверхность земли с созданием специальной грунтовой подушки и траншейным способом. Один трубопровод может иметь самые разные участки прокладки.

Трубопровод на опорах будет испытывать значительные перепады температур, в связи с чем повышаются требования к качеству стали самого трубопровода и его опор. В ряде случаев может потребоваться применение опор особого типа, запасающих холод в зимний период, чтобы сохранить мерзлоту летом, так называемые сезонные охлаждающие устройства — СОУ. Яркий пример нефтепровода на сваях — «Заполярье-Пурпе».

При строительстве насыпей, на которые укладываются трубопроводы, надо использовать так называемый сыпучемерзлый грунт, то есть грунт с низким содержанием частиц льда. Необходимо применять специальные теплоизоляционные материалы и использовать трубы с термоизоляцией заводского производства. При траншейной укладке следует производить отсыпку сыпучемерзлого грунта на дно траншеи и укладывать теплоизоляционные экраны.

Чтобы исключить вероятность всплытия трубопроводов, следует производить их балластировку или укрепление анкерами, в том числе вмораживаемыми на глубину, гарантирующую отсутствие оттаивания. Во всех случаях желательно использовать СОУ, чтобы предотвратить оттаивание мерзлых грунтов, особенно в зоне установки опорных элементов или анкеров.