Вопрос актуальности освоения и развития арктических территорий в настоящее время уже вышел за пределы сугубо регионального характера. В современном мире освоение Арктики – максимально перспективное направление развития отраслей экономики и площадка международного взаимодействия, уверен аспирант кафедры Поиска и разведки месторождений полезных ископаемых Ухтинского Государственного Технического Университета (УГТУ) Константин Ушаков.
Однако, на взгляд учёного, одного желания развивать регион и строить добрососедские взаимоотношения недостаточно. Необходимо распространение крупных инфраструктурных проектов, связанных со строительством крупных логистических, промышленных центров, линейных инфраструктурных объектов и объектов долговременного проживания.
А вот строить в Арктике не так-то и просто, вопреки распространённому мнению непосвящённых о том, что единожды «забив лом» в мерзлоту, уже его ничем не выкорчевать. На самом деле ситуация осложнена не только наличием специфических грунтов – многолетнемерзлых грунтов (ММГ), но и стремительно меняющемся климатом .
Константин Ушаков рассказал об особенностях работы в зоне вечной мерзлоты и о собственной методике в области исследования грунтов, разработанной им и проверенной на практике в условиях Арктики. Суть методики в том, что бы консолидировать разрозненные требования инженеров-геологов, технологов, строителей и государства (в основном к срокам и качеству последующего строительства) к исследованиям грунтов и подвести их к единому сценарию последовательности действий. Применение данной отработанной на практике схемы позволяет минимизировать временные затраты специалистов, уверен учёный.
Инженер – геолог в Арктике
Главный специалист, с которого начинается строительство любых сооружений в Арктике – инженер – геолог. Первоочередная его задача – комплексная оценка природных и техногенных условий территории на участках с ММГ, проявлениями термокарста и морозного пучения. Только получив исходные данные, эксперт готов к обоснованию выбора фундаментов сооружений. Для закладки прочного фундамента необходимо собрать материалы изысканий прошлых лет, провести рекогносцировочное обследование участка, анализ геоботанических признаков, геологические обследования, выполнить проходку горных выработок с целью определения геологического разреза с сопровождением отбора проб грунта и осуществить термометрические наблюдения в скважинах.
Сбор материалов прошлых лет на территории распространения ММГ осложнён фактической не освоенностью регионов Севера как в промышленном отношении, так и в вопросе демографии. Тем не менее объём и качество исходных данных, основанных на результате материалов изысканий и обследований прошлых лет, позволяет создать более корректную программу производства работ.
Рекогносцировочное обследование выполняется на всех участках работ. На этом этапе собираются данные о рельефе, геоморфологии, наличии опасных геологических процессов. Все сведения по рекогносцировочному обследованию приводятся в полевых журналах.
Задачами рекогносцировочного обследования – описание рельефа местности (в том числе геоморфологических условий участка), описание и документация имеющихся обнажений, всех видов техногенных нарушений естественных ландшафтов и их влияния на геокриологические условия, выявление сооружений с признаками деформаций из-за оттаивания грунтов оснований, криогенного пучения и растрескивания грунтов, установление причин деформаций, активизации криогенных процессов и их влияния на экологическую ситуацию территории, фиксация и описание водопроявлений, а также описание геоботанических индикаторов. Ими являются растения, произрастающие на местности.
На выявленных участках с подземными льдами, буграми пучения, проявлениями термокарста и других экзогенных геологических процессов (ЭГП) маршруты назначаются с учётом необходимости определения контуров развития ЭГП.
Буровые работы различных типов на участках с ММГ обеспечивают изучение инженерно-геологического разреза в пределах прогнозных ореолов оттаивания мёрзлых грунтов и классифицируются по уровням ответственности II и III категории сложности инженерно-геологических условий.
На участках с наличием ММГ, для предотвращения растепления, бурение скважин проводится так называемыми укороченными рейсами 0,2-0,5 метра, с максимальными оборотами при бурении от 40 до 60 оборотов в минуту. Каждый слой грунта подробно исследуется и описывается в соответствии с ГОСТом.
Отбор образцов нарушенного сложения производится из скважин для определения наименования, состава и состояния, засоленности и физических свойств грунтов из каждой литологической разности, иногда выделяемой в отдельный слой.
Отбор образцов ненарушенного сложения (монолит) производится из каждого выделенного литологического слоя в скважине. Отбираемые пробы получают не менее 10 характеристик состава и состояния и не менее 6 характеристик механических свойств грунтов с учётом использования материалов изысканий прошлых лет.
Огромное значение имеют сроки хранения монолитов грунта. С момента отбора до начала лабораторных испытаний в помещениях или камерах для не мёрзлых скальных грунтов, песков, глинистых грунтов твёрдой и полутвёрдой консистенции не должно пройти более полутора месяцев. Для всех других, включая мёрзлые, этот срок составляет один месяц.
Монолиты мёрзлых грунтов транспортируются упакованными в специальные термосы, морозильные камеры и термоконтейнеры. В летнее время транспортировка с использованием термосов возможна лишь на небольшие расстояния. Для более дальнего пути требуется спецтранспорт, оборудованный морозильной камерой, соответствующей ГОСТу.
В буровых журналах фиксируется глубина появления подземных вод в каждом водоносном слое (горизонте). Глубину установившегося уровня необходимо фиксировать как для каждого водоносного слоя (горизонта) в отдельности, так и для всей водонасыщенной толщи в целом (после извлечения колонны обсадных труб). Для проведения замера уровня грунтовых вод требуется дождаться его восстановления. На это может уйти до двух суток.
В районах сплошного распространения многолетнемёрзлых грунтов должны исследоваться, как правило, грунтовые воды слоя сезонного оттаивания и таликов для оценки этих категорий подземных вод при активизации криогенных процессов (термокарста, пучения), формировании техногенного подтопления, переносе загрязняющих веществ в поверхностные водотоки, агрессивного воздействия на фундаменты и подземные коммуникации.
Пробы воды на агрессивные и коррозионные свойства отбираются в две емкости, одна из которых (с мрамором) для определения агрессивной углекислоты. Отбор, консервация, хранение и транспортирование проб воды для лабораторных исследований также осуществляется в соответствии с ГОСТом. На каждом участке отбирается не менее трёх проб из каждого водоносного горизонта.
Далее проводятся температурные наблюдения в скважинах, тоже отвечающие всем установленным нормам. Для этого используются электронные термокосы типа ИРК-1, ИРС ЭТЦ 0,1/15 и их модификации. Перед началом работы оборудование каждый раз проходит проверку на исправность.
После проходки скважин, вплоть до окончания термометрических наблюдений, обеспечивается защита скважин от поступления в них поверхностных и подземных вод. При обсадке скважин важно не допустить циркуляции воды по затрубному пространству.
После проходки и обустройства скважина в течение трёх суток должна выстояться, чтобы температурный режим грунта восстановился до естественного. Для условий крупнообломочных грунтов – пять суток. Только после этого можно занести результаты термометрических наблюдений в журнал с указанием номера скважин, даты и значений температур по глубинам.
Когда все измерения будут завершены, скважину ликвидируют.
«Представленная технологическая схема консолидирует разрозненные требования инженеров-геологов, технологов, строителей и государства, в целом, к исследованиям грунтов. Применение данной отработанной на практике схемы позволяет минимизировать временные затраты специалистов- изыскателей на формировании плана решения задачи – исследования районов ММГ. При широком освоении Арктических территорий такими глобальными государственными планами как запланировано в указе Президента Российской Федерации № 645 от 26 октября 2020 года «О стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года» времени для построения плана работ изначально персонально для каждого объекта исследования просто не будет. Или эти планы обречены на срыв сроков (СМР) и соответственно отсутствие какого-либо планирования», – подытожил Константин Ушаков.
Константин Ушаков
Ещё статьи: