Термометрический Мониторинг Систем Температурной Стабилизации Грунтов

 

 

 

 

Значительная часть систем ГЕТ установлена на различных объектах Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) и Ванкорского нефтегазового месторождения, расположенного в Красноярском крае. Подобная ситуация сложилась также с системами ВЕТ, но для них вместе с ЯНАО лидером является Республика Саха – Якутия (плотины в районе г.Мирный). Большинство устройств ТК и СОУ располагается на объектах ЯНАО, но с учетом установленных на нефтепроводе Ванкор-Пурпе 60 тысяч устройств этого класса, еще больше их находится на территории Красноярского края.

Установка систем ТСГ на объектах происходит в соответствие с проектами температурной стабилизации грунтов, разрабатываемыми и реализовываемыми ООО НПО «Фундаментстройаркос» на основе результатов специальных инженерных (инженерно-геологических, инженерно-геокриологических, инженерно- гидрологических и гидрогеологических) изысканий с учетом конструктивных и технологических особенностей проектируемых сооружений, их теплового и механического взаимодействия с ММГ оснований и возможных изменений геокриологических условий, в том числе в связи с прогнозируемым глобальным потеплением климата. При этом учитываются местные условия строительства, требования к охране окружающей среды, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений в аналогичных условиях.

Контроль за эксплуатационной надежностью и долговечностью зданий и сооружений с установленными в их основаниях системами ТСГ, работоспособностью и эффективностью работы последних, состоянием температурного поля грунтов оснований в значительной мере обеспечивает геотехни­ческий мониторинг (ГТМ) – система комплексного контроля, прогнозирования и управления состоянием ГТС с целью обеспечения их надежности на всех стадиях жизненного цикла.

В ООО НПО «Фундаментстройаркос» ГТМ включает в себя (Волкова 2011):

• Выезд специалистов ООО НПО «Фундаментстройаркос» на объект ГТМ;
• Осмотр прилегающей территории на предмет отсутствия подтопления, подмыва и осадок грунтов, деформаций оснований и фундаментов;
• Осмотр состояния отмостки, колонн, ростверков на отсутствие деформаций;
• Осмотр сетей тепло-водоснабжения, канализации на отсутствие утечек;
• Внешний осмотр надземной части систем ТСГ на наличие механических повреждений и целостность лакокрасочного покрытия, фотодокументирование;
• Проверка надземной части систем ТСГ на наличие утечек в сварных соединениях и вентилях;
• Измерения давления хладагента в системах при помощи манометра;
• Измерения уровня хладагента в системах тепловым способом по границе нагрева коллектора блоков конденсаторных (в зимнее время при температуре ниже 15 °С);
• Определение частоты циркуляции хладагента в системах ТСГ;
• Измерения температуры надземной части систем ТСГ. При работающих системах температура надземной части должна быть на 5...15 °C выше, чем температура наружного воздуха;
• Проверку работоспособности систем ТСГ;
• Измерения температуры воздуха в помещениях и снаружи объекта;
• Измерения скорости ветра - для оценки процессов теплообмена между  устройствами и окружающим воздухом;
• Измерения температуры грунтов в ТТ. Составление карты замеров температур;
• Обработку полученных данных;
• Анализ работы систем ТСГ. Формулировка выводов, рекомендаций;
• Составление технического отчета.

При обнаружении несоответствия характеристик работоспособности систем ТСГ параметрам, указанным в проектно-сметной документации, проводятся следующие дополнительные мероприятия:

• Определение неисправности;
• Контроль за проведением спецмонтажных работ, дозаправкой хладагентом;
• Повторное проведение инструментального замера утечек хладагента и измерение давления в системе ТСГ, принятие решения о работоспособности системы ТСГ с составлением акта скрытых работ;
• Контроль за запуском систем ТСГ в эксплуатацию.

Значительное место в программе ГТМ систем ТСГ занимает обязательное проведение регулярных измерений температуры грунтов как в процессе строительства, так и в период эксплуатации сооружения, как и предусмотрено СНиП 2.02.04-88 (1988) для всех проектов оснований и фундаментов зданий и инженерных сооружений, возводимых на ММГ. Количество, глубина и размещение необходимых для проведения мониторинга температур грунтов в ТТ, то есть термометрического мониторинга, его программа определяются разрабатываемыми ООО НПО «Фундаментстройаркос» проектами систем ТСГ, учитывающими назначение, степень ответственности и линейные размеры строящихся зданий и сооружений. Для этих целей также в полной мере используются результаты анализа инженерно-геологических изысканий, генплана застройки территории и особенностей теплового взаимодействия зданий, сооружений, трубопроводов и грунтов их оснований.

Согласно ГОСТ 25358-82 (1982), измерения температуры грунтов должны выполняться в заранее подготовленных и выстоянных скважинах переносными или стационарными термоизмерительными комплектами, представляющими собой гирлянды электрических датчиков температуры с соответствующей измерительной аппаратурой или гирлянды «заленивленных» ртутных термометров. Температуру мерзлых, промерзающих и протаивающих грунтов следует выражать в градусах Цельсия с округлением до 0,1°С. В ООО НПО «Фундаментстройаркос» измерения температуры грунтов в сети ТТ, пробуренных на территории объекта, как правило, производят с помощью комплекса, состоящего из многозонного цифрового датчика температуры МЦДТ 0922 и многоканального портативного контроллера цифровых датчиков ПКЦД-1/16.

Среди особенностей проектирования ТТ, их оптимального размещения по площадке и проведения в них мониторинговых исследований следует отметить следующие:

• При строительстве и эксплуатации зданий и сооружений с установленными системами ТСГ в качестве объектов термометрического мониторинга в тесном взаимодействии выступают грунты оснований, фундаменты и сами указанные системы, что вызывает необходимость измерений температур грунтов максимально близко к фундаментам, не выходя за пределы зоны действия этих систем. Исключение составляют скважины, предназначенные для определения фоновых значений температур грунтов;
• Для оптимального размещения ТТ по проектируемой площадке требуется соблюдать два основных условия: во-первых, расставлять их достаточно равномерно по площади с расстоянием между двумя соседними скважинами, не превышающими, согласно СТО Газпром 2-2.1-435-2010 (2010), 15-20м; во-вторых, ставить дополнительные скважины в критических местах (например, водоотводные лотки, места ввода или выпуска санитарно-технических коммуникаций, дополнительного источника тепла и т.д.);
• При проектировании одновременно на нескольких смежных площадках необходимо использовать возможность более рационального и эффективного размещения ТТ с учетом всей проектируемой площади.

Термометрические исследования на объектах с установленными системами ТСГ в ООО НПО «Фундаментстройаркос» имеют достаточно богатую историю (см. таблица 1).

Около четверти всех рассматриваемых ТТ установлены на объектах с системами ТСГ, находящимися на территории Уренгойского месторождения с примыкающими к нему территориями г.Новый Уренгой, ст.Фарафонтьевская, Восточно-Уренгойского и Северо-Есетинского месторождений, трасс газопроводов. Среди таких объектов отмечаются УКПГ, ДКС, другие инженерные сооружения и различные здания промышленно-бытового назначения. На указанной территории самыми первыми объектами, на которых в октябре 1989г. начались регулярные термометрические наблюдения силами ООО НПО «Фундаментстройаркос», стали ЦПС-2 и ДКС-2 в районе г.Новый Уренгой.

В ноябре 1997 г., начались термометрические исследования на территории Харасавэйского месторождения. Они были проведены на ряде объектов - промежуточном складе ГСМ, производственном корпусе АО "Ямалавтосервис", теплой стоянке строительной техники треста ЯСГД.

Начало термометрических наблюдений на территории Заполярного месторождения приурочено к апрелю-маю 1998г. Их объектами стали теплые стоянки, агрегаты и ЗРУ ПАЭС-2500, котельная «Вайсман».

На 11 объектах с системами ТСГ, находящихся на территории Юбилейного месторождения, проводится термометрический мониторинг грунтов. Началось все с пожарного депо в ноябре 2000 г. 

На Ямбургском месторождении первым объектом с системами ТСГ, на котором проводились термометрические измерения (март 2002 г.), стало здание РЭУ в пос.Ямбург.

В сентябре 2002 г. начались наблюдения за температурой грунтов в основании объекта с системами ТСГ на территории Медвежьего месторождения. Это было здание столовой ВЖК на ГП-7.

Несколько позднее, в июне 2003 г. проведены первые термометрические наблюдения на территории Самбургского месторождения и пос. Самбург в грунтах под технологическим корпусом подготовки газа и конденсата, резервуарным парком метанола, служебно-эксплуатационным блоком с узлом связи.

На территории Бованенковского месторождения находится больше всего объектов с установленными системами ТСГ (136 объектов). Для проведения термометрических наблюдений построены 343 ТТ. Первые такие наблюдения начались в июле 2004 г. в грунтах под зданиями теплой стоянки и пождепо промбазы ГП-1.

Характерной особенностью для объектов на территории Южно-Русского месторождения стало отсутствие систем ГЕТ и ВЕТ, что компенсировалось установкой значительного числа ТК (около семи тысяч устройств). История термометрических измерений началась там в мае 2006г. на объектах УКПГ.

Еще раньше, чем на месторождениях углеводородного сырья, начались термометрические исследования на объектах с системами ТСГ производства ООО НПО»Фундаментстройаркос», расположенных непосредственно в населенных пунктах.

Первым из них стоит г. Надым, имеющий длинный ряд термометрических измерений (с января 1995 г.) для находящегося в нем жилого дома №10, в основании которого установлено более 500 ТК и 18 контролирующих их ТТ.

На следующий год в мае-июне 1996 г. были проведены в г. Лабытнанги первые термометрические наблюдения на объектах с системами ТСГ - зданиях ГОВД и 84-квартирного дома по ул. Дзержинского.

В г. Салехарде почти в это же время начались измерения температур грунтов оснований зданий Салехардского РКЗ и аэровокзала, обладающих длинными рядами термометрических измерений, начавшихся, соответственно, в июне 1996 г. и октябре 1999 г.

За пределами ЯНАО имеется яркий пример широкомасштабного использования систем ТСГ для замораживания грунтов оснований – Ванкорское месторождение на севере Красноярского края. Там всего установлено на 58 объектах около 300 систем ГЕТ и свыше 63 тысяч ТК, включая магистральный нефтепровод Ванкор – Пурпе. Для контроля их работы проводится регулярный мониторинг температур грунтов оснований в 362 ТТ. Эти наблюдения начались в апреле 2006 г. с резервуаров объемом 5000 м³ для хранения дизельного топлива на площадке УПСВ-Ю и хранения воды для пожаротушения на площадке ЦПС.

Значительно раньше, в ноябре 2002г. первые за пределами территории ЯНАО измерения температур грунтов оснований объектов с системами ТСГ были проведены на золото-серебряном месторождении «Хаканджинское» (здание золотоизвлекательной фабрики), раположенном на севере Хабаровского края. Представления о географии работ по установке систем ТСГ дополняют еще три отдаленных территории.

В районе г. Мирный (Восточная Якутия) получен уникальный опыт успешного замораживания и стабилизации грунтов тела плотин на р.Лиендокит и гидроузла на р.Ирелях с помощью систем ТСГ производства ООО НПО «Фундаментстройаркос». В этом районе системы ТСГ также установлены на других объектах: основаниях зданий и сооружений промышленно-бытового назначения Мирнинского ГОКа, КНС промстоков, , установке биологической очистки бытовых сточных вод. Начался термометрический мониторинг в январе 2004 г. с хвостохранилища первой очереди Мирнинского ГОКа.

Разнообразные и достаточно масштабные работы по установке и использованию систем ТСГ проведены в Ненецком автономном округе, в районе пос.Варандей. Эти системы использованы для замораживания и стабилизациии грунтов оснований зданий и инженерных сооружений Варандейского нефтяного отгрузочного терминала, базы МТС «Дресвянка», Южно-Хыльчуюского нефтегазового месторождения. Термометрические наблюдения на данной территории начались в марте и мае 2006 г., соответственно, на объектах «Маслосклад» и «Гараж закрытый».

В 2006 г. наблюдения за температурами грунтов осуществлены на объектах с системами ТСГ, относящихся к магистральному газопроводу «УКПГ Западно-Озерного месторождения – АГРС г. Анадырь» (Чукотский автономный округ).

Термометрические исследования грунтов под резервуарным парком пускового комплекса №1 Верхнечонского нефтегазового месторождения, находящимся на трубопроводной трассе «Восточная Сибирь – Тихий океан» в северной части Иркутской области, проведены в декабре 2008 г.

Таким образом, вслед за маштабным вторжением в районы распространения криолитозоны технологий замораживания и стабилизации температурного режима грунтов оснований зданий и сооружений с помощью систем ТСГ производства ООО НПО «Фундаментстройаркос» там развернулись активные термометрические исследования, входящие в состав программы геотехнического мониторинга. В результате получены уникальные данные по температурам грунтов оснований зданий и сооружений из более чем трех тысяч термометрических скважин с длиной рядов наблюдений до 10-15 лет. Кроме практической пользы для достоверной и своевременной оценки состояния температурного поля грунтов, эффективности работы систем и устройств ТСГ по промораживанию грунтов, теплоизоляции зданий и сооружений, поиска и нейтрализации на объектах техногенных источников повышенного тепловыделения, от полученных данных несомненен большой научный вклад в изучение процессов и динамики теплообмена грунтов и построенных на них техногенных объектов. Особенно это актуально в свете возрастающей популярности современных научных гипотез о глобальном потеплении климата.

 

Литература

Волкова Е.В. 2011. Анализ геокриологического мониторинга систем температурной стабилизации грунтов оснований в районах Крайнего Севера: Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «Стратегия инновационного развития, строительства и освоения районов Крайнего Севера», 19-20 апреля 2011. – Тюмень, с. 12-32 (на русском языке)

ГОСТ 25358-82. 1982. Грунты. Метод полевого определения температуры (на русском языке)

Долгих Г.М. et al. 2002. Практический опыт строительства оснований зданий и сооружений в условиях ВМГ. – Тюмень, ООО НПО «Фундаментстройаркос» (на русском языке)

Ершов Э.Д. 2002. Общая геокриология. – М., Изд-во МГУ, 685 с. (на русском языке)

СНиП 2.02.04-88. 1988. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. – М., ГУП ЦПП, 52 с. (на русском языке)

СТО Газпром 2-2.1-435-2010. 2010. Проектирование оснований, фундаментов, инженерной защиты и мониторинга объектов ОАО «Газпром» в условиях Крайнего Севера (на русском языке)

Экологический энциклопедический словарь. 2000. – М., Издательский дом «Ноосфера», 930 с. (на русском языке)