Межпромысловый гозопровод

После начала эксплуатации летом 1970 г, вокруг трубы формируется, ореол оттаивания, мощность которого под трубой достигла к  концу лета 1,25 м. Увеличение ореола оттаивания на 1,1 м по сравнению с 1969 г. за счет верхней части многолетнемерзлой толщи привело к осадке трубы на 11,4 см (таблица 2.2.2.4).

Таблица 2.2.2.4 – Вертикальные перемещения трубы газопровода  и грунта слоя сезонного оттаивания

Примечание. ^х – мощность сезонноталого слоя грунта

Промерзание талого грунта в 1970 г. началось с начала октября  и происходило одновременно от поверхности  почвы и от трубы. Смыкание фронтов  промерзания над трубой произошло  к середине ноября. Под трубой в этом время продолжалось промерзание грунта. Мощность талого прослоя еще составляла около 0,5 м. Полное промерзание грунта под трубой произошло к концу ноября. Величина поднятия трубы составляла 9,5 см.                                                                                 

В летний сезон 1971 г. осадка трубы была равна 6,0 см, т.е. в два  раза меньше, чем летом предыдущего  года. Объясняется это тем, что  в 1971 г. размер ореола оттаивания в результате сильного охлаждающего влияния трубопровода в зимнее время сократился до 0,95 м, т.е. на 0,3 м, по сравнению с 1970 г. Осадка трубы летом 1971 г. происходила только за счет уменьшения объема распученного грунта в слое сезонного оттаивания. Наиболее льдистые, дающие большую осадку, многолетнемерзлые грунты в этот год не оттаивали.

Как показывают данные, в 1971 г. величина осадки трубы была существенно  меньше, чем поднятие ее при пучении  грунта зимой в 1970-1971 гг. В результате труба стала ближе к дневной поверхности на 3 см по сравнению с первоначальным положением. Промерзание талого грунта вокруг трубы зимой 1971-1972 гг. привело к поднятию газопровода на 11 см, считая от положения его к началу промерзания. При этом газопровод оказался выше, чем в предыдущую зиму, на 5 см. Однако при последующем оттаивании летом 1972 г. труба опустилась на 11 см и заняла положение, зафиксированное летом 1971 г. Таким образом, к 1972 г. на площадке Кырья ВП произошла некоторая стабилизация перемещений газопровода (см. табл.4).

На площадке Лапхай 1 перемещения  трубопровода по своему характеру и  абсолютным величинам в течение 1969-1972 гг. были такими же, как на площадке Кырья ВП. На наблюдательных площадках в теплый период, когда трубопровод окружен сезонноталым грунтом, отмечены незначительные перемещения его вверх или вниз за счет резких кратковременных колебаний температуры газа и изменения его давления. Эти смещения зависят также от кривизны участка трубы, характеристик прилегающих участков трубопровода и других обстоятельств. На площадках Лапхай 1 и Кырья ВП величина этих перемещений составляла 1-1,5 см.

Интерес представляют данные, характеризующие пучение и осадку грунта на трассе в стороне от трубопровода  (рисунок 2.2.2.4).

Рисунок 2.2.2.4 – Пучение  и осадка грунта слоя сезонного оттаивания вблизи газопровода на площадке Кырья  ВП:

1 – на глубине 0,03 м; 2 – на глубине 0,3 м; 3 – на  глубине 0,6 м.

Наблюдения показали, что  наибольшая величина перемещения характерна для поверхности грунта - пучение  и осадка составляют 14 см. Эти данные получены на площадке Кырья ВП на расстоянии 1 м от трубы, где глубина оттаивания грунта была равна 1,5-1,6 м. С глубиной величина перемещения закономерно уменьшается. На глубине 0,3 м пучение и осадка составляли 12-13 см, а на глубине 0,6 м они были равны 11,8-10,8 см (таблица 2.2.2.4). Мощность слоя грунта, обуславливающего пучение и осадку на глубине 0,6 м, составляет 1,0-0,9 м, т.е. близка к ореолам оттаивания, отмеченным на площадке Кырья ВП и определившим перемещение трубы. Сопоставление данных показывает, что величина перемещений в том и другом случае практически одинакова. Это позволяет сделать вывод о том, что на данной площадке температурные деформации трубы оказывают незначительное влияние на вертикальные перемещения трубы.

Приведенные данные показывают, что, несмотря на различные свойства грунта и разную глубину заложения трубы, на всех наблюдательных площадках разнонаправленные перемещения трубы являются очень близкими по величине. Эта особенность объясняется тем, что вертикальные перемещения определяются многими факторами: составом, влажностью грунта, их свойствами, мощностью ореола оттаивания, интенсивностью и продолжительностью промерзания и оттаивания грунта, деформацией трубы при изменении температуры газа.

Совместное влияние состава  и влажности грунта, а также  глубины заложения трубы на ее вертикальные перемещения можно  оценить, если их привести к одинаковой мощности ореола оттаивания. Для этого  целесообразно рассмотреть относительные величины пучения и осадки т.е. отношение величины пучения и осадки к мощности активной зоны грунта, которая определяет эти перемещения. Под активной зоной в данном случае понимается мощность ореола оттаивания грунта под трубой, считая от нижней образующей, плюс мощность слоя грунта, равная половине диаметра трубы. Как видно из табл.5, относительное пучение и осадка трубы на площадке ОК за весь период наблюдения были значительно больше относительных перемещений трубы газопровода на площадке Кырья ВП. Из табл.3 видно, что та же закономерность характеризует изменения скорости относительных поднятий при пучении. Следовательно, условия

для вертикальных перемещений  трубы на озерной котловине более  благоприятны, чем на площадке Кырья  ВП. Значительно большие величины относительных вертикальных перемещений  трубы на площадке ОК можно, по-видимому, объяснить ее неглубоким заложением по сравнению с площадкой Кырья ВП и несколько большей влажностью грунта ореола оттаивания.

На основе проведённых  исследований можно сделать следующие  выводы:

1. Результаты наблюдений показывают, что осадка трубопровода начинается с момента образования под ним ореола оттаивания грунта и совпадает с моментом наступления положительных температур наружного воздуха.
2. Период от начала осадки до максимальной ее величины определяется временем и скоростью оттаивания грунта под трубой. В 1970 и 1971 гг. он составлял 3,5-4,0 месяца, а в 1972 г. – 2,5-3,0 месяца.     
3. Выпучивание трубопровода начинается с момента установления отрицательной температуры газа в трубе. Промерзание талого грунта происходит одновременно от поверхности почвы и от трубы. Смыкание фронтов промерзания грунта над трубой происходит, как правило, быстрее, чем под трубой. Процесс выпучивания продолжается до полного промерзания ореола оттаивания и происходит даже после промерзания грунта над трубой.
4. Поднятие трубопровода в результате пучения грунта происходит значительно быстрее (на полтора-два месяца), чем его опускание в связи с осадкой грунтов при оттаивании. После промерзания ореолов оттаивания вокруг трубы перемещения газопровода до наступления положительных температур не наблюдается.
5. В период, когда вокруг трубопровода грунты находятся в талом состоянии, трубопровод испытывает незначительные вертикальные перемещения за счет кратковременных изменений расхода газа, его давления или температуры. На наблюдательных площадках величина этих перемещений не превышала 2 см.
6. Важно отметить, что уже при влажности грунта около 50% и нулевой плавучести трубопровода его перемещение, осадка и выпучивание полностью следовали за осадкой и выпучиванием окружающего грунта.
7. При малой глубине заложения трубопровода происходило его выталкивание из грунта со скоростью около 1 см в год, а при глубине заложения 0,8-1,0 м до верхней образующей выталкивание трубы произошло только на второй год эксплуатации и в дальнейшем не отмечалось. Естественно, что оптимальная глубина заложения в каждом конкретном случае зависит от сочетания физико-механических характеристик грунта, трубопровода и внешних воздействий.
8. С глубиной величина осадки и пучения в данных конкретных условиях уменьшается, поэтому глубина прокладки трубопровода имеет существенное значение, с точки зрения его деформативности и напряженного состояния.

За период эксплуатации газопровода  на участке с неглубоким заложением трубы (площадка ОК) ореол оттаивания грунта практически не изменялся  и составлял 0,45 - 0,50 м. При глубине  заложения трубы 0,80 м (площадка Кырья  ВП) максимальная мощность ореола оттаивания (1,25 м) была отмечена в первое лето с момента пуска газопровода и на протяжении последующих двух лет уменьшилась до 0,75 м.

3. Пучение многолетнемёрзлых грунтов в зоне трубопровода. Результаты натурных измерений

Изучение мерзлотно-грунтовых  условий в местах аварий показывает, что значительная их часть приурочена к зонам контакта новообразования мерзлых пород (бывших таликов), где наблюдается многолетнее пучение. К таким местам относятся переходы газопровода через тыловые части озерных котловин после их осушения, а также прибрежная часть русла реки. Опасность контакта этих участков заключается в том, что деформация грунта при их 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 начальный период их промерзания.

Опасными в аварийном  отношении являются также участки  переходов газопроводов через наледи и узкие водотоки, под руслами  которых развиты талики или участки несливающейся мерзлоты. Здесь из-за отрицательной температуры транспортируемого газа в течение всей зимы происходит промерзание водонасыщенных донных отложений и их интенсивное пучение. Количественная оценка пучения может быть проведена в натурных условиях на пучиномерных полигонах. С этой целью на трассе надземного газопровода было оборудовано несколько пучиномерных площадок, устроенных в типичных участках поймы: низкой и высокой пойме, надпойменной террасе. Площадка 1 относится к надпойменной террасе, площадки 2 – 6 – к высокой пойме, площадка 7 – к низкой пойме.

Геологическое строение района кратко описывается отложениями  двух геолого-генетических типов –  аллювиальными и озерно-болотными. Отложения низкой поймы представлены толщей переслаивающихся песков, супесей и суглинков. Пески мелкозернистые, с поверхности желтовато-серые, ниже – серые, пылеватые. Озерно-болотные образования приурочены к зарастающим термокарстовым котловинам и понижениям в рельефе. В разрезе преобладают тонкие переслаивающиеся супеси и суглинки, разделенные пропластками торфа.