Вплив фізико-механічних властивостей покривного комплексу Карпат на експлуатаційні властивості магістральних трубопроводів

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

|

УДК (574+502.7) : 55

ІФНТУНГ

ВПЛИВ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОКРИВНОГО КОМПЛЕКСУ КАРПАТ НА ЕКСПЛУАТАЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ

О.Р.Стельмах

Магістральні трубопроводи, що проходять територією України, є однією з важливих складових господарської діяльності. Транзит нафти і газу приносить державі значні прибутки, дає змогу забезпечити власні потреби. Зростання інтересу до трубопровідного транспорту з кожним роком посилюється. Крім функціонуючої мережі, проектуються та впроваджуються все нові проекти. З кожним проектом Україна все більше формується як одна з провідних держав нафто- газотранспортної галузі.

Порівняно з іншими видами трубопровідний транспорт має ряд суттєвих переваг. Він дешевий, відносно простий в технічному обслуговуванні, не потребує значних затрат на підтримку функціонування, практично не наносить шкоди довкіллю. Але це на перший погляд. З іншого боку, експлуатація магістральних трубопроводів високого тиску завжди пов'язана з підвищеним ризиком. Аварія на такому об'єкті завжди спричиняє значні матеріальні втрати, екологічні та соціальні збитки. В грошовому виразі вони визначаються втратами за рахунок пошкодження об'єкта і припинення його функціонування, втратами сировини, виплатою відшкодувань за спричинену шкоду, виплатою штрафів за недопоставку сировини, затратами на відновлення дієздатності об'єкта та вартістю ліквідації наслідків. В соціально-економічному плані вони прирівнюються до не менш значних втрат, які іноді не можна виразити в грошовій формі. Це соціально-психологічна напруженість серед населення, вимушена міграція в більш безпечні райони, втрата біоти, повне знищення природно-ресурсного потенціалу в зоні аварії, додаткове використання земельного фонду для обходу місця аварії та забезпечення подальшої експлуатації об'єкта.

Цього достатньо, щоб зрозуміти, яке велике значення має проблема забезпечення надійної безаварійної експлуатації магістральних трубопроводів. Серед різних методів і наукових підходів не останнє місце займає детальне вивчення стану геологічного середовища, розвитку екзогенних і ендогенних процесів та прогноз деструктивних змін геологічного субстрату. На жаль, за останні роки роботи такого плану практично зупинились через відсутність фінансування. Тому вже зараз на багатьох ділянках магістральних нафто- газопроводів, які перетинають територію України, виникли і продовжують активно розвиватись неконтрольовані процеси руйнування верхньої частини літосфери. А якщо врахувати, що трубопроводи закладені на глибину в середньому до 3,0-3,5 м, то очевидно, що ці процеси несуть реальну загрозу і обов'язково стануть причиною аварій з усіма страшними наслідками.

Особливо нагальної уваги потребує вивчення реального стану геологічного середовища в активних геологічних районах, що розвиваються. В таких районах прояв екзогенних руйнівних процесів особливо швидкий і нищівний. До таких районів належить гірська частина Карпат, через яку проходить кілька ниток магістральних трубопроводів. Прикладом катастроф можуть слугувати відомі в минулому аварії на газопроводі “Союз” (що завдали збитків понад 25 млн. доларів тільки в грошовому виразі); зруйновані села Закарпаття з людськими жертвами; пошкодження приміської зони м. Чернівці та інші. Першопричиною всіх цих явищ стали зсувні процеси покривного комплексу Карпат, що виникають в результаті розвитку екзогенних процесів. З іншого боку, активізацію їх викликало саме техногенне порушення під час втілення проектів. Ігнорування нормальних законів розвитку геологічного середовища, недотримання вимог до правильності виконання будівельних робіт, незнання особливостей геологічної будови - ось ті основні фактори, внаслідок яких виникають аварії та катастрофи.

Тому важливого значення все більше набуває передпроектне вивчення геологічної будови, спостереження за можливими змінами в процесі будівництва та періодичний контроль під час експлуатації за виникненням і розвитком екзогенних геологічних процесів. Згідно з сучасним законодавством, кожний новий проект будівництва чи реконструкції господарських об'єктів повинен проходити екологічну оцінку впливу на навколишнє середовище (ОВНС). Важливою складовою цієї комплексної роботи є вияснення реального стану геологічного середовища, що несе на собі основне навантаження при будь-якому виді діяльності, та прогноз можливих змін на майбутнє. На основі такого підходу вже на стадії проектування можна вибрати найраціональніший спосіб впровадження проекту з найменшою побічною шкодою для навколишнього середовища і геологічного субстрату. Крім цього, це дає можливість запроектувати комплекс інженерно-технічних заходів щодо запобігання виникнення і розвитку деструктивних негативних процесів в геологічному середовищі. Але, як показує практика, цього часто недостатньо. Адже розвиток деструктивних геологічних явищ і процесів активізується чи виникає саме після завершення впровадження проекту. Тому рекомендується обов'язкова постановка регулярних моніторингових спостережень протягом всього терміну експлуатації об'єктів з метою своєчасного виявлення ускладнень і прийняття запобіжних заходів. Такий підхід дає змогу зекономити значні кошти. Адже необхідні для стабілізації ситуації затрати на стадії виникнення ускладнень значно менші, ніж у випадку критичного стану чи виникнення аварії. порода покривний трубопроводів деструктивний

Все зазначене вище обґрунтовує методику та комплекс необхідних запобіжних та природозберігаючих заходів для уникнення критичних ситуацій. Але крім цього існує і інший важливий аспект, без якого неможливе вирішення поставлених завдань. Зокрема, максимально детальне вивчення будови геологічного покривного комплексу території проходження трас магістральних трубопроводів. Найкращі умови для цього існують на передпроектній стадії та в процесі будівництва. Багаторічні спостереження показали, що детальне вивчення стану та властивостей геологічного середовища особливо важливе в складних гірських умовах Карпат. Тут існують досить серйозні природні передумови для активного розвитку небажаних екзогенних процесів. Це - інтенсивне підняття Карпатської складчатої системи загалом зі швидкістю від 1 мм до 10 мм на рік; сильна диференціація і нерівномірна інтенсивність вертикальних рухів піднять; пониження базису ерозії рік і гірських потічків; вирубка лісів та оголення схилів; значна крутизна схилів; сильна обводненість покривних відкладів; специфічний літолого-петрографічний склад порід субстрату і покриву.

Крім цього, важливу роль відіграє генезис порід покривного комплексу. Умови утворення зумовлюють різні типи порід з різними фізико-механічними , а значить, несучими властивостями. Основні генетичні типи порід високогір'я Карпат - елювіально-делювіальний комплекс, льодовикові відклади, колювіальні, пролювіальні і алювіальні відклади. Найбільш поширеним типом є перший. Породи цього типу складені суглинисто-супіщаною масою буровато-жовтого кольору від тугопластичної до м'якопластичної консистенції, часто водонасичені, зі значним вмістом уламків корінних порід (пісковику, аргіліту, алевроліту). Породи такого типу покривають практично всі схили високогір'я Карпат та їх водорозділи. Потужність їх становить від 0,1-0,2 см до 1,5-2,5 м в середньому на верхів'ях і в межах схилів та до 15,0 м біля підніжжя. Спостерігається закономірне збільшення потужності вниз по схилу до підніжжя. Поверхня майже повсемісно порушена давніми та молодими зсувами різної інтенсивності. Вниз по схилу до підніжжя спостерігається зростання кількості зсувних тіл та їх об'єм. Відносно низькі показники фізико-механічних властивостей елювіально-делювіальних порід сприяють активному зародженню ярів (в результаті природних і антропогенних факторів). Яри сильно прогресують , розвиваються , дестабілізують схил і викликають ще інтенсивніший розвиток зсувних процесів.

Більшість порід описаного елювіально-делювіального комплексу мають середні показники фізико-механічних властивостей , відображені в таблиці 1. Варто зазначити, що значення цих показників дуже залежать від умов залягання порід. Круті схили, високий рівень ґрунтових вод, водопрояви на поверхні, нахил пластів корінних порід в бік поверхні схилу значно погіршують ці показники. Все це суттєво впливає на умови спорудження та можливість довготривалої експлуатації магістральних трубопроводів.

Другим за поширенням генетичним типом покривних порід високогір'я Карпат є морени та флювіогляціальні відклади. Для умов будівництва магістральних трубопроводів та інших об'єктів вони є ще більш несприятливими, ніж інші різновидності. Ці відклади являють собою залишки діяльності високогірних льодовиків в недалекому геологічному минулому. Льодовикові відклади ще більш нестійкі і ще легше піддаються ерозії, ніж попередній тип. Проблема в тому, що проектні організації часто навіть не виділяють цей тип покривів, не відрізняючи його від попередніх елювіально-делювіальних відкладів. Наслідком цього стають “несподівані” ускладнення на окремих ділянках під час будівництва та експлуатації трубопроводів. Підвищена вага схилу за рахунок маси наповненої труби, вібрації під час роботи, зміна температурного режиму, зміна динаміки підземного стоку, порушення поверхні в результаті будівельних робіт легко активізують схили, складені такими породами, та порушують нестійку рівновагу, що склалась віками. Такі ділянки потребують особливої уваги та контролю з метою своєчасної розробки та впровадження стабілізуючих і протидіючих заходів. Найкращим вирішенням можна вважати тільки своєчасне виявлення таких ділянок (навіть в процесі будівництва) і обхід їх трасою трубопроводу. У випадку прокладання траси через такі ділянки їх можна вважати найслабшою ланкою, що потребує постійної уваги і додаткових капіталовкладень для контролю за ситуацією. Зумовлено це в першу чергу характерними фізико-механічними властивостями моренних і флювіогляціальних відкладів. Найчастіше ці породи складені суглинком та супіском буровато-жовтого і голубовато-сірого кольору туго- і м'якопластичним із значним домішком уламків корінних порід карпатського флішу (пісковик, аргіліт, алевроліт) різної величини і форми, необроблених, невідсортованих, хаотично розміщених в товщі покривного комплексу. Вниз по схилу потужність відкладів сильно зростає, але внутрішня будова зберігається. У верхів'ях потужність відкладів становить 0,5-1,0 м, а біля підніжжя високогірних схилів становить понад 10,0 м.

Середні значення фізико-механічних властивостей льодовикових відкладів наведені в таблиці 2.

Характерним для таких ділянок є також наявність льодовикового трогу (льодовикової долини), по якому відбувалось сповзання мас льоду та відкладався вихідний матеріал. Льодовиковий трог служить додатковим фактором небезпеки, збираючи і спрямовуючи поверхневий стік (особливо у весняно-осінній період), який активно розмиває податливі породи та порушує природну рівновагу схилу.

Порівняння основних показників фізико-механічних властивостей порід елювіально-делювіального та моренно-флювіогляціального комплексів виявило, що такі параметри, як природна вологість, вологість на межі текучості, вологість на межі розкочування є кращими у першого типу. Кращі також показники пластичності та текучості. Коефіцієнт пористості та ступінь вологості іноді майже співставимі. Для елювіально-делювіального комплексу характерні кращі показники опору одновісному стискуванню як в сухому, так і у зволоженому стані. В той же час гранулометричний склад другого типу значно виграє за рахунок більшої кількості уламків величиною 10-200 мм і більше 200 мм.

Загалом за основними параметрами елювіально-делювіальні відклади є більш сприятливим типом для спорудження магістральних трубопроводів. Льодовикові ж відклади необхідно виявляти та, при можливості, не використовувати для прокладки трубопроводів.

Інші, зазначені вище генетичні типи порід (колювіальні, пролювіальні і алювіальні), значно менше поширені у високогір'ї, мають свої специфічні властивості і добре класифікуються на стадії проектування. Специфіка та можливості використання їх як основи для спорудження магістральних трубопроводів є окремим предметом досліджень. Зумовлено це особливим літолого-петрографічним складом цих порід, умовами залягання та фізико-агрегатним станом. Висвітлення цих питань стане можливим в міру продовження досліджень.

Отже, високогір'я Карпат - це дуже складна геолого-геоморфологічна система із специфічною будовою, умовами розвитку та закономірностями протікання природних процесів. Детальне її вивчення для цілей будівництва магістральних трубопроводів великого діаметра та забезпечення їх гарантованої експлуатації є дуже важливим завданням сьогодення. Тільки на науковій основі при правильному поєднанні з виконанням проектних і будівельних робіт можна забезпечити надійну довготривалу експлуатацію та запобігти екологічним катастрофам і значним матеріальним збиткам.

Ці фактори набувають ще більшої ваги, якщо врахувати, що магістральні трубопроводи мають значну протяжність і перетинають на своєму шляху різні структурно-тектонічні та геоморфологічні зони. Тому ступінь сприятливості умов для розміщення трубопроводів - поняття дуже відносне, адже майже поруч можуть знаходитись як дійсно стабільні і сприятливі для будівництва ділянки, так і геологічно активні, потенційно небезпечні. Вияснити реальну ситуацію можна тільки на основі найсучасніших наукових підходів за участю висококваліфікованих фахівців.

Література

1. Геология СССР. Карпаты. Геологическое описание.- М.: Недра, 1966.- 540 с.

2. Волков М.Г., Купраш Р.П., Палієнко В.П. та ін. Морфоструктура нафтогазоносних областей УРСР.- К.: Наукова думка, 1974. - 258 с.

3. Круглов С.С., Цыпко А.К., Арсирий Ю.А. и др. Тектоника Украины.- М.: Недра, 1968. - 254 с.

4. Рослый И.М., Кошик Ю.А., Палиенко Э.Т. и др. Геоморфология Украинской ССР.- К.: Выща школа, 1990. - 287 с.

5. Шеко А.И., Гречищева С.Е. Методика изучения и прогноза экзогенных геологических процессов. - М.: Недра, 1988.- 216 с.

6. Демедюк Н.С., Стельмах О.Р. Атлас Івано-Франківської області. Карта «Четвертинні відклади».- М.: ГУГК, 1990.- С.7.

Анотація

Охарактеризованы специфические свойства пород покровного комплекса Карпат. Приведены физико-механические свойства двух наиболее распространенных генетических типов. Сделано их сопоставление и обоснованы рекомендации относительно возможностей использования как основы для закладки магистральных трубопроводов. Охарактеризовано влияние строительства и эксплуатации трубопроводов на геоэкологическое состояние окружающей среды. Мотивирована целесообразность научных исследований на стадии проектирования. Установлена необходимость постановки мониторинга во время эксплуатации с целью предотвращения развития деструктивных процессов.

Ключевые слова: магистральные трубопроводы, экзогенные процессы, литолого-петрографический состав, физико-механические свойства, элювиально-делювиальный комплекс, ледниковые отложения, высокогорье Карпат.

Specific properties of Carpathian cover rock's complex have been characterized. Physical - mechanical properties of two main made their comparison and grounded recommendation about possibilities of use as a construction base of main pipelines main genetic types have been described. Influence of pipelines construction and exploitation on geo-ecological condition of environment have been characterized. Motivation and expedient of scientific works on the projects stage have been shown. Necessity of monitoring on exploitation in order to protection of destructive process development have been settled.

Key words: exogenic processes, lithological-petrological composition, physical-mechanical properties, eluvial-diluvial complex, ice deposits, Carpathian highland.

Размещено на Allbest.ru