Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

APPLICATION OF GEOSYNTHETIC MATERIALS (WOWEN GEOTEXTILE) FOR ENVIRONMENTAL SAFETY OF OIL AND GAS FIELD ROADS IN THE SIBERIAN CONDITIONS

Chizhikov I.A. 1 Slepnev P.A. 1
1 National Research University Moscow State University of Civil Engineering
Procedures for road construction in weak soils developed earlier are characterized by significant materials and power consumption, human impact on the environment. Among such methods are complete or partial refill of soft soils with sands, gravel or stones using forest resources as roadbed reinforcing element (plank road). Research task was to develop environmentally friendly oil field roads installation technology, which allows reducing human impact on the environment as well as providing construction maximum strength and operational safety. Undertaken study showed that effective task solution is using geotechnics to reinforce weak soil bearing capacity. Geotechnical materials in earth roadbed construction provide high speed of construction, quality and construction operational reliability, reduction in use of construction materials, reduction in materials and energy consumption, aimed at environmental safety during oil and gas field roads construction. Earlier for environmental safety assessment the author used the method of qualimetry allowing for a points assessment of the environmental safety. The assessment performed has proven the advantages of the foundation reinforcement technology in comparison to the methods of full or partial soil replacement. An important criterion of the foundation reinforcement method is the prognosis of the settlement progress in time which makes it possible to appreciate the reliability and operational suitability of the developed solution. Research was performed at the field motor road section located inside the communication line connecting three Salymsk oil fields of the Western Siberia.
environment.
anthropogenous influences
a material capacity
natural supervision
basis reinforcing
geosynthetics material
oil and gas roads
Embankment deposit
Недавняя авария в Мексиканском заливе с колоссальными экологическими последствиями выявила значительнейшую угрозу человечеству от несоблюдения экологически безопасных технологий при строительстве и эксплуатации нефтегазового комплекса. Современная экономика России, к сожалению, напрямую зависит от добычи нефти и газа.  С каждым годом разрабатываются все новые и новые месторождения на отдаленных малодоступных территориях Западной и Восточной Сибири.  И проблема обеспечения экологической безопасности при возведении новых объектов инфраструктуры становится первоочередной задачей современного общества. Это означает, что в результате строительства не должно ухудшиться состояние земель, уменьшиться видовое разнообразие флоры и фауны,  ухудшиться состояние подземных вод и других элементов биосферы.  Наибольшую остроту эти вопросы приобретают при строительстве вдоль трассовых дорог, проходящих по болотам Сибири, площадь которых занимает второе место после площади лесов. В связи с этим повышение экологической безопасности технологий строительства дорог на слабых основаниях является актуальной задачей, имеющей важное практическое значение.

Разработанные ранее технологии строительства дорог на слабых основаниях характеризуются большой материалоемкостью минерального сырья, как в процессе строительства, так и эксплуатации. К таким методам относится полная или частичная замена слабых грунтов (в основном торфов) на пески, щебень или крупнообломочный материал с использованием лесных ресурсов в качестве армирующего элемента основания (лежневки). Задачей исследования стала разработка экологически безопасной технологии устройства нефтепромысловых дорог, позволяющей снизить антропогенные воздействия на окружающую среду и обеспечить прочность и эксплуатационную безопасность конструкции.

Проведенные исследования показали, что эффективным решением этой задачи является использование геосинтетических материалов для повышения несущей способности слабого основания [1]. Геосинтетические материалы в конструкции земляного полотна дороги позволяют обеспечить высокий темп строительства, качество и надежность эксплуатации конструкции, сокращение объема использования строительных материалов, снижение материалоемкости и энергопотребления, что направлено на обеспечения экологической безопасности при строительстве нефтегазопромысловых дорог. Для оценки экологической безопасности нами был использован метод квалиметрии, позволяющий получить бальную оценку экологической безопасности, что также принято при построении системы различных национальных стандартов «зеленого строительства»[2]. Различия в системах заключаются в количестве  и формулировках применяемых критериев, значениях граничных значений показателей соответствия, названиях и количестве баллов и системе градации. Выполненные оценки показали преимущество технологии армирования оснований в сравнении с методами частичной или полной замены грунтов (рис 1).

   

Рис. 1. Оценки методов строительства

Фактически метод армирования геосинтетическими материалами (геотканью) наименьшим образом влияет на окружающую среду при наименьших технико-экономических затратах.

Важным показателем эффективности метода армирования оснований служит прогноз развития осадок во времени, который позволяет оценить надежность и эксплуатационную пригодность разработанного решения. Исследования выполнялись на участке промысловой автомобильной дороги, проходящей внутри коридора коммуникаций, соединяющего три Салымских нефтяных месторождения Западной Сибири. Строительство автодороги осложнено многочисленными болотами, проходящими через участок строительства. В процентном соотношении общая протяженность болот составляет 31,5 % от общей длины 49-километрового коридора коммуникаций. Глубина болот колеблется от 1 до 6 метров.

Определение прочности армирующей геоткани выполнялось по I-му предельному состоянию расчетным методом по схеме круглоцилиндрических поверхностей скольжения и плоскому сдвигу на контакте арматура - грунт насыпи.

Технология производства работ включала в себя следующий порядок:

  • сшивку геоткани в цельные полотна и обеспечивающие безстыковочные зоны на захватках длиной 25 м (рис.2);
  • планировку основания;
  • укладку цельных полотен на основание с нахлестом не менее 1 м;
  • отсыпку и уплотнение слоя насыпи толщиной 70 см (рис.3);
  • устройство обратных заворотов геоткани с последующим преднапряжением армирующего элемента с помощью строительной техники (рис.3);
  • последующая отсыпка грунта насыпи с уплотнением до проектных отметок.

  Рис.2. Отсыпка и уплотнение слоя насыпи.

Проектная осадка насыпи рассчитывалась по двум методикам: расчет конечной осадки торфяного основания на основе региональной типизации торфов ВСН 26-90 [5] и расчет осадок методом слоя ограниченной мощности Н.А. Цытовича.

Результаты расчетов по каждому из пикетов, расположенных с шагом 200 м, участка автомобильной дороги представлены на графике (рис. 3). По вертикали отложено значение осадки в см. Как следует из приведенных графиков, различия в некоторых точках указывают на несовершенство имеющихся методик, а, следовательно, требуют экспериментального подтверждения.

 

Рис. 3. Значений расчетной осадки насыпи, полученной по двум методам расчета

Мониторинг осуществлялся на участке дороги длиной 3 км, продольный профиль представлен на рис.6. Участок характеризуются залеганием торфа различной мощности, грунтовые воды находятся практически на поверхности природного рельефа. Наблюдения проводились методом геодезических съемок, в качестве реперов были выбраны металлические водопропуска из металлических труб диаметром 1,2 м, которые укладывались на армированное геотканью основание. Водопропуска устанавливались с шагом 200 м на пикетах: ПК31+00, ПК 33+00, ПК 35+00, ПК 37+00, ПК 39+00, ПК 41+00, ПК 43+00, ПК 45+00, ПК 47+00, ПК 49+00, ПК 51+00, ПК 53+00, ПК 55+00, ПК 57+00, ПК 58+40.

Рис. 4. Продольный профиль насыпи ПК 31- ПК 58+40


Наблюдения за осадкой насыпи проводилось несколькими циклами. Первый цикл съемок последовательный, что обусловлено технологией производства работ. Водопропуска монтировались последовательно в течение 20 суток, а геодезическая съемка велась индивидуально после монтажа водопропуска и отсыпки насыпи до проектных отметок. Последующие циклы съемок проводились сразу по всем токам наблюдений. Первые 10 месяцев (период интенсивных осадок) наблюдения проводились постоянно каждый месяц. Все результаты заносились в журнал наблюдений, а затем обрабатывались. Результаты наблюдений представлены в таблице и на графике (рис.5).

Рисунок 5. График фактической осадки, ось S-глубина осадки (м.), ось t - время осадки (мес.). 


Сравним результаты фактической осадки через 10 и 20 месяцев с расчетными данными осадок (табл.1).

Таблица 1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

№ пикета

ПК 31

ПК 33

ПК 35

ПК 37

ПК 39

ПК 41

ПК 43

ПК 45

ПК 47

ПК 49

ПК 51

ПК 53

ПК 55

ПК 57

ПК 58

через 10 мес.

 

0,29

1,27

1,9

1,84

1,58

0,39

2,14

0,58

1,45

1,7

1,8

1,6

0,66

1,45

0,32

0,18

0,48

0,55

0,78

0,71

0,14

0,91

0,42

0,48

0,83

0,95

0,98

0,36

0,8

0,35

через 20 мес.

0,29

1,27

2,19

1,94

2,05

0,39

2,95

0,58

1,51

1,91

2,36

2,06

0,66

1,72

0,32

0,22

0,63

0,69

0,96

0,99

0,19

1,06

0,54

0,62

0,98

1,17

1,24

0,52

1,04

0,51

Анализ полученных результатов показывает.

Осадка основания стабилизировалась во всех точках наблюдения практически за 20 месяцев, что согласно теоретическим расчетам составляет 95 % конечной осадки.

Предложенное проектное решение и технология отвечают требованиям прочности и надежности, несущая способность основания обеспечена.

Использования технологии армирования грунтов основания геосинтетической тканью приводит к  выравниванию значений осадки по профилю дороги.

Предложенная технология позволяет снизить материалоемкость строительства, уменьшить антропогенные воздействия на окружающую среду, повысить экологическую безопасность строительства нефтегазопромысловых дорог.

Рецензенты:

  • Кочетков А.В., д.т.н.,заведующий отделом ФГУП Росдорнии, профессор СГТУ и ПГТУ, г. Саратов.
  • Шукуров И.С., д.т.н. профессор кафедры «Городское строительство и экологическая безопасность» ГОУ ВПО Московский государственный строительный университет, г. Москва.