Нормативы для Арктики
Методологические аспекты развития нормативной базы строительства в криолитозоне России
Принятие программы социально-экономического развития Арктики и Дальнего Востока до 2035 года обусловило необходимость сформировать новую нормативную базу строительства в криолитозоне России на основе информационного (экосистемного) подхода к задачам обеспечения техногенной безопасности. Причем экосистемный подход к инженерно-строительной деятельности наряду с признанными индикаторами (признаками) типа формируемого технологического уклада следует признать в качестве методологического императива шестого технологического уклада, обеспечивающего динамичное и устойчивое социально-экономическое развитие Арктической зоны.
Имеется несколько организационно-технических уровней управления, позволяющих значительно снижать аварийность и техногенную опасность. В первую очередь это относится к проектной документации новых и реконструируемых объектов промышленности и строительства. Компетентное выполнение статистически обоснованных требований по обеспечению безопасности позволяет избежать грубых ошибок в проектных и технологических решениях. Однако важнейшим фактором гарантированной безопасности является не изменение нормативов в сторону их ужесточения, а повышение достоверности метрологических и цифровых технологий.
Немного истории
Строительству в районах вечной мерзлоты более 200 лет. Однако к созданию нормативной базы таких работ приступили только в конце 1920-х годов: в 1927 г. в поселке Сковородино на Транссибе была создана первая в стране мерзлотная станция. Достаточный объем и уровень результатов исследований, позволивший приступить к разработке нормативной базы строительства в районах вечной мерзлоты, был накоплен к началу 60-х годов прошлого столетия. В 1961 г. были утверждены ведомственные строительные нормы ВСН 61-61 «Технические указания по изысканиям, проектированию, строительству и эксплуатации железных дорог в районах вечной мерзлоты», которые позже на основе опыта строительства БАМ были переработаны в ВСН 61-89 «Изыскания, проектирование и строительство железных дорог в районах вечной мерзлоты».
Исследования проблем строительства в этих районах чрезвычайно трудоемки. Они требуют от инженеров-строителей не только овладения знаниями в области общего и инженерного мерзлотоведения, механики мерзлых грунтов, инженерной теплофизики — новых дисциплин, которые не входят в программы строительных специальностей вузов, но и желания и готовности работать в условиях сурового климата и неустроенного быта на новостройках Сибири и Крайнего Севера. Это обстоятельство наряду с длительным (до 80-х годов) периодом ограничений на публикации в СМИ результатов исследований по вопросам строительства в районах вечной мерзлоты также сдерживало развитие научных изысканий и, как следствие, создание качественной нормативной базы.
Трудности роста
Всем вышеназванным и объясняется то, что первые значительные научные результаты и ведомственные нормативные документы по проектированию и строительству сооружений в криолитозоне были опубликованы уже после начала строительства БАМ в отраслевых научно-исследовательских изданиях ЦНИИС, НИИОСП, ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, проводивших исследования на конкретных объектах и взаимодействующих с научными школами МГУ и СО РАН.
В ходе исследований и опытного строительства дорог, аэродромов, населенных пунктов, добычных комплексов при освоении нефтяных и газовых месторождений на севере Сибири были получены новые теоретические представления о взаимодействиях техносферных и природных компонентов природно-технических систем (ПТС). Были выявлены региональные закономерности формирования термического режима грунтовых массивов земляного полотна, оснований искусственных сооружений и территорий при различных технических решениях, включающих конструктивные элементы, выполняющие функции тепловых амортизаторов, тепловых экранов, тепловых диодов и тепловых трансформаторов в системах регулирования теплового режима грунтовых массивов. На основе установленных закономерностей и теоретических разработок учеными научных школ ЦНИИС, МГУ, Института мерзлотоведения Академии наук были разработаны и применены на практике новые методики проектирования, программное обеспечение инженерных теплотехнических расчетов и расчетов напряженно-деформированного состояния техногенных и природных грунтовых массивов, взаимодействующих с сооружениями.
К настоящему времени предложены сотни новых патентно-защищенных конструктивно-технологических решений (патенты РФ №№2035537, 2010919, 1807113, 1740555, 1764371 и др.), проверенных и внедренных на объектах гражданского и транспортного строительства на севере Сибири. Оправдавшие себя технические решения нашли отражение в ведомственных нормативных документах, обеспечивая эксплуатационную надежность и безопасность объектов строительной инфраструктуры железных и автомобильных дорог «Ягельная—Ямбург» и «Обская—Бованенково— Карская», «Тында—Беркакит—Томмот». Все это представляет собой научный задел, достаточный для создания современной нормативной базы строительства в криолитозоне России. Соответственно, в 2016-2019 гг. под научно-организационным руководством ТК 465 «Строительство» Росстандарта разработаны своды правил по проектированию и строительству земляного полотна железных и автомобильных дорог и аэродромов, оснований и фундаментов зданий и мостовых сооружений, водопропускных труб и систем водоотвода в районах вечной мерзлоты.
Условия для успеха
Методология выработки, принятия и реализации управляющих решений в современных нормативных документах базируется на экосистемном подходе, а выбор конкретных методов и средств управления процессами термодинамической стабилизации грунтовых массивов земляного полотна, оснований сооружений и прилегающих к ним территорий осуществляется на основе численных краткосрочных и долгосрочных мерзлотных прогнозов с использованием функциональной классификации методов и средств управления тепловым режимом грунтовых массивов в криолитозоне.
Актуальность созданной системы управления температурным режимом грунтовых массивов возрастает в связи с тем, что в последние годы на полуострове Ямал по трассе железной дороги и в зоне влияния добычных комплексов наблюдается активизация опасных геокриологических процессов, вызванная не только техногенными воздействиями, но и краткосрочными локальными и долгосрочными глобальными изменениями климата (повышение температуры приземного слоя воздуха с трендом примерно 0,02-0,04 ˚С/год), вызывающими деградацию мерзлоты.
Разработанные методы и технические решения позволяют сохранять мерзлое состояние грунтов, усиливать при необходимости мерзлоту в основании построенных и эксплуатируемых сооружений, а при возникновении нештатных ситуаций оперативно восстанавливать мерзлоту независимо от времени года с использование тепловых трансформаторов различных конструкций.
Успешная реализация комплексной программы опытно-экспериментального строительства и исследований позволила создать и реализовать научно-методическую и нормативно-техническую базу проектирования и строительства в Арктике в целом.
Безопасность строительства и хозяйственной деятельности в арктических широтах может быть обеспечена управляющими решениями, основанными на научных прогнозах и результатах комплексного геокриологического мониторинга. Методы и средства мониторинга могут быть разнообразными, но все они должны завершаться краткосрочными и долгосрочными численными прогнозами изменений мерзлотно-грунтовых условий на всех уровнях иерархии пространственной организации ПТС и быть пригодными в качестве основы для создания цифровых геоинформационных моделей взаимодействий компонентов ПТС.
Кстати:
Для Арктики создается беспрецедентная для современной налоговой системы России система преференций, в соответствии с задачами, которые поставил президент РФ Владимир Путин на прошлогоднем Международном арктическом форуме. По оценкам Минэнерго и инвесторов, только эти преференции помогут запустить в Арктике 9 крупнейших проектов с объемом инвестиций в 15 трлн рублей.
Около 22,6 млрд рублей может составить общий объем государственных субсидий на развитие арктической инфраструктуры