Бакшеев Д.С.
Значение Арктики для Российской и мировой экономики трудно переоценить. Уже сегодня разведанные и прогнозные запасы полезных ископаемых: нефти, газа, угля, меди, никеля, кобальта, благородных металлов, алмазов позволяют считать, что именно здесь в будущем будет их основная кладовая для всего человечества (Рис. 1).
Рис. 1
Заранее сообщаю, что я опираюсь в своих суждения на собственный опыт, ибо в свое время отработал почти 20 лет в Норильске и последние 6 лет с февраля 1991 по май 1997 года был заместителем генерального директора Норильского горно-металлургического комбината по капитальному строительству.
Какие вызовы стоят сегодня перед нами в Арктике. Конечно, это деградация вечномерзлых грунтов вследствие повышения его температуры. Повышение температуры мерзлых грунтов происходит по ряду причин. Сегодня на первом месте на примере Норильского промышленного района я все-таки ставлю не глобальное потепление, а техногенный фактор. Необходимо восстановить технологическую дисциплину и строго выполнять все предписания по обслуживанию вентилируемых продуваемых подполий зданий и сооружений на свайных фундаментах, отремонтировать, восстановить или выполнить заново водонепроницаемые покрытия поверхности грунта в подпольях, желательно асфальтом; не допускать никаких проливов воды из систем отопления, горячего и холодного водоснабжения и канализации. В Норильске по этим причинам за последние четверть века разрушились десятки, если не сотни, зданий и сооружений, особенно жилых домов.
Конечно, нельзя забывать и о глобальном потеплении и готовиться к нему. Главная задача здесь — это сохранение нашего промышленного потенциала, расположенного на Крайнем Севере (Рис. 2). Глобальное потепление неоспоримо приведет к деградации вечномерзлых грунтов на обширных территориях, на которых размещены промышленные фонды, дающие 12 % ВВП России при населении менее 2 %. Практически все здания и сооружения в нашей Арктике сегодня стоят на свайных фундаментах, при этом 60 % сваи висячие, не опирающиеся на несжимаемый грунт (скалу), а вморожены в вечномерзлый грунт (Рис. 3). Несущую способность таких свай обеспечивают силы смерзания поверхности сваи с вечномерзлым грунтом, которые практически полностью исчезают в момент оттаивания вмещающего сваю мерзлого грунта. Разумеется со временем произойдет консолидация грунта и в работу вступят силы трения, как при работе забивных свай на «материке», которых в удачном случае возможно хватит, чтобы нести необходимую расчетную нагрузку. Но именно в процессе оттайки, деградации многолетнемерзлого грунта, происходит неравномерная осадка свай, разлом объединяющего сваи ростверка и здание разрушается.
Рис. 2
Рис. 3
Что можно и нужно делать в этой связи?
Если обратиться к прошлому, то прецеденты растепления мерзлоты, правда локальные, и преодоления последствий уже были. И даже на эти случаи были разработаны местные инструкции. Приведу реальный пример не связанный с глобальным потеплением. Там, где температура вечномерзлого грунта при строительстве была довольно высокой — от минус 1,0 градуса до минус 0,5 градусов Цельсия, (так называемая «вялая мерзлота») там даже незначительное повышение температуры может привести к негативным последствиям.
Так произошло на улице Лауреатов в Норильске в конце 1970-х годов прошлого столетия. В то время на Норильском горно-металлургическом комбинате действовала отлаженная система контроля за состоянием вечной мерзлоты в виде мерзлотной инспекции, которая систематически замеряла температуру грунтов под каждым объектом и заблаговременно сигнализировала о возможной оттайке. И когда на улице Лауреатов в Норильске стала повышаться температура вечномерзлого грунта под 12 девятиэтажными жилыми домами, построенными на висячих, вмороженных в вечную мерзлоту сваях, система контроля, уловив устойчивую тенденцию к повышению температуры, заблаговременно сообщила об этом. Руководством комбината было принято решение об искусственной заморозке грунта под этими домами. В течении 3-х лет производились работы по заморозке без отселения жителей по следующей схеме: вокруг каждого из домов были пробурены скважины диаметром 630 мм с шагом 4 м на глубину, превышающую глубину заложения свай на 3 м. В скважины через смонтированный коллектор вентиляторами нагнетался в зимнее время (более 9 месяцев) холодный воздух. В летнее время вентиляторы отключались и скважины закрывались теплоизоляционным материалом. В результате температура грунтов понизилась от значений -0,2 — -0,5 градусов Цельсия до -1,5 — -3 градусов. Необходимая отрицательная температура вечной мерзлоты и её несущая способность восстановились. Жилые дома еще эксплуатировались более 20 лет до конца ХХ века.
Рассказанный мной выше опыт восстановления отрицательных температур многолетнемерзлых грунтов может быть использован как один из вариантов противодействия в первую очередь растеплению по техногенным причинам, но и глобальному потеплению, однако при обширном оттаивании массивов мерзлых грунтов, на которых стоят кварталы жилых зданий или десятки сооружений промышленных предприятий, при постоянном повышении среднегодовой температуры наружного воздуха, такой способ станет экономически да и технически не возможен. Его можно и наверное, нужно применять там, где подходит окончание нормативного срока службы данного сооружения, чтобы, как говорится, дотянуть до него, а затем в любом случае здание надо сносить или реставрировать.
Процесс оттайки многолетнемерзлых грунтов в связи с повышением средней атмосферной температуры будет происходить постепенно и, как бы, сверху вниз (Рис. 4). Критичным, переломным будет тот промежуток времени, когда активная сезонная мерзлота, появляющаяся в конце зимы, в течении более 2-х — 3-х лет перестанет смыкаться с вечномерзлым грунтом и между ними появится слой талого грунта, увеличивающийся с каждым годом. Но в то же время, пока процесс оттайки дойдет до низа сваи, верхние ранее оттаившие слои грунта будут консолидироваться и свая в них начнет работать за счет сил трения, так же как и забивные сваи на материке в талых грунтах.
Рис. 4
Задача научно-инженерного сообщества найти способы как бы помочь грунту быстрее пройти этот этап консолидации, чтобы, когда оттайка дойдет до нижнего торца сваи, силы трения полностью заместили силы смерзания и свая продолжала нести свою расчетную нагрузку. Допустим, как вариант, подобрать соответствующий состав раствора и превентивно подавать его нагнетанием в околосвайное грунтовое пространство по мере оттаивания грунта, при этом главным свойством и действием этого раствора должно быть то, что он обеспечит связывание воды, появляющейся при оттаивании и обжимание сваи грунтом, в конечном итоге — переход сил смерзания в силы трения. Я ожидаю, что при таком развитии событий, пока оттайка многолетнемерзлого грунта произойдет на всю глубину сваи, верхние ее отрезки уже будут способны перехватывать нагрузку за счет сил трения. Конечно, если бы осадка всех свай при оттаивании грунта происходила абсолютно равномерно, то никакого раствора и не надо, само собой после оттаивания грунт консолидируется, здание немного равномерно подсядет, но в дальнейшем уже будет устойчивым как на талых грунтах. К сожалению, равномерных осадком в природе не бывает.
При этом, крайне необходимо повсеместно организовать мониторинг состояния многолетнемерзлых грунтов с регулярными замерами температур грунта по глубине заложения свайных фундаментов там, где его не было, сделать заново и восстановить там, где этот мониторинг потерян. В этом случае видится совершенно правильным для быстрого сбора и анализа массива данных, а замеров великое множество и в плане и по глубине свай десятков тысяч зданий и сооружений, применение не только компьютерных цифровых технологий, но и с использованием ИИ (искусственого интелекта), не исключая Искусственного Общего Интелекта (AGI) (Эй, джи, Ай), которые способны увязать сбор и огромного массива данных с состоянием объектов в реальном времени и с рекомендациями по обслуживанию и эксплуатации.
Было бы неплохо, если бы свои возможности по поиску оптимальных решений в вопросе обеспечения устойчивости свайных фундаментов на многолетнемерзлых грунтах в процессе их деградации в связи с изменением климата, в том числе и по предложенному мной способу или его вариациях, объединили существующие и созданные для решения северных задач научнотехнические центры. Допустим, НИОСП НИЦ «Строительство», Архангельский Северный (арктический) федеральный университет имени Ломоносова и Норильский Заполярный Государственный университет имени Федоровского. Я рискнул бы посоветовать к ним добавить Белгородский Государственный Технологический университет имени Шухова, где, на мой взгляд, сегодня создан один из самых эффективных центров разработки новых строительных материалов, в том числе, растворов. Нужна серьезная государственная программа и финансирование научно-исследовательских работ по этому очень важному направлению, которое может быть и совместным: государство+бизнес.
Сегодня много делается и еще больше планируется в рамках государственной Арктической Программы. От значительного увеличения строительства ледокольного флота и развития СМП (Северного Морского Пути) до существенного качественного улучшения условий (комфортности) проживания и работы северного населения. Я бы добавил еще одну амбициозную задачу.
Речь идет о строительстве железной дороги Красноярск-Дудинка вдоль правого берега Енисея (Рис. 5). Прежде всего это на порядок повышает логистику в масштабах государства, а также подсекает по своему маршруту месторождения марганца, железной руды, медноникелевых руд, угля, нефти, газа и тп. Представьте взаимоувязанную транспортную схему железных дорог Москва-Владивосток, соединённую ровно посередине страны через дорогу Красноярск-Дудинка с Северным Морским Путем. Ошеломляющие логистические перспективы! Абсолютно меняющиеся возможности регулярного круглогодичного обеспечения материально-техническими ресурсами промышленного гиганта — Норильского комбината вместо трудоемкого и дорогостоящего сезонного завоза 5 млн тн грузов в летнюю и зимнюю навигацию. Также видны перспективы обеспечения железной рудой и коксующим углем Запсиба.
Рис. 5
И как вариант, первым этапом такой дороги напрашивается участок железной дороги (Рис. 6) от Игарки до Дудинки. В свое время около 50 лет назад уже рассматривался такой вопрос для того, чтобы была возможность круглогодично вывозить из Игарки пиломатериалы, которые Игарский лесопильноперевалочный комбинат (ЛПК) производил около 1млн 700 тыс куб метров в год, в Дудинку, а оттуда по Северному морскому пути поставлять круглогодично по всему побережью Северного Ледовитого океана и на экспорт. Сейчас, к сожалению, это производство практически остановлено. Но ради великого дела освоения Арктики почему бы: 1) Не возобновить работу Игарского ЛПК на новой современной технологической основе и 2) Все-таки, независимо от ЛПК, построить железную дорогу от Игарки до Дудинки, которая кроме вывоза продукции ЛПК, по пути будет подсекать разведанные месторождения медноникелевых руд, благородных металлов, угля на этом 300-т километровом отрезке вдоль Западной оконечности плато Путорана. Да и сегодня Роснефть осваивает на Таймыре новые месторождения нефти и газа и для нефтянников было бы оптимально и по государственному разумно иметь вблизи своих месторождений и транспортных коммуникаций легкодоступные Игарские и Дудинские склады с материально-техническими ресурсами, которые можно было бы значительно пополнять во время летней навигации по Енисею из Краснояркого края и Сибири в целом. Эту дорогу в Дудинке связать с железной дорогой Дудинка-Норильск, Норильской железной дорогой, которая имеет бесценный опыт работы в условиях Крайнего Севера в течении 87 лет начиная с 1937 года и которая существенно повысит надежность логистической схемы Норильского комбината. Пусть дорога Игарка-Дудинка станет началом, первым этапом железнодорожного сообщения между Красноярском и Норильском.
Рис. 6
На мой взгляд после окончания прокладки двухпутного железнодорожного полотна БАМА надо переходить на проектирование и строительствое дороги Красноярск-Игарка-Дудинка-Норильск, изыскивая финансовые ресурсы везде, где только можно, включая бюджетные и частные деньги, возможно создав акционерное общество как это было в истории строительства первой железной дороги Петербург-Москва.
Не могу не выразить свое мнение о новых предложениях менеджмента Норильского никеля: первое (Рис. 7) — о строительстве медного завода в Китае, закрытие медного производства в Норильске и в будущем производить медь в Китае, поставляю туда обогащенный медный концентрат в морских контейнерах из Норильска по Северному морскому пути и второе (Рис. 8) — об остановке Красноярского завода цветных металлов и экспорте полупродуктов платиновой группы в Королевство Бахрейн.
Рис. 7
Рис. 8
Признаться, лично меня такие планы просто, мягко говоря, шокировали. Все эти годы современной России Правительство РФ говорит о диверсификации производства, о преодолении экономического курса сырьевого придатка Запада, а предприниматели добровольно предлагают стать сырьевым придатком Китая или Ближнего Востока. Какая разница? Мне наоборот видится, что надо в Норильске организовать производство медных труб и медной проволоки различного диаметра, а может даже из этой проволоки производство электрокабелей всех сечений, назначений и номенклатуры, используя промышленный потенциал региона и повышая тем самым, в том числе и рентабельность предприятия. А платиноиды, которые Норильск добывает 98, 5 % в стране — это ведь не только украшения и стратегический золотой запас, а это, прежде всего, микроэлектроника и автомобилестроение.
Кроме того, в гигантских отвалах медноникелевого производства за почти 90-летний период работы норильского комбината скопилось значительное количество железа (по крайней мере, содержание железа в металлургических шлаках составляет около 30 %). Почему бы не организовать, используя чистейший норильский никель, производство низколегированных и нержавеющих сталей прямо там в Норильске. Тем более предвидя перспективу добычи и поставки в Норильск железнодорожным транспортом железной руды из месторождения в районе севернее Лесосибирска после строительства железной дороги Красноярск-Норильск.