для проектированиямагистральных нефтепроводов
А. Э. Курилович, Воронежский государственныйуниверситет
Всвязи с увеличением объемов экспорта энергоносителей за рубеж в настоящее времяв нашей стране развивается массовое строительство как магистральныхнефтепроводов, так и газопроводов высокого давления, зачастую находящихся врайонах со сложными природными условиями. В период с 2005 по 2008 год авторпринимал непосредственное участие в проведении инженерно-геологическихизысканий по следующим объектам:
–магистральный нефтепровод «Восточная Сибирь – Тихий Океан», в составе ООО«Аверс-1», 2005 год;
–магистральный нефтепровод «Восточная Сибирь – Тихий Океан-2», ООО «Аверс-1»,2006 год;
–нефтепровод «НПС Калейкино – Нижнекамский НПЗ», Республика Татарстан, ООО«Аверс-1», 2006 год;
–газопровод «Мурманск – Волхов», 1159, 5– 1270, 5 км, ЗАО «ЭНАР», 2008 год.
Дляучастков размещения таких объектов, представляющих собой комплекс сложных,особо ответственных сооружений, в основном характерны большая протяженность,изменчивость геоморфологических, геологических, гидрогеологических игидрологических условий, иногда удаленность и труднодоступность. Основныепроблемы при проведении инженерно-геологических изысканий для обоснованияпроектирования сооружений нефтегазового комплекса в настоящее время, на нашвзгляд, возникают ввиду нарушения принятой очередности проведения изысканий всвязи с очень сжатыми сроками ввода объектов в эксплуатацию. Известно, чтоинженерно-геологическим изысканиям предшествуют инженерно-геодезическиеизыскания, в процессе которых производятся планово-высотная привязка буровыхскважин и составление продольных профилей по линейным участкам, а такжеучасткам перехода через поверхностные водотоки, автомобильные и железныедороги. Без этих материалов невозможны проведение камеральных работ исоставление отчета об инженерно-геологических изысканиях. Однако зачастую этиработы проводятся параллельно, в связи с чем у инженеров-геологов и возникаютобъективные трудности. Поэтому для своевременного и качественного выполненияработы инженеру-геологу приходится применять нестандартные решения и подходы.
Такогорода проблемы возникли и при изысканиях стадии РД (рабочая документация) поднефтепровод «НПС Калейкино – Нижнекамский НПЗ». Протяженность трассы 116, 7 км. Генеральное направление проектируемой трассы – с юга на север. Трасса расположена в пределахРеспублики Татарстан и проходит по территории Альметьевского, Сармановского,Заинского, Тукаевского и Нижнекамского районов. В геоморфологическом отношениирайон работ относится к отрогам Бугульминско-Белебеевской возвышенности, поверхностькоторой расчленена речными долинами и балками на отдельные гряды. Крупнейшейрекой является Кама. Ее правобережный приток первого порядка – река Степной Зай– пересекается трассой.
Наиболеекрупными населенными пунктами, расположенными вблизи проектируемых сооружений,являются города Альметьевск, Нижнекамск, Заинск. Большая часть территориизанята сельхозугодьями, по ходу трасса пересекает многочисленные линии ЛЭП,коридоры коммуникаций, линии связи, автомобильные и железные дороги различныхкатегорий и назначения. В тектоническом отношении район выполненных изысканийрасположен на границе Волго-Уральской антеклизы и Предуральского краевогопрогиба.
Данныйрайон характеризуется погружением кристаллического фундамента докембрия наглубину более 2, 5 км. Вышезалегающий комплекс образований представленотложениями палеозоя и кайнозоя.
Коренныепороды представлены терригенными осадками казанского яруса верхней перми(Р2кz). В разрезе преобладают глины и алевролиты, а в его основании –песчаники, встречаются и прослои известняков. Для коренных верхнепермскихотложений характерна изменчивость их литологического состава с частымзамещением и выклиниванием одних пород другими как в горизонтальном, так ивертикальном направлениях. Коренные суглинки и глины вскрыты скважинами вдолине реки Степной Зай под аллювиальными галечниками на глубинах 8, 0–10, 0 м и отмечены в ряде других районов по трассе проектируемого трубопровода.
Комплекспокровных отложений плейстоцена широко развит на междуречьях, склонах долин ивысоких речных террасах. Преобладают супеси, суглинки и глины: лессовидные,макропористые, иногда просадочные, реже встречаются пески. Мощность отложенийизменяется от 1 м на водоразделах до 20 м на склонах крупных долин.
Современныеаллювиальные отложения четко разделяются на фации, характеризуются большоймощностью базального слоя и пойменных осадков, большей крупностью русловыхпесков пристержневой фации и более частой встречаемостью старичных отложений.На участке перехода нефтепровода через р. Степной Зай с поверхности залегаютсуглинки и глины пойменной, а ниже – гравийно-галечниковые грунты русловойфации аллювия. Общая мощность отложений составляет 7–9 м, подстилаются онипермскими суглинками и глинами.
Бурениеразведочных скважин проводилось колонковым способом, установкой УГБ-50мдиаметром 132 и 146 мм, а в труднодоступных районах – мотобуром КМ-10 диаметром76 – 108 мм, глубиной от 3 до 25 м. Всего пробурено 426 скважин. Общий объембурения составил 1981 п.м. Было отобрано 506 проб грунта, в том числе 349монолитов и 157 проб грунта нарушенной структуры. По отобранным пробампроведены лабораторные исследования физических и механических свойств грунтов[1].
Потребованию заказчика (ОАО «ГИПРОТРУБОПРОВОД») в установленный срок должна былабыть разработана таблица нормативных и расчетных значений показателей свойствгрунтов как по линейной части трассы, так и по участкам индивидуальногопроектирования. Для этого, в первую очередь, было необходимо разработать модельгрунтовых условий активной зоны основания фундаментов, то есть провестивыделение инженерно-геологических элементов (ИГЭ). В связи с тем чтоинженерно-геологический разрез, необходимый для выделения ИГЭ, ввиду отсутствиягеодезических материалов почти по всей трассе можно было построить только поучастку перехода через реку Степной Зай, особое внимание было уделеностатистической обработке результатов лабораторных анализов грунтов. Результаты506 анализов грунта были сведены в таблицу Microsoft Exel.
Намибыла предложена и использована следующая схема выделения ИГЭ.
ЭтапI. На участке перехода реки Степной Зай, детально разбуренном девятьюскважинами глубиной от 10 до 25 м, планируется разработка инди-
видуальногопроекта прокладки трубы методом наклонного бурения. В связи с этим, а такжеввиду наличия геодезического профиля по данному участку, построение разреза,выделение ИГЭ, определение нормативных и расчетных значений показателей свойствгрунтов были проведены обычным способом, согласно требованиям нормативныхдокументов [2–4].
Доглубины 25 м выделено 13 ИГЭ, включая почвенно-растительный слой, 10 ИГЭ всовременном речном аллювии, два ИГЭ в глинистых грунтах казанского ярусаверхней перми. При проведении статистической обработки лабораторных данных былиустановлены признаки отнесения грунтов к аллювию и коренным отложениям. Дляаллювия это присутствие органического вещества или заторфованность, высокие(более 0, 5) значения показателя текучести, наличие гравия и гальки и т. д. Длякоренных глинистых образований характерны низкие (менее 0, 55) значениякоэффициента пористости и высокие (более 1, 74 г/см3) значения плотностискелета.
Поданному участку разработана таблица нормативных и расчетных значенийпоказателей свойств грунтов.
ЭтапII. По согласованию с заказчиком в пределах остальной трассы, включая всеучастки индивидуального проектирования, статистическая обработка лабораторныхданных проводилась совместно.
А.Для выделения образцов, относящихся к современному аллювию, была проведенасортировка данных по значениям показателей свойств, установленных на участкереки Степной Зай. Кроме того, путем анализа топоосновы и описания скважинрезультаты сортировки были скорректированы. Дальнейшее выделение ИГЭ в пределахвыделенного стратиграфо-генетического комплекса проведено согласно ГОСТам [2;3].
Б.Образцы, относящиеся к полускальным грунтам (известняки и алевролитыверхнепермского возраста), отсортированы по некоторым специфическим свойствам:высоким (более 2 г/см3) значениям плотности, определению предела прочности наодноосное сжатие, содержанию СаСО3, и т. д. Дальнейшее выделение в этих грунтахИГЭ проведено согласно ГОСТам [2; 3].
В.Образцы песков, не причисленных к аллювию и имеющих на исследуемой территорииограниченное распространение, отнесены к элювиально-делювиальным, реже ккоренным отложениям. Дальнейшая статистическая обработка проведена согласноГОСТам [3].
Г.Оставшееся после проведенной сортировки наибольшее количество образцовглинистого грунта различного вида и консистенции пермского и четвертичноговозраста было разделено на два стратиграфо-генетических комплекса. Сначала быласформирована выборка из результатов анализов образцов коренных глинистых пород.Критерием являлись характерные значения коэффициента пористости и плотностискелета, установленные для глинистых грунтов казанского яруса верхней перми научастке перехода нефтепровода через реку Степной Зай. Согласно ГОСТам [2; 3]для глинистых грунтов были выделены ИГЭ, относящиеся к коренным отложениям.
Д.После исключения коренных глинистых образований оставшиеся в анализируемойвыборке образцы были отнесены к верхнеплейстоценовым элювиально-делювиальнымотложениям. При этом по результатам статистической обработки были выделены ИГЭ.Кроме того, по значениям относительной деформации просадки были обособленыгрунты, обладающие просадочными свойствами.
Такимобразом, была составлена таблица нормативных и расчетных значений показателейсвойств грунтов по всей трассе проектируемого нефтепровода. В целом, в пределахучастка изысканий было выделено 33 ИГЭ.
Припостроении инженерно-геологического разреза после выноса на геодезическийпрофиль буровых скважин, стратиграфических и геологических границ, мест отбораобразцов границы между выделенными инженерно-геологическими элементами былиуточнены. Однако конечные результаты выделения ИГЭ и статистической обработкипоказателей свойств грунтов в корректуре не нуждались.
Темне менее очевидно, что при проведении изысканий по возможности необходимопредусматривать достаточный резерв времени между сроками сдачиинженерно-геодезических и инженерно-геологических материалов. Предварительноевыделение ИГЭ и построение полевых инженерно-геологических разрезов необходимоосуществлять непосредственно в процессе буровых работ.
Список литературы
1.Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения: ГОСТ 30416-96. – М.: Госстрой РФ, 1997. 2. Грунты. Классификация: ГОСТ 25100-95. – М.: Гос строй РФ,1996.
3.Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний: ГОСТ 20522-96.– М.: Гос строй РФ, 1997.
4.Справочник по инженерной геологии / под ред. М. В. Чуринова. – М.: Недра,1981. – 325 с.
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.vestnik.vsu.ru/