Ekologicheskie posledstviya primeneniya razlichnykh sposobov zagotovki grunta dlya stroitel'nykh rabot v usloviyakh kraynego severa

Abstract

Full Text

В настоящее время идет интенсивное освоение газовых и нефтяных месторождений северных территорий Сибири. Для обустройства месторождений требуется большое количество грунта, который может быть добыт двумя способами: сухоройным и гидромеханизированным. В связи с тем, что окружающая природная среда на Крайнем Севере чрезвычайно ранима и трудновосстановима выбор способа добычи грунта, который наносит минимальный урон окружающей природной среде очень важен. На территории Ямало-Ненецкого Автономного Округа (ЯНАО) грунтовые карьеры для возведения дорожных насыпей, площадок и других земляных сооружений сложены мелкими и пылеватыми песками, супесями, суглинками, засорены остатками древесины и содержат примеси органических веществ. Ориентировочная потребность в дренирующих грунтах для возведения земляных сооружений ЯНАО на текущие четыре года составляет около 30-40 млн. м3 [Ефремов, 2004]. Материалы и методы Позитивные и негативные показатели выполнения земляных работ земснарядами и другими средствами механизации рассмотрены на примерах нефтегазовых месторождений Ямало-Ненецкого национального округа - Анерьяхского, Харвутинского, Заполярного, Ямбургского и Большого Уренгойского. Грунтовые карьеры, пригодные для разработки и возведения земляных сооружений, имеют мощный слой вскрышных пород, нередко превышающий 4 м. Подготовка их к разработке включает срезку и уборку деревьев и кустарника, корчевку пней, удаление и складирование растительного слоя и гумусовых грунтов. Экскаваторами возможна разработка грунта в карьере до уровня грунтовых вод. Обычно эта глубина не превышает 3-4 м. Когда вскрышные породы содержат значительное количество гумусовых грунтов и оказываются непригодным для использования в дорожной насыпи или земляном сооружении, разработку карьера ведут послойно. Верхний слой «непригодного» грунта разрабатывают и удаляют в отвал. Затем разрабатывают второй слой, и грунт направляют в «деловую» насыпь. Удаление верхнего «непригодного» к использованию грунта выполняют бульдозерами, скреперами или другими механизмами. Разработка мерзлых грунтов малоэффективна и рассматривается как вынужденное мероприятие. Грунт, находящийся в мерзлом состоянии разрабатывается земснарядом. Сущность способа подготовки грунтов к разработке земснарядом заключается в использовании энергии речного потока для оттайки и перевода грунта в талое состояние. Спрямляют участок русла реки с меандрами, отсыпая дамбы и гидравлически изолируя грунтовый карьер. Земснаряд разрабатывает талые грунты по водооборотной схеме с возвратом сбросной воды с «карты» намыва в карьер. Работа земснаряда при добыче грунта сопровождается интенсивной деградацией мерзлоты в карьере. Земснаряд разрабатывает карьер в среднем за 2-3 сезона. Глубина разработки грунта составляет от 7 до 10 м и более [Вайншток, 2003]. Результаты и обсуждение В ЯНАО в пределах одного карьера залегают обычно различные грунты. Прослойки связных грунтов и негабаритные включения (пни, корни растений, затопленная древесина) снижают качество разрабатываемых грунтов. В некоторых случаях грунт таких карьеров непригоден для отсыпки земляного сооружения без предварительной его подготовки и обогащения. В дорожном строительстве, например, грунт для отсыпки земляного полотна должен быть дренирующим и иметь коэффициент фильтрации более 0,5 м/сут. Грунты большинства карьеров ЯНАО в естественном сложении не удовлетворяют требованиям по дренированию и фильтрации. В таблице 1 приведен гранулометрический состав грунтов наиболее характерных карьеров для территории ЯНАО. В соответствии с действующей классификацией грунты относятся к мелким и пылеватым пескам. На 85-90% по массе они представлены песчаными фракциями и состоят из частиц кварца. На 10-15% - это пыль и глина. Для земляного полотна с коэффициентом уплотнения 0,98-1,0 рекомендуется применять неоднородные по гранулометрическому составу пески (Кн > 3) оптимальной влажности. Пылеватые и мелкие пески в естественном сложении имеют степень заполнения пор льдом и водой Sr > 0,95 и относительную деформацию пучения р > 0,1, что характеризует их как сильнопучинистые грунты при промерзании [ГОСТ 25100-95…, 1977]. Морозное пучение грунтов вызывает неравномерные осадки плит дорожного покрытия и необходимость ежегодного ремонта дороги. Нормативные документы ограничивают предельно допускаемое количество пылеватых и глинистых частиц в грунте для устройства земляного полотна дороги и возведения инженерных сооружений. При разработке грунтов земснарядами пылеватые и глинистые частицы удаляют со сбросной водой. Поэтому земляные сооружения из намывных грунтов практически не подвергаются морозному пучению [Леванов, 1998]. При использовании сухоройного метода разрушаются большие площади малообводненных тундровых ландшафтов, которые являются оленьими пастбищами. Полное снятие почвенного слоя, в связи с наличием вечномерзлых грунтов, вызывает разбалансирование теплообмена и нарушением водного режима в мерзлых грунтах, находящихся в подпочвенном слое. В периоды весеннего снеготаяния на обширных территориях сухоройных карьеров развиваются эрозионные процессы. Рис. 1. Схема добычи талого грунта в русловой части реки: 1 - карта намыва; 2 - пульпопровод; 3 - земснаряд; 4 - дамба отсекающая; 5 -русло реки; б - спрямляющее русло; 7-граница карьера; 8 -разрабатываемая часть карьера; 9 - коллектор; 10 - водосбросный колодец. Вследствие разрушения природных экосистем в результате разработки грунтовых карьеров сухоройной техникой на территории ЯНАО прослеживаются глобальные масштабы вторичного опустынивания. Структурные особенности биогеоценозов Крайнего Севера объясняют причины чрезвычайно медленного самовосстановления растительного покрова и самой экосистемы, нарушенной сухоройной разработкой грунта. Маломощный плодородный слой уничтожается вместе с растительностью. Минеральный слой сухоройного карьера не только не пригоден для развития растений, но и чрезвычайно беден «зачатками» жизни, так как практически не содержит семян, а занос их из окружающей целины ограничен. Кроме того, при производстве земляных работ имеет место загрязнение поверхностных вод и почвы в результате работы строительных машин и механизмов. Таблица 1 Гранулометрический состав грунтовых карьеров Наименование карьера Содержание фракций (%) размером, мм Си Классифи-кация грунта по ГОСТ 25100-95 мм 0-0,5 0,5-0,25 0,25- 0,1 О,1- 0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 < 0,005 Заполярное ГНКМ 0,13 2,0 13,9 45,1 25,8 8,7 1,3 3,2 3,6 Песок пылеватый 2,0 15,9 61,0 86,8 95,5 96,8 100,0 Карьер на р. Б.Хе-Яха 0,16 4,6 29,4 50,7 9,3 4,7 0,4 0,9 2,85 Песок мелкий 4,6 34,0 84,7 94,0 98,7 99,1 100,0 20-й км а/д Заполярное-Уренгой 0,085 - 8,0 27,0 55,0 6,0 2,0 2,0 1,8 Песок пылеватый - 8,0 35,0 90,0 96,0 98,0 100,0 40-й км а/д Заполярное-Уренгой 0,075 2,0 9,0 15,0 59,0 14,0 1,0 - 2,83 Песок пылеватый 2,0 11,0 26,0 85,0 99,0 100,0 - Карьер №3 0,11 0,2 7,7 50,7 24,2 11,4 1,9 3,9 2,5 Песок пылеватый 0,2 7,9 58,6 82,8 94,2 96,1 100,0 Карьер № 6/29 0,15 2,8 27,8 32,1 30,0 7,3 - - 2,8 Песок мелкий 2,8 30,6 62,7 92,7 100,0 - - Карьер № 9 0,14 1,1 13,3 68,4 5,3 5,0 5,9 4,6 2,7 Песок мелкий 1,1 14,4 79,2 84,5 89,5 95,4 100,0 Примечание: Си < 3 - однородный грунт; Си > 3 - неоднородный грунт (п.2.2 ГОСТ 25100-95). При гидромеханизированном способе эти проблемы отсутствуют, но возникают другие. В частности, для ускорения стабилизации гидрохимических процессов и формирования водной фауны акваторию отработанного карьера гидромеханизации необходимо не только соединить с рекой, но и сформировать в карьере мелководную литоральную зону, которая летом быстро прогревается и способствует развитию водной растительности, зоопланктона и зообентоса. Акватория отработанного карьера гидромеханизации в течение одного-двух сезонов заселяется ихтиофауной. Концентрация взвешенных веществ в водоеме уменьшается постепенно за один-два года по окончании производства земляных работ, мутность уменьшается от 7 до 15 раз. По истечении трёх лет в карьерах гидромеханизации, разработанных на базе речных меандр, происходит заселение водоема частиковыми рыбами и щукой, так как происходит увеличение объема водной массы после выемки грунта, что в свою очередь приводит к стабилизации и улучшению газового и температурного режима водоема. Таким образом наши исследования показали, что разработка грунтового карьера земснарядами и гидравлическим транспортированием грунта по пульпопроводу оказывает от 7 до 10 раз меньше воздействие на атмосферу, чем разработка грунта экскаваторами и перевозкой его автосамосвалами, увеличение глубины разработки грунта земснарядами обеспечивает сокращение площади грунтового карьера в среднем в 5 раз, что неразрывно связано с уменьшением изъятых площадей и сокращением экологических воздействий Результаты сравнительного анализа показали, что при меньших затратах гидромеханизированный способ добычи грунта наносит намного меньше вреда окружающей среде по сравнению с добычей грунта сухоройным методом, и даже способствует развитию ихтиофауны в отработанных карьерах.