«Для ученых очевидно, что мерзлота не может быть вечной»

29 мая на площадке ТЭЦ-3 в норильском Кайеркане произошла авария: при разгерметизации резервуара с дизельным топливом разлилось около 20 тыс. тонн нефтепродуктов. Подразделения Заполярного филиала ГМК «Норильский никель» и Норильско-Таймырской энергетической компании (АО «НТЭК», входит в группу «Норникеля») незамедлительно приступили к ликвидации последствий ЧП. К настоящему времени к этим работам присодинились специалисты Морспасслужбы из Мурманска, а также сотрудники МЧС России. Глава ведомства Евгений Зиничев сегодня заявил, что решение о том, как ликвидировать разлив, найдено, «и мы его выполним». Аварии присвоен статус ЧС федерального уровня. Опрошенные ТАСС экологи-эксперты уверены, что меры, предпринятые «Норникелем», соответствуют сложности ситуации. 

Пока что всех волнует ликвидация разлива, но причины аварии тоже вызывают вопросы. Одна из наиболее реальных - таяние вечной мерзлоты. Такое предположение высказал ряд ученых, а также первый вице-президент – операционный директор компании «Норникель» Сергей Дяченко. «Сейчас мы можем предположить по тем документам, которые мы поднимаем, что из-за летних аномально мягких температур, которые длились несколько лет, могло пройти растепление мерзлоты и могло произойти частичное проседание опор, на которых стоит платформа (с резервуаром ДТ). Это привело к обрушению плиты и динамическому удару в емкости. После чего произошел быстрый разлив топлива на поверхность», - сказал топ-менеджер (цитата по ТАСС).

По его словам, свайное основание было установлено 36 лет назад. «Компании еще во многом предстоит разобраться, и это будет кропотливая работа, для того чтобы посмотреть и оценить состояние резервуара, что вызвало просадку плиты, на которой стоял резервуар», - отметил Дяченко. В «Норникеле» рассказали, что обязательно проведут проверку состояния всех топливных резервуаров на всех трех ТЭЦ НТЭК (все они работают на газе, ДТ – резервное топливо), а также анализ грунтов и целостности свай, на которых держатся плиты с установленными емкостями. «Мы собираемся привлекать геофизиков, инженеров по устойчивости грунтов, и в результате комплексного обследования по всем материалам мы должны будем понять, что за характер грунта. В дополнение к этому, конечно, необходимо будет найти исполнительную документацию по строительству и дальше понять, насколько те сваи, которые в свое время погружали в землю, соответствуют той длине, которая должна была быть по проекту. Будет полная инженерная экспертиза того, что произошло», - добавил сегодня Сергей Дяченко.

По мнению Али Керимова, специалиста-мерзлотника и директора норильского НПО «Фундамент», а в прошлом – руководителя филиала НИИОСП им. Н.М. Герсеванова на Таймыре (крупнейшего в России и широко известного в мире специализированного института в области оснований и подземных сооружений, в том числе на «вечной мерзлоте»), к таким работам необходимо привлечь широкий круг специалистов «арктического» профиля. Поскольку растепление грунтов в Заполярье – проблема актуальная, но малоизученная. И в случае с каждым объектом – требующая индивидуального подхода и учета множества факторов.

- Али Гасанович, с вашей профессиональной точки зрения, могло ли оттаивание вечномерзлых грунтов действительно стать причиной разгерметизации топливного резервуара на ТЭЦ-3 в Кайеркане?

- Мне бы не хотелось оценивать конкретно этот случай, безответственно и не профессионально выдвигать рабочие версии, основываясь только на материалах из соцсетей или СМИ. Но в целом говорить о проблеме деградации вечной мерзлоты и о тех рисках, которые этот процесс несет, необходимо. И я эту тему стараюсь поднимать на различных уровнях последние лет десять. Отрадно, что на инженерную безопасность строительных объектов в Арктической зоне РФ стали обращать внимание. Другое дело, что решения запаздывают.

Моя точка зрения – мерзлота не может быть в чем-либо «виновата», это же просто некая среда, она сформировалась за миллионы лет до прихода человека на Крайний Север. Мы вмешались в то стабильное состояние, которое ранее регулировалось только самой природой. К сожалению, тема реального воздействия строительных конструкций на состояние вечномёрзлых грунтов недостаточно изучена. Фактически, нынешние представления остались на уровне конца 1970-х годов. Основополагающие подходы при строительстве на вечной мерзлоте с тех пор тоже не изменились. Но очевидно, что общепринятые нормативы давно оторвались от реальности. 

- Для человека, слабо знакомого с реалиями Крайнего Севера, вообще непонятно, как вообще тут строят. Какие-то сваи, плиты... Можете объяснить на пальцах, что это все такое?

- Первые строители Норильска столкнулись с тем, что любое отапливаемое здание здесь растепляет под собой мерзлоту, то есть «пилит сук, на котором стоит». Чтобы избежать этого, стали рыть котлованы, добираясь до скального основания и устанавливая на него фундаменты. Этот способ тем сложнее, чем глубже залегает скала: в худших случаях котлованы углублялись на 15-20 метров. Фундамент здания в Заполярье – очень дорогостоящая вещь. Его цена – это 20-30% от общей стоимости постройки. Для сравнения: на материке эта цифра составляет максимум 10%.

Поэтому норильские инженеры-строители доказали, что надежным основанием могут стать и многолетнемерзлые грунты. Они придумали метод вмораживания свай в мерзлоту - без опоры на скалу, за что в 1966 году получили Ленинскую премию. Как обычно с тех пор происходит проектирование свайных фундаментов? Сначала, понятное дело, на месте проводятся инженерные изыскания, на основе которых выбирается проектное решение – и начинается стройка. Но этот вот первый этап занимает два-три года, а за это время ситуация в конкретной выбранной точке на местности может измениться кардинально. Во-первых, даже обывателям, не только ученым, давно очевидна общая тенденция к деградации мерзлоты. Во-вторых, в момент начала устройства фундаментов мы уже нарушаем структуру грунтов.

А дальше начинается эксплуатация, влияние не которую оказывают, в том числе, и климатические изменения в динамике. Год на год в том же Норильске не приходится – то жаркое лето, то дождливое, то жаркое и сухое, то холодное и влажное. Все эти факторы тем или иным образом отражаются на состояние мерзлых грунтов. Но все это, повторюсь, недостаточно изучено. 

- Мне приходилось встречать такое обывательское мнение, что все города на вечной мерзлоте – это чуть ли не колоссы на глиняных ногах, они могут «поплыть» и развалиться в любой момент. Так ли все страшно на самом деле?

- В условиях, когда где-то происходят скрытые от нас процессы, которые очень сложно наблюдать и прогнозировать, зачастую катастрофы действительно случаются как бы неожиданно. В этой неожиданности и кроется угроза. У меня сохранился архив Михаила Васильевича Кима, который считается основоположником свайного строительства на мерзлых грунтах. Удивительно, но его рукописные статьи актуальны даже сегодня, как будто вчера были написаны. Специалисты уже тогда предвидели все нынешние проблемы.

Факторов, которые невозможно учесть при проектировании и эксплуатации объектов, множество – среда в Заполярье постоянно меняется. Например, существуют каноны, которые проектировщик обязан в своей работе учитывать. Но это не означает, что какой-то конкретный параметр, заложенный на старте, останется неизменным в течение всего жизненного цикла объекта. Так, считается, что грунты всегда будут оставаться в мерзлом состоянии, и изменение температурного режима недопустимо. Но каким образом можно это обеспечить? Предостережения мерзлотников не новость, пусть не все верят в опасность, но статистика – вещь упрямая: за последние 50 лет в черте Норильска температуры грунтов повысились на два градуса. Если в абсолютных цифрах, то, к примеру, на глубине 10 метров, где меньше влияние сезонных колебаний, было минус 4 градуса, а стало минус 2, и процесс этот в последние годы еще ускоряется. Конечно, в городе на мерзлоту влияет в большей степени антропогенный фактор, но есть и глобальные изменения, действующие во всей зоне многолетнемерзлых грунтов на планетарном уровне.

- В «Норникеле» уже заявили, что после ликвидации аварии компания проведет инженерную экспертизу, чтобы выяснить, почему осели сваи под емкостью с нефтепродуктами. Что порекомендуете в плане организации этой работы?

- Прежде всего, если действительно будет поставлена такая большая задача, необходимо составить программу исследований, которая позволит в итоге получить объективную оценку. Я бы предостерег от соблазна использовать стандартные методики. Вот есть обывательский подход – а давайте пробурим скважину, отберем керн и посмотрим, что там на глубине происходит. Но этот подход точно не позволит увидеть возможные скрытые проблемы.

Устойчивость объекта в условиях Арктики связана не только с грунтом, важен и материал свай, и фактическая глубина залегания, и уровень «защемления» свай в грунте, и состояние контактной зоны передачи нагрузки и многое другое. Необходимо качественное научно-техническое сопровождение таких исследований, поскольку данная сфера, повторюсь, недоизучена.

Также нужно понимать, что какой-то волшебной таблетки, готовых сценариев решения проблем, связанных с растеплением, и реагирования на такие риски не существует. У нас, к сожалению, не сохранилась проектно-архивная документация. Я давно настаиваю на том, что для каждого объекта в Норильске (и не только) нужно разработать геотехнический паспорт, который у эксплуатантов будет хранится, так сказать, до конца жизни конкретного строения. И в этом документе должны быть прописаны исходные стартовые данные, что в будущем поможет упростить задачу геотехнического мониторинга сооружений. Чтобы можно было данные актуальных измерений сравнить с теми параметрами, которые были приняты при проектировании. И если будут обнаружены расхождения – кричать караул и делать все, чтобы предотвратить угрозу. 

- А сейчас когда кричат караул? И есть ли сейчас возможность как-то предсказать растепление, и, соответственно, предотвратить аварии? Или это невозможно?

- Постфактум. Я иногда в шутку говорю – когда здание начинает «плакать», то есть появляются видимые деформации – например, трещины. Но серьезные повреждения, на самом деле, не всегда заметны. В теории фундаменты и строительные конструкции, которые проектируются в условиях мерзлых грунтов, должны обеспечить устойчивость конкретного объекта на местности в течение всего жизненного цикла. Любой объект проектируют как капитальное сооружение, а не на 20-30 лет, и различные факторы, в том числе климатические, не должны никоим образом повлиять на его устойчивость. Тем более что визуально отследить подобные изменения практически невозможно.

Инструментально можно – есть методики для такого мониторинга, но они не являются общеустановленными и общепринятыми. Ведь мерзлота – она разная. В Норильске один тип, в Воркуте – второй, в Магадане – третий. В свое время совсем не от хорошей жизни у нас в стране провели сейсмическое районирование. Эта вот тема как раз глубоко изучена, разработаны и нормативы для строительства в различных районах в зависимости от уровня сейсмоопасности – не только для фундаментов, но и для надземных сооружений. В случае с вечной мерзлотой таких подходов разработано не было. Исторически все объекты в Арктической зоне проектируют из понимания, что мерзлота – вот она просто вечная. Этот термин даже в нормативных документах прописан – основание фундаментов на вечномёрзлых грунтах. Хотя термин «вечная мерзлота» учеными не используется – ясно же, что нет ничего вечного. Правильнее было бы говорить «многолетнемерзлые грунты», где «много» – величина переменная. Но пока это не так.

Единственное, что научились учитывать – это особенности грунтов в зонах шельфовой мерзлоты. Мы же помним из школьной физики, что только дистиллированная вода замерзает при нуле градусов. А площадки в тех же селитебных зонах, которые активно эксплуатируется и где велико разнообразие загрязнителей? Такие вещества попадают в сезонный талый слой и, тем самым, изменяют химическую структуру влаги. Что, в свою очередь, отражается на температуре замерзания, от которой зависят физико-механические свойства мерзлоты. Все это в нормативной документации пока что никак не учитывается.

А каждый объект, повторюсь, требует индивидуального подхода. На его состояние может влиять масса факторов – ориентирование по сторонам света (на юго-запад или на северо-запад), направление ветра, наличие и периодичность осадков, снегоотложений и т.д. Очень много чего необходимо учитывать на старте, но расчетных моделей для этого не существует. На мой взгляд, на законодательном уровне должна быть закреплена необходимость т.н. геотехнического мониторинга и четко прописаны те факторы, которые нужно отслеживать. А также разработаны и утверждены методики такого отслеживания. Это все очень затратные мероприятия – вопрос, за чей счет будет банкет? Пока, увы, четкие правила игры не определены, разброд и шатание сложился в этой области. Да, есть понятие текущего мониторинга, есть представление о геотехническом обследовании объектов, нормативных документов в этой сфере очень много, но совершенно непонятно, какими из них надо пользоваться и на что прежде всего обращать внимание.