Следить за мерзлотой

В Центре мониторинга зданий и сооружений Заполярного филиала «Норникеля» в марте запустят в промышленную эксплуатацию единый диспетчерский пункт, в который в онлайн-режиме с конца 2021 года стекаются все данные со строящейся в Норильске системы мониторинга «вечной мерзлоты». 

Уникальный проект, который позволит обеспечить безопасность и эксплуатационную надежность зданий и сооружений в суровых арктических условиях, «Норникель» реализуется с 2020 года. Катализатором для запуска этой работы стал, естественно, инцидент с разгерметизацией резервуара хранения дизельного топлива №5 на Норильской ТЭЦ-3, принадлежащего АО «Норильско-Таймырская энергетическая компания» (АО «НТЭК»). Летом прошлого года компания запустила в Норильске обновленную геотехническую систему мониторинга, ключевым элементом которой и стал диспетчерский пункт.

Цель всего проекта очевидна: «Обеспечить постоянное автоматизированное наблюдение за температурой многолетнемерзлых грунтов оснований и деформационным поведением строительных конструкций фундаментов, а также температурно-влажностным режимом в технических подпольях». Благодаря этому откроется возможность безаварийно эксплуатировать все объекты и сооружения «Норникеля», а в перспективе – даже жилую инфраструктуру города, «своевременно выявлять потенциально опасные дефекты и отклонения, способные привести к повреждению зданий и сооружений или их отдельных элементов».

О запуске системы в пилотном режиме «Кислород.ЛАЙФ» рассказывал осенью прошлого года (подробнее – по этой ссылке). Инвестиции компании в первый этап составили около 1,4 млрд рублей. В эту сумму вошли расходы на разработку проектно-сметной документации и информационно-диагностической системы, а также на бурение термометрических скважин и установку датчиков.

Начали с хранилищ топлива и АБК

На данный момент система охватывает 165 объектов. В первую очередь – это все резервуарные парки и хранилища емкостью от тысячи кубов: три нефтебазы Таймырской топливной компании, 11 объектов АО «НТЭК» – хранилища аварийного запаса дизельного топлива на Норильских ТЭЦ-1, ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3, а также резервуары «Норильсктрансгаза» и «Норильскгазпрома». Подключены к наблюдениям административно-бытовые комплексы и здания промышленного назначения на рудниках, а также здания, в которых единовременно находится большое количество людей. Это управление Заполярного филиала на Гвардейской площади, объекты культурного наследия исторического Норильска, например, дом на Ленинском проспекте, д. 2, плавательный бассейн, корпоративный университет «Норникеля», новейший спортивно-развлекательный комплекс «Арена», гостиница «Норильск» и др. 

Под всеми выбранными было пробурено 416 скважин, и в 340 из них уже оснастили датчиками (по остальным еще требуется уточнить геологические условия), реагирующими на изменение температуры грунтов у оснований. Еще 95 термокос установили в существовавшие скважины (в советские годы, по некоторым данным, в Норильске работало до 5 тыс. термотрубок). Для нужд изыскания осталось пробурить еще 66 термотрубок.

Но кроме них в системе мониторинга устанавливают и другие, совершенно новые для НПР приборы. Например, 716 инклинометров на зданиях, которые реагируют на отклонения фундаментов любых типов (по принципу гироскопа измеряют углы наклона различных объектов относительно гравитационного поля Земли). В планах были и грунтовые инклинометры, но пока обошлись без них, так как в периметре первой очереди не нашлось объектов «с необходимостью определения послойного смещения основания». 

Также установлено 49 датчиков, фиксирующих влажность и температуру на объектах с техническим подпольем (это позволит своевременно выявлять протечки коммуникаций – самая распространенная проблема, влияющая на состояние многолетнемерзлых грунтов). Ранее в «Норникеле» сообщали, что будут устанавливать еще и акселерометры, способные отслеживать продольные и поперечные колебания строительных конструкций (сами колебания могут зависеть как от подвижек грунта, так и от поведения самих конструкций уже на поверхности). Но в новостях о запуске первой очереди системы мониторинга о таких приборах не упоминается. Возможно, потому, что за деформационным поведением зданий и сооружений в НПР следят сейчас в том числе и с использованием технологии спутниковой интерферометрии, выполненной специалистами компании «Совзонд». 

«Для каждого контролируемого датчиком показателя были разработаны критерии безопасности – параметры, которые позволяют определить уровень технического состояния здания, получить прогноз его изменения. ао всем зданиям и сооружениям, вошедшим в первую очередь, мы провели комплексные обследования для определения их фактического состояния и составления расчетных схем, – рассказал журналистам заместитель главного инженера ЗФ «Норникеля» Антон Прямицкий. – По данным расчетных схем определены пороговые значения, при которых строение может перейти из исправного в ограниченно-работоспособное или в аварийное состояние. Дальше уже сама система непрерывно считывает показания датчиков, сопоставляя получаемые данные с разработанными критериями безопасности, и автоматически делает вывод, какой уровень технического состояния на данный момент у того или иного сооружения. Информация с этих датчиков собирается, анализируется, поступает в центр, и здесь мы имеем информацию о фактическом уровне технического состояния наших зданий». 

«Мы видим температуру грунтов оснований, геометрическое отклонение основных несущих конструкций объекта. Раньше для этого требовался выезд дежурного персонала к термотрубкам и фундаментам, ручные замеры: термометр опускался в скважину, и лишь спустя два часа можно было получить данные, которые записывались в специальные журналы. А для определения геометрических отклонений необходимо было тоже в ручном режиме выполнять замеры с применением геодезического оборудования. За раз нужно было объехать несколько объектов. Все это могло занимать несколько дней, и только после этого мы получали общую информацию. Сегодня же данные автоматически поступают сюда, обрабатываются в центре, и сотрудники могут оперативно принимать решение о дальнейших действиях», – рассказал газете «Заполярная правда» Богдан Самокоз, главный специалист проектного офиса по реализации проектов мониторинга зданий и сооружений ЗФ «Норникеля». 

В случае превышения контролируемых показателей сработает автоматическое оповещение, и на объект сразу же отправят бригаду и все необходимые меры будут приняты заблаговременно. По данным «Северного города», инциденты диспетчерский пункт уже обнаруживал: так, недавно на одном из объектов была зафиксирована разгерметизация паропровода. Проблему погасили в зародыше. 

По словам Самокоза, функционал системы позволяет также агрегировать и всю техническую информацию: под рукой всегда окажутся все чертежи, планы, результаты инженерных изысканий за прошлые годы: «Мы подняли многолетний архив, оцифровываем его, чтобы собрать целую базу данных. Еще система позволяет планировать нашу деятельность, например, мероприятия по обследованию зданий».

В дальнейших планах компании – оснастить датчиками, проводными и беспроводными системами передачи данных 55 опасных производственных объектов АО «НТЭК», а также гидротехнические сооружения Норильского дивизиона – пять хвостохранилищ. По оценкам «Норникеля», реализация второй очереди проекта, которая начнется в текущем году и продлится до середины 2024 года, обойдется в 1,7 млрд рублей. А в рамках третьей очереди к глобальной информационно-диагностической системе мониторинга может быть подключено около 1,5 тыс. объектов, в том числе насосные станции и электрические подстанции, трубопроводы различного назначения, напорный гидротранспорт, железнодорожные пути, мостовые переходы и, возможно, даже газопроводы. 

Оборудованием  уже оснастили железнодорожный мост через реку Наледную. «Там установлены датчики волоконно-оптического типа, позволяющие наблюдать за напряжением в пролете моста при прохождении составов. Это своего рода тренировочный объект перед главным мостом города – через реку Норильскую», – рассказал Антон Прямицкий. С мостами «Норникелю» помогают специалисты МГТУ им. Баумана. Ключевая задача – разработать датчики, способные работать при температурах до минус 50-60 градусов по Цельсию. «Сегодня все стандартные инклинометры работают при температуре до минус 30 градусов. Но сейчас мы ведем работу с теми же «бауманцами» по разработке моделей для более низких температур. Технически это возможно», – заявил Прямицкий.

На очереди – город

В перспективе к диспетчерскому пункту «Норникеля» планируется подключить и систему городского мониторинга. Сегодня в «Большом Норильске» 859 многоквартирных домов. «Из них 246 стоят на особом контроле по деформации конструктива из-за растепления грунта и, как следствие, разрушения фундамента. Еще 274 дома – по частичному разрушению материалов здания. Как мы видим, наш город хоть и молодой, но изнашивается. Поэтому администрация Норильска приняла решение о создании единого центра, который будет заниматься мониторингом температур, а также состоянием многоквартирных домов», – рассказал газете «Заполярная правда» Роман Красовский, заместитель главы города Норильска по территориальному развитию.

По его словам, «в будущем хотим, чтобы все жилые дома Большого Норильска были под таким наблюдением. Мы уверены, что технологии, которые сегодня внедряются на нашей территории, помогут другим арктическим регионам, у которых есть схожие проблемы». «Запуск автоматической информационно-диагностической системы, в которую в дальнейшем мы планируем включать информацию из единой городской диспетчерской, позволит более оперативно реагировать на изменения, которые могут привести к техногенным ситуациям. Эта информация необходима для составления моделей, задача которых – прогнозировать, что будет происходить с фундаментами и основаниями зданий с учетом глобального изменения климата», – добавляет Антон Прямицкий. 

Обобщенные данные диспетчерского пункта Центра мониторинга зданий и сооружений ЗФ «Норникеля» планируется передавать в Научно-исследовательский центр технологий строительства и мониторинга состояния зданий и сооружений на северных арктических территориях, созданный в Заполярном государственном университете им. Н.М. Федоровского.

А для проведения прогнозных исследований о поведении «вечной мерзлоты» в условиях глобальных изменений климата в НПР построят и сеть опорных глубинных скважин: семь температурных трубок глубиной более 200 метров каждая. По предварительным подсчетам, бурение только одной такой скважины обойдется в сумму от 5 до 10 млн рублей. В отличие от термотрубок под жилыми домами и промышленными объектами, глубинные скважины будут собирать данные не об антропогенном влиянии на состояние многлетнемерзлых грунтов, а наблюдать за изменениями температурного состояния всей толщи пород. Поэтому пробурят эти термотрубки за чертой города, чтобы исключить фоновое воздействие различных построек, производства и дорог. 

Однако одну скважину разместят в центре Норильска. В 1960-е так уже делали – измерительная «трубка» долгие годы располагалась прямо на Ленинском проспекте, в районе дома № 25а. Сейчас на этом месте находится торговый центр, поэтому инструмент «большой науки» уберечь не удалось. «Но совместно с администрацией города сотрудники университета выбрали участок за магазином, где пробурят современный аналог предыдущей скважины. Трубку оснастят термокосой, а датчики разместят через специально заданный шаг. До глубины в 150 метров – двухметровый интервал, ниже – один метр, а ближе к зоне нулевых амплитуд – полметра. Полученная информация со всех глубинных скважин будет поступать на сервер ЗФ», сообщает «Заполярная правда». По данным газеты, бурить все эти скважины начнут этой весной и стартуют именно с городской термотрубки, глубина которой может достигнуть и 380 метров. 

Таким образом, развитие геотехнического мониторинга на современном этапе в НПР направлено не только на минимизацию рисков отказов грунтовых оснований зданий и сооружений в связи с глобальным изменением температур, но и на повышение эффективности прогнозирования – «для своевременной разработки мер по предотвращению негативного влияния повышения температуры на многолетнемерзлые грунты». Для этого оперативный мониторинг и будет дополняться фоновыми наблюдениями. И «большая наука» пойдет в ногу с текущей практикой. В перспективе планируется разработка региональной климатической модели.