А. Г. Кизим, А. О. Яковлев, А. Г. Осипов

«Опыт применения методов инфракрасной тепловой диагностики на гидротехнических сооружениях Норильского промрайона».

 

Тепловизионная наземная и аэросъемка (инфракрасная тепловая диагностика) применяется на гидротехнических сооружениях ОАО НГК с 1997 года.

Съемка выполняется лабораторией термодиагностики при управлении главного механика ОАО «НГК». В основе использования методов инфракрасной тепловой диагностики  лежат идущие в деятельном слое грунта изменения, связанные с тепловлагопереносом, что дает физическую возможность оценки характера и интенсивности развития физико-геологических процессов связанных с динамикой тепла и влаги.

Таковыми являются термокарст и термоэрозия как естественного, так и техногенного происхождения, связанные с растеплением грунта промышленными сбросами и фильтрационными утечками из хвостохранилищ. Целесообразность применения дистанционных методов инфракрасной тепловой диагностики на этих объектах - хвостохранилищах НМЗ и «Лебяжье» ОАО "Норильская горная компания" обусловлена их значительными линейными размерами, удаленностью и труднодоступностью. Тепловизионная аэросъемка хвостохранилищ выполняется лабораторией термодиагностики по заданию гидротехнической службы УНСОФ ежегодно в рамках ведения мониторинга безопасности.

В ходе выполнения данных работ применимость метода инфракрасной тепловой диагностики была апробирована и заверена постановкой буровых работ, маршрутными натурными наблюдениями и обследованиями, режимными наблюдениями в пьезометрических и термометрических скважинах. В 1999 году лабораторией термодиагностики  совместно с ГС УНСОФ была разработана легенда к картам тепловизионной съемки и данный метод перешел в разряд «штатных» при ведении мониторинга ГТС. Несомненным достоинством метода является возможность выявления с его помощью участков фильтрации из хвостохранилищ; формирования техногенных таликов на ранних стадиях их развития, нарушений технологии намыва и т.д. оперативно без дополнительных транспортных и трудозатрат при доставке и работе с персонала на труднодоступных объектах. Очевидный недостаток метода – качественный характер получаемых результатов и невысокая глубинность исследований, мелкий масштаб тепловых карт, получаемых при аэросъемке, сложность точной масштабной плановой привязки этих карт к топооснове. Практически, тепловая карта отражает лишь участки дневной поверхности с различной влажностью и температурой, но при грамотном анализе полученных результатов и рассмотрении их в комплексе с имеющимися данными полевых работ позволяет сделать на качественном уровне, в том числе и прогнозные выводы о возможных тенденциях растепления грунтов, формировании фильтрационных потоков и т.д.

В июле 2000 года произошли деформации опор и создалась угроза разрушения 2 и 3 ниток  газопровод «Мессояха – Норильск» на участке их перехода через пойму р. Шучьей. Участок расположен в труднодоступном  заозеренном тундровом районе в 5 км севернее  селитебной и  промышленной зоны г. Норильска. Гидротехнической службе УНСОФ было поручено проведение исследований причин деформаций и принятие совместно с управлением  строительства с ОАО НГК и «Норильскгазпромом» инженерных решений по реконструкции и восстановлению аварийных газопроводов. Ремонтно-восстановительные работы было необходимо выполнить до конца  сентября, т.е. до ледостава и установления устойчивого снежного покрова; таким образом сроки работ были установлены максимально сжатыми.

Выполнение ГС УНСОФ рекогносцировочные маршрутные наблюдения и авиадесантные работы позволили выявить предполагаемые причины деформаций. Таковой причиной являлось в первую очередь  техногенное регулирование стока р. Щучьей сбросами в нее вод городских очистных сооружений. Резкие изменения объема и интенсивности сбросов  в течение года привели к отложению в русле  реки тонкодисперсных супесчано-суглинистых грунтов из состава  взвеси водного потока. Это явилось результатом изменения конфигурации русла и расчленение единого русла на серию рукавов и проток в низкой пойме.

Поскольку долина реки сложена сильнольдистыми аллювиально-озерными вальковскими глинистыми отложениями, в бортах долины при изменении конфигурации русла началась интенсивная деградация мерзлоты, термоэрозия и размыв берегов. Изменение глубин  реки привело, очевидно, и к изменениям  конфигурации подруслового талика, а в зимний период в результате изменения скоростей течения реки на расширенных участках поймы началось формирование наледных полей, прорезаемых отдельными рукавами реки (фото 1).

Фото 1. Наледное поле в месте пересечения долины р. Щучья 2 и 3 нитками газопровода.

Результатом воздействия вышеперечисленных физико-геологических процессов явились интенсивные неравномерные просадки и смещения опор-стоек газопровода как в низкой пойме, так и в русле реки,  падение трубы 3 нитки с опор (фото 2).

 

Фото 2. Общий вид 3 нитки газопровода на участке деформации опор.

 

В силу сжатых сроков работ было принято решение об усилении опор и подъеме трубы с последующей установкой вантовых опор в 2001 году. Однако для организации восстановительных работ, обеспечения проезда техники к месту их проведения, а также работоспособности опор в зимний период 2000-2001 года необходимо было обеспечить поддержание  постоянной конфигурации русла реки в этот период, наличие единого узкого и глубокого русла. Для  реализации поставленной задачи было принято решение о проведении русловыпрямительных и дноуглубительных работ земснарядом или экскаватором с берега реки. Для определения объемов земляных работ и выявления первоочередных участков дноуглубления требовалось проведение промерных гидрологических работ, построение детальной карты глубин, определение конфигурации и площади поперечного сечения потока и т.д. Данные работы были поручены Талнахской гидрометеорологической экспедиции и выполнялись ее силами вплоть до начала зимнего периода в связи со значительной площадью участка реки и его труднодоступностью. Для обеспечения немедленного начала земляных работ на наиболее критичных участках специалистами ГС УНСОФ было принято решение о выполнении тепловизионной аэросъемки всей поймы реки между 1 и 3 нитками газопровода на участке протяженностью 5 км.

Суммарные затраты времени на съемку составили 3 летных часа вертолета МИ-8 с двумя заверочными посадками и наземной съемкой 2 и 3 ниток газопровода. После выполнения камеральных работ на основе наработанного опыта и апробации методы, а также составленной легенды была построена тепловая карта участка (рис 1).

 

Рис.1. Фрагмент тепловой карты долины на участках пересечения ее 2 и 3 нитками газопровода.

 Полученные результаты превзошли все ожидания – инфракрасная тепловая диагностика позволила выделить градации изменения глубин с точностью до 0,2-0,3м, что послужило вполне достаточной основой для проектирования дноуглубительных работ, которые и были выполнены с берегов экскаватором в кратчайшие сроки. Результатом выполнения работ явилось прекращение заиливания русла на участке 2 и 3 ниток газопровода. Данные рекогносцировочного обследования, выполненного ГС УНСОФ по окончании дноуглубительных работ, показали прекращение размыва берегов, относительную стабилизацию термоэрозии. Работы по реконструкции опор были выполнены в установленные сроки – до наступления зимнего периода. Летом 2001 г на основании результатов тепловизионной съемки и выполненных ТГМЭ гидрологических работ планируется проведение крупномасштабных дноуглубительных и русловыпрямительных работ с применением плавучего земснаряда.

            Таким образом, применением  методов инфракрасной тепловой диагностики  положительно зарекомендовало себя  при оперативном решении  нетиповой гидрологической задачи в условиях труднодоступного протяженного участка и сжатых сроков работ.

            Исходя из опыта  выполненных работ метод может быть рекомендован к применению:

-                       при проведении обследований технического состояния крупных шламовых, хвостовых и гидроотвальных  хозяйств, протяженных линейных сооружений (трасс газо-, нефте-, пульпо- и водопроводов, авто- и железных дорог);

-                       при  проведении  гидрологических работ на труднодоступных водотоках и водоемах небольшой (до 3 м) глубины со сложной конфигурацией поймы и русла;

-                       на ранних стадиях (ТЭО, ТЭР, ВП) инженерно-геологических изысканий площадных и линейных объектов в качестве основы для постановки  детальных работ  и при составлении программ на изыскания;

-                       при выполнении гидрологических и инженерно-геологических съемок, масштаба 1:200 000 – 1: 50 000, геологических съемок четвертичных отложений, мерзлотной съемки.