Зимники особого назначения

Транспорт и логистика Технологии
25 Ноября, 2021, 12:07
Зимники особого назначения


Транспортная инфраструктура является ключевой составляющей социально-экономического развития любого государства, поскольку произведённые товары необходимо доставить потребителю, а также перевезти самих потребителей в нужные им пункты назначения. Более того, согласно мировой практике, во время кризиса, когда вся рыночная экономика замирает, инфраструктурные проекты продолжают реализовываться. В России это было и в разгар кризиса 2008 года, и, особенно, 2014-го. И неудивительно, поскольку кризисы цикличны и конечны, а скорейшему посткризисному восстановлению экономики во многом способствует созданная (реконструированная, отремонтированная и т.п.) инфраструктура. По оценкам экспертов, 1 рубль инвестиций в транспортную инфраструктуру приносит до 4 рублей прироста внутреннего валового продукта (ВВП) и до 50 копеек дополнительных доходов бюджета на пятнадцатилетнем горизонте за счёт прямых и косвенных эффектов.

Транспортная инфраструктура объединяет множество объектов и субъектов. Освещать их все в одной статье нецелесообразно. Оговоримся сразу, что для России в целом наибольшую роль играет железнодорожный транспорт, поскольку, как это ни банально звучит, он менее «чувствителен» к погоде. Например, снегопады нередко парализуют движение одной из важнейших федеральных трасс – М5, а пассажирские и товарные поезда, при этом, продолжают своё параллельное движение. Но в России более 40% территории относится к регионам, где, даже при применении современных технологий, строительство железных дорог экономически необоснованно. Именно экономически, поскольку, если бюджет строительства был бы неограничен, то, скажем, при инвестировании полумиллиарда рублей в каждый километр, вероятно, удалось бы оттаять вечную мерзлоту, а затем поддерживать грунт в «оттаявшем» состоянии. В реальности стоимость строительства 1 км железных дорог в РФ в 2021 году в десять раз меньше и составляет порядка 50 млн. руб. Экономической неэффективности добавляет и отсутствие достаточных грузопассажирских потоков, позволяющих окупить инвестиции. К таким регионам в полной мере принадлежит весь северо-восток Зауралья, 95% территории которого относится к Арктической зоне Российской Федерации (АЗРФ).

В целом же, суровая северная природа одинаково беспощадна и к железным, и автомобильным дорогам. Так, например, выглядит участок трансполярной магистрали «Чум – Салехард – Игарка», строившейся в 1947-1953 годах заключёнными ГУЛАГа:


  

А так «скрутило» одну из автодорог Аляски:


  Согласитесь, что разница незначительная.

Но транспортное сообщение необходимо. В навигацию активно задействуется водный транспорт, в том числе, для нужд «северного завоза». Используется и авиация, но это самый дорогой и самый «метеозависимый» вид транспорта. Наиболее доступным в АЗРФ остаётся автомобильный транспорт. Именно он и будет рассматриваться в данной статье.


Чем дальше в Арктику -- тем меньше автодорог

Только 70% российских автодорог обладают твёрдым покрытием, а их средняя плотность составляет 57 км на тысячу километров площади страны. Для наглядности приведём таблицу зависимости протяжённости автодорог от площади первой десятки стран по размеру ВВП:

Страна

Площадь страны, млн. кв. км.

Протяжённость автодорог (тыс. км)

Км. на тысячу км. площади

1

Япония

0,38

1 210

3 184

2

Германия

0,36

645

1 792

3

Франция

0,55

951

1 729

4

Великобритания

0,24

394

1 642

5

Италия

0,3

487

1 623

6

Индия

3,29

3 320

1 009

7

США

9,83

6 506

662

8

Китай

9,6

4 106

428

9

Бразилия

8,51

1 752

206

10

Россия

17,12

982

57

Заметим, что к категории «твёрдое дорожное покрытие» относятся не только асфальтированные, но и дороги с гравийным и щебёночным покрытием. Доля именно асфальтированных дорог из всех «твёрдых» в РФ составляет порядка 45%.

В российской Арктике ситуация ещё напряжённее. Например, плотность автодорог в Таймырском автономном округе в 350 раз меньше среднего показателя по России, на Чукотке -- в 46 раз меньше, в Ненецком автономном округе (НАО) – в 33 раза. При этом в АЗРФ доля дорог с твёрдым покрытием составляет лишь 14%.

Относительно благополучная ситуация в Европейской части Арктической зоны РФ, регионы которой имеют прямую связь с федеральными трассами. Так, в Карелии плотность дорог с твёрдым покрытием всего в 1,3 раза меньше, чем среднероссийская, в Мурманской области – в 2,7 раза, в Архангельской области – в 3 раза. Чем дальше на восток -- тем хуже ситуация. У НАО вообще нет выхода на федеральную автодорожную сеть, а в Якутии около 90% территории находятся в так называемой «зоне сезонного транспортного обслуживания». Это означает, что добраться до большинства населённых пунктов можно лишь по «зимникам» – временным дорогам, которые прокладывают при наступлении стабильных минусовых температур. Например, в Якутии приходится ежегодно обустраивать более 9 тыс. километров зимников. Зимники на севере республики служат долго – с октября по май, а иногда и по июнь. Это частично решает проблему транспортной доступности северных улусов региона. Вместе с тем, их нельзя назвать альтернативой «классическим» автодорогам. Движение по ним небезопасно. Более того, их может попросту замести метелями. Всего в России ежегодно прокладывают более 28 тыс. км зимников. Например, в сезон 2019–2020 годов были официально открыты 174 таких дороги.


Как делается "специальный" зимник

Зимники можно условно разделить на дороги «общего» и «специального» назначения. По зимнику общего назначения перевезти тяжёлое оборудование очень непросто: техника будет закапываться в сугробах, проваливаться. Сильная пурга за несколько часов может намести сугробы высотой с человеческий рост. Поэтому к строительству зимников требования ненамного мягче, чем при строительстве дорог с твёрдым покрытием. И к ширине зимника, чтобы встречный автотранспорт мог относительно спокойно разъехаться, и к его высоте над тундрой, во избежание задувания и переметания, и к его уплотнению и намораживанию, чтобы исключить проваливания транспорта. Неудивительно, что стоимость работ по обустройству таких зимников может достигать сотен миллионов рублей, и это без учёта их последующего обслуживания! При этом напомним, что срок «жизни» зимника составляет около полугода, а с учётом тенденций на потепление климата в АЗРФ может ещё уменьшиться. 

Зимник специального назначения сооружается примерно так. Первоначально осуществляется трассирование, то есть по траектории будущего зимника проходит гусеничный транспортёр и делает его будущую разметку, устанавливая вешки. Важно выбирать наиболее подходящие места для прохождения зимника, где не очень много снега и его не будет сильно переметать во время пурги. Затем в ход идут мощные бульдозеры с большими волокушами для разравнивания снега (см. фото заставки).

После того, как сформируется наст, способный держать технику, бульдозеры с волокушами проходятся по будущему зимнику ещё раз, подготавливая его к проливке водой. Далее в ход идут автоцистерны с медленно вытекающей из них водой, а потом наступает очередь тракторов с волокушами из горизонтально расположенных колёс большого диаметра, разравнивающих образовавшийся лёд.    

  

Через 2-3 суток из смеси снежной кашицы и воды образуется полноценная ледовая дорога, с которой выдувается весь снег и по которой может передвигаться любая, в том числе тяжёлая техника, обеспечивающая доставку оборудования к углеводородным или рудным месторождениям АЗРФ. Это и есть зимник специального назначения. Строителями таких зимников являются подрядные организации, имеющие многолетний опыт работы в тундре и соответствующую технику. Помимо техники, задействованной на строительстве зимников, подрядчики обустраивают вахтовые мини-городки из бытовок и создают запасы топлива.

Неудивительно, что строительство зимников «специального» назначения хорошо оплачивается. Например, на обустройство 160-километрового зимника на Ямале для обеспечения разведочного бурения по контракту с одной из нефтяных компаний было потрачено 500 млн. рублей, а на его поддержание в течение четырёх месяцев – ещё около 250 млн. рублей. Зимники «общего» назначения многократно дешевле. 


ГОСТ для зимника

На первый взгляд, технология строительства зимников выглядит простой, но на деле это почти наука. До недавнего времени она регулировалось нормами, утверждёнными перед распадом СССР – в 1990 году. Но за прошедшие три десятка лет многое изменилось: автомобилей стало гораздо больше, появились многоосные самосвалы и многотоннажные фуры. Поэтому в августе 2020 года был принят новый ГОСТ для зимников и ледовых переправ за номером Р 58948-2020, разработанный в рамках российского национального проекта «Безопасные и качественные автомобильные дороги». Новый документ описывает требования к сезонным трассам. Теперь во всех регионах АЗРФ они будут создаваться по единым стандартам. Например, если по дороге проезжает до 500 автомобилей в сутки, то двигаться они могут со скоростью не выше 70 км/ч, а сам зимник должен быть шириной не менее 8 метров с двумя полосами движения. 

Особое внимание уделяется ледовым переправам. Толщина льда не должна быть менее 18 см, а температура воздуха – не выше -10°С, при этом проехать по такому тонкому льду могут лишь машины не тяжелее 4 тонн. Для зимников, проложенных по морской воде, ограничения ещё строже, поскольку соль снижает прочность льда. Все ледовые переправы должны быть освещены на съездах искусственным освещением, оборудованы светофором и шлагбаумом, а максимальная скорость движения по ним автомобилей не может превышать 20 км/ч. Любая поломка на северных трассах может привести к гибели водителя и пассажиров – они могут попросту замёрзнуть, не дождавшись помощи. Поэтому, среди прочего, новый ГОСТ предписывает создавать вдоль зимников места, где можно обогреться и сообщить о чрезвычайной ситуации. Создатели документа позаботились и о сохранении хрупкой арктической природы. В частности, теперь при выборе места прокладки будущей трассы или переправы будет необходимо учитывать пути миграции животных и места нереста рыб. А на ледовых переправах и в местах стоянок автомобилей должны быть установлены биотуалеты и мусорные баки.

Строгие требования должны сделать движение по зимникам почти таким же безопасным, как по обычным дорогам. Но это не означает, что со временем на смену дорогам из снега и льда не придут постоянные дороги с твёрдым, в том числе, асфальтовым покрытием. Развитие транспортной инфраструктуры в АЗРФ – один из стратегических приоритетов на государственном уровне. Технологии также развиваются. Поэтому с каждым годом зимников будет всё меньше. Например, 10 апреля 2020 года навсегда закрылась проработавшая не одно десятилетие сезонная трасса Надым – Салехард в Ямало-Ненецком автономном округе (ЯНАО). Её заменила дорога с твёрдым, частично асфальтированным покрытием. Завершение её строительства позволит сформировать основу для создания автотранспортной связи ЯНАО с Республикой Коми и европейской частью РФ.

   


Дороги и добыча

В целом, по данным ведущего научного сотрудника Института проблем транспорта (ИПТ) Российской академии наук Н.В. Шаталовой, протяжённость автомобильных дорог ЯНАО составляет 5 664,4 км, в том числе 3623,7 км – ведомственные; примерно 1 000 км – зимники: 13,2 км – общего пользования федерального значения; 1 053,7 км – автодороги общего пользования окружного значения с твёрдым покрытием, из них с усовершенствованным типом дорожной одежды – 983,7 км. Устойчивая связь по автодорогам имеется от границы с Ханты­-Мансийским автономным округом (ХМАО) до г. Надыма. От Салехарда существует автомобильное сообщение до с. Аксарка и г. Лабытнанги, а также посёлка Харп в направлении к Республике Коми. Функционирующие зимники: Аксарка – Яр-­Сале (178 км), Лабытнанги – Теги (360 км), Уренгой – Красноселькуп (138 км). Тем не менее, для дальнейшего освоения данной углеводородной житницы такого количества автодорог явно недостаточно. Плотность имеющихся дорог здесь в сотни раз меньше, чем в соседнем ХМАО, а по опыту эксплуатации нефтегазовых приисков в ХМАО была установлена корреляция между объёмом добычи нефти и протяжённостью дорог с твёрдым покрытием. При добыче порядка 300 млн. тонн в год необходимо иметь 3 000 км дорог с твёрдым покрытием. С учётом планов увеличения к 2030 году добычи газа на Ямале до 250 млдр. м3, потребуется не менее тысячи километров дорог.

Заметим, однако, что в самом Салехарде, являющемся столицей региона, входящего в пятёрку рейтинга регионов РФ по размеру валового регионального продукта (ВРП), никакая добыча не ведётся. Город преимущественно выполняет административные функции. В том числе и поэтому там налажено междугороднее и внутригородское автобусное сообщение. А ведь автобусы, вернее, их пассажиры, гораздо чувствительнее, чем грузы!

В местах, где из пассажирского транспорта эксплуатируются исключительно вахтовые автобусы на базе грузовиков повышенной проходимости и внедорожники сотрудников добывающих компаний, необходимости в немедленном асфальтировании нет. Например, как говорится на сайте Минвостокразвития, компания «Северная звезда» завершает первый этап строительства автомобильной дороги протяжённостью 56 км для транспортного обслуживания проекта освоения Сырадасайского месторождения угля на Таймырском полуострове.

«Для инвесторов самой большой в мире преференциальной территории – Арктической зоны Российской Федерации – созданы крайне удобные условия для реализации бизнес-идей. На 5 лет обнулены налоги на имущество, землю и прибыль, 10 лет действуют субсидирование 75% объема страховых взносов для вновь созданных рабочих мест, льготы по НДПИ в размере 0,5 от действующей ставки в отношении твёрдых полезных ископаемых для новых месторождений. Корпорация развития Дальнего Востока и Арктики сопровождает деятельность резидентов от упаковки до запуска проекта, поддерживает в операционной деятельности, оказывает услуги и предоставляет полезные сервисы. Функционирование экономического режима отражает заметный рост инвестиционной активности в российской Арктике. С каждым днём появляется всё больше новых проектов, которые реализуются в различных сферах: туризм, логистика, промышленное и пищевое производство, девелопмент и добыча полезных ископаемых. Новый бизнес положительно влияет на экономическое и социальное развитие всего региона», – отметил Владимир Гудков, заместитель директора департамента рассмотрения и анализа проектов Корпорации развития Дальнего Востока и Арктики.


      Он также подчеркнул, что строительство дороги идёт с соблюдением всех экологических требований, включая минимизацию воздействия на окружающую среду. Трассу отсыпают скальным грунтом без нарушения почвенно-растительного слоя. Таким образом, данная трасса будет относиться к дорогам с твёрдым покрытием, но её асфальтирование не планируется.


Невечная мерзлота

Северные промыслы в большинстве своём расположены в районах распространения низкотемпературных вечномёрзлых грунтов. Такие районы включают тундровые и лесотундровые пространства с торфянобугристыми, плоскобугристыми и кочковато­-ерниковыми типами тундр. Они характеризуются сплошным распространением вечномёрзлых грунтов мощностью 100 – 120 метров и температурой -2°С и ниже. Для таких районов характерны бугры пучения от 1,0 до 20 м и озёрные котловины термокарстов. Грунты, состоящие из глин, суглинков и песков, имеют высокую влажность и льдистость. Сезонное оттаивание грунтов обычно 1,0 – 1,5 м, а на заторфованных участках -- 0,3 – 0,5 м. С точки зрения пригодности для дорожного строительства арктические природные комплексы обладают различными возможностями.

На плоскобугристых торфяниках из-­за разной степени проявления мерзлоты и её прерывистого распространения, а также ввиду сложного микрорельефа, возникают трудности при строительстве дорог, особенно с сохранением температурного режима природной среды. Довольно сложным в конструктивном отношении становится земляное полотно дороги при прохождении трассы через крупнобугристые торфяники из-за большой высоты бугров и мощности торфа.

Крайне трудным является возведение земляного полотна на болотах: из-­за большой торфяной залежи, обводнённости и высокой влажности подстилающих торф глинистых грунтов. Следует иметь в виду, что столь сложные природные условия АЗРФ приводят к повышению трудоёмкости строительства дорог в 2 – 2,5 раза по сравнению с «материковыми» технологиями, а также к увеличению сроков строительства практически в три раза.

Помимо непосредственно строительства, огромную роль в Арктике играет проектирование автодорог с твёрдым покрытием. Грунты там неоднородны, и применять одну и ту же технологию на всей протяжённости трассы в АЗРФ недопустимо. Поэтому колоссальную значимость получают грамотные инженерно-геологические изыскания.  Когда вечномёрзлые грунты подтаивают, размягчаются, то развиваются опасные явления термокарста, солифлюкции. Простыми словами: это когда полотно расползается. По словам руководителя «Уренгойдорстроя» Александра Рыскова, «теплоизолирующие материалы, разумеется, применяются, однако их защитных свойств, предусмотренных проектом, уже недостаточно».

Не менее важны и рекомендации, часть из которых была разработана специально для строительства арктических дорог ещё в СССР. Например, проектировать и обустраивать трассу по принципу недопущения оттаивания вечномёрзлого грунта в основании насыпи -- или, по возможности, строить на промороженной торфяной плите, которая не оттаивает. Наряду с прочим, были разработаны нормативы по конструкции земляного полотна автодорог нефтегазовых промыслов для сложных грунтовых условий:


  

Современные наработки

Современные учёные и практики не отстают. В настоящее время активно ведётся разработка теоретических основ и практических методов строительства транспортных и гидротехнических сооружений из местных грунтов, укреплённых минеральными вяжущими с полимерными добавками и поверхностно-активными веществами (ПАВ) в условиях АЗРФ. Они комплексно решают следующие задачи:

§ Получение композиционных материалов на основе грунтов, минеральных вяжущих и полимерных добавок с формированием прочных и долговечных структур;

§ Обоснование требований к строительным материалам системы «грунт + вяжущее + полимерная добавка» для работы в условиях АЗРФ;

§ Разработка технологического и организационного комплекса по строительству элементов и конструкций для транспортных, гидротехнических и других сооружений из укреплённых грунтов с полимерными добавками и ПАВ.

§ Разработка новых химических добавок на базе местного сырья из отходов химической промышленности Сибири.

Более 90% территории РФ лишено каменных материалов. Это существенно затрудняет обустройство дорожных одежд. В этой связи наиболее перспективным материалом становятся местные грунты, обработанные неорганическими вяжущими веществами, однако их применение ограничено низкой водостойкостью и морозостойкостью. За последние 15 лет зарубежные учёные разработали ряд ПАВ, активно влияющих на формирование строительных материалов для автодорог, а точнее — на укреплённые грунты. Стоимость этих добавок без учёта таможенных сборов доходит до $20. При этом была зафиксирована нестабильность их свойств в процессе как транспортировки, так и хранения. Это существенно ограничивает использование импортных полимерных добавок, особенно в суровых климатических условиях АЗРФ.

Российские разработчики в качестве исходного материала используют местные грунты. Обработка грунта неорганическим вяжущим переводит его из рыхлого состояния в скальное. На строительном рынке РФ предлагаются отечественные и зарубежные полимерные добавки, предназначенные, преимущественно, для цементо- и асфальтобетонов. Поэтому необходимо широко привлекать к проведению НИОКР квалифицированных химиков и химические лаборатории университетов для получения новых полимерных добавок на основе применения местного сырья. В качестве такового могут использоваться отходы нефтехимических комбинатов (г. Тобольск, г. Омск, г. Иркутск и т.д.) или их продукция. 

Более того, получаемые в нефтегазоносных районах в результате бурения скважин отработанные буровые растворы (ОБР) также могут рассматриваться как потенциальный источник сырья. Параллельно решается экологическая задача по утилизации ОБР. Предварительные расчёты показывают, что стоимость российских полимерных добавок будет на порядок ниже по сравнению с импортными. Промышленное изготовление полимерных добавок может производиться в отечественных реакторах и вспомогательном оборудовании, а приготовление смесей «грунт + вяжущее + полимерная добавка» – в смесителях принудительного перемешивания отечественного производства. Для реализации задуманного необходима подготовка высококлассных специалистов для работы на химических реакторах и грунтосмесительных установках.

Одним из ведущих университетов в этой области является Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (ФГБОУ ВО «СибАДИ»). Уже сегодня его коллектив, среди прочего, ведёт следующие научно-практические разработки:  

-         Применение геосинтетических материалов для укрепления и упрочнения дорожных одежд, земляного полотна, зимников и ледовых переправ

-         Повышение устойчивости земляного полотна в зоне распространения многолетнемёрзлых грунтов с учётом местных условий и применяемых строительных материалов

-         Разработка мероприятий по восстановлению несущей способности земляного полотна и дорожных одежд автомобильных дорог в зоне распространения многолетнемёрзлых грунтов

-         Исследование возможностей использования стабилизаторов грунтов в рабочих слоях земляного полотна при строительстве, капитальном ремонте и ремонте автодорог и площадок

-         Обоснование применения золошлаковых смесей в качестве термобуферов автомобильных дорог на мерзлотных грунтах

-         Упрочнение мёрзлых грунтов

В заключение заметим, что обустраивать транспортную инфраструктуру АЗРФ устаревшими способами небезопасно и чревато дополнительными тратами бюджетных средств и частных инвестиций (в случае если проект реализуется в рамках государственно-частного партнёрства). Но наука не стоит на месте, и новые технологии активно вытесняют старые. Например, летом 2019 года шоссе до аэропорта Салехарда реконструировали, задействовав усовершенствованную технологию с использованием геотекстильного материала дорнита, торфа и отлично зарекомендовавшего себя в арктических условиях щебёночно-мастичного асфальтобетона. Более того, данная трасса оборудована различными датчиками, в том числе отслеживающими температуру нижнего и верхнего дорожных слоёв.

К сожалению, риск остаться без транспортного сообщения с «материком» в Арктике существует всегда. Периодически прерывается движение по многим участкам арктических дорог, особенно на переправах. Поэтому не только дороги, но и переправы, мосты и другие гидротехнические сооружения в АЗРФ играют огромное значение. Экстремальные перепады температур плохо сказываются на состоянии асфальтового покрытия: его нужно почти полностью обновлять после морозов ниже -50°С. Более того, приходится использовать дорогостоящее покрытие, рассчитанное на эксплуатацию в расширенном диапазоне температур. Также намного дороже, чем на «большой земле», обходится доставка спецтехники и материалов для строительства автотрасс. Однако без автодорог невозможны ни освоение Арктики, ни относительно комфортная жизнь на Крайнем Севере. Поэтому, несмотря на огромные расходы, в России реализуется целый ряд федеральных и региональных программ по развитию автодорожной инфраструктуры, а её обустройство признано приоритетом государственном важности.


Автор: Владимир Тишак  


далее в рубрике