Аналитический обзор по тематике

XI Международного симпозиума по проблемам

инженерного мерзлотоведения

г. Магадан (Россия), 5 - 8 сентября 2017 г.

В Оргкомитет симпозиума поступило более 160 заявок на участие с устными докладами, из них более 56 от иностранных участников. В трудах симпозиума опубликовано 142 тезиса докладов. В работе симпозиума приняли участие 106 человек, из которых 64 – россияне из 10 городов, 40 – из 7 городов Китайской народной республики, 2 – из Республики Беларусь (г. Минск). Специалисты-геокриологи, географы, гляциологи, геофизики, климатологи, представители бизнес-сообществ, инженеры, экологи и другие участники сипозиума, прибывшие в г. Магадан, являются представителями 34 организаций (20 – РФ, 13 – КНР и 1 – РБ). На симпозиуме заслушано и обсуждено 72 устных (48 российских и 24 иностранных) и 34 стендовых докладов.

         Работа симпозиум проходила в форме пленарного заседания, трех научных секций, круглого стола «Геокриологические проблемы Магаданской области» и заседания молодых мерзлотоведов (PYRN).

Пленарное заседание

Пленарное заседание было посвящено проблемам мониторинга природно-технических систем в криолитозоне России (селитебные территории, федеральные автомобильные дороги «Лена» и «Вилюй», грунтовые плотины, гидро- и горнотехнические сооружения алмазодобывающей промышлености) и Китая (Цинхай-Тибетский транспортный коридор). Были заслушаны доклады представителей ведущих организаций в области инженерного мерзлотоведения: Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, Главной государственной лаборатории инженерной геокриологии АН КНР, Национального исследовательского Московского государственного строительного университета (бывший МИСИ им. В.В. Куйбышева).

Эффективное развитие промышленного потенциала в пределах вечной мерзлоты невозможно без нарушения термодинамических условий ее существования. Особенно это проявляется при открытой добыче полезных ископаемых, строительстве и эксплуатации линейных сооружений, расширения селитебных территорий в условиях современного изменения климата. В связи с этим учеными разработана современная концепция геокриологического сопровождения строительства и эксплуатации технических систем, создан ряд уникальных технологий, обеспечивающих управление тепловым и механическим взаимодействием функционирующих природно-технических систем на территории вечной мерзлоты на основе использования возобновляемых естественных энергоисточников.

         Пленарное заседание внесло следующие предложения:

         - существенно доработать новый Свод Правил (СП39.13330.2012), в котором отсутствуют основные понятия «мерзлые» и «талые плотины» и принципы их проектирования на вечномерзлых грунтах;

         - вернуть в Свод Правил (СП39.13330.2012) нормы, главы и разделы предыдущего норматива СНиП2.06.05* «Грунтовые плотины», учитывающего особенности северного плотиностроения и объясняющего снижение аварийности и значительное повышение безопасности грунтовых плотин в криолитозоне в семидесятые-девяностые годы двадцатого столетия.

         Секция 1. Линейные, промышленно-гражданские и гидротехнические сооружения: физико-механические свойства мерзлых грунтов, криогенные процессы, моделирование

         На секцию было заявлено 38 докладов - 30 устных и 8 стендовых, из которых 9 докладов представлены молодыми учеными России и Китая. Заслушано 24 доклада (20 российских и 4 китайских участников). Тематически доклады можно сгруппировать по следующим направлениям:

         - моделирование тепловых процессов в сооружениях и окружающей их породном массиве;

         - моделирование современных тенденций изменения в криосфере в виде прогностических цифровых карт;

         - физика и механика мерзлых и мерзлых засоленных грунтов;

         - опыт эксплуатации и мониторинг горных, гидротехнических, авто и железнодорожных, трубопроводных систем в криолитозоне;

         - приборы и оборудование для проведения полевых и лабораторных мониторинговых исследований.

         Моделирование тепловых процессов в сооружениях и окружающих их породных массивов пополнился новыми быстродействующими комплексами с хорошей графической интерпретацией в 2D и 3D постановке задач.      Использование современных ГИС технологий позволило моделировать геокриологические процессы в криосфере и визуализировать их в виде серии тематических карт. Этот продукт широко используют в практике освоения нефтегазоносных провинций Арктики. Доклады на эту тему убедительно показали актуальность данного направления.

         Опыт эксплуатации и мониторинг горных, гидротехнических, авто и железнодорожных, трубопроводных систем в криолитозоне, представленный в докладах на секции показал актуальность мониторинга на всех стадиях «жизни» сооружения, начиная с изысканий, проектирования, строительства, эксплуатации и консервации объектов.

         Натурные мониторинговые исследования показали сложные, порой разнонаправленные, геокриологические процессы, происходящие в инженерных сооружениях и в криолитозоне в целом. В качестве примера был отмечен доклад Малковой Г.В. и др. «Климатические и геокриологические изменения на европейском Севере: результаты 35-летних исследований на объектах мониторинга». В докладе показано, что на фоне общего потепления климата на Европейском Севере на порядок сократилась глубина годовых теплооборотов. Этот факт требует продолжения мониторинговых исследований на этой территории и еще раз показал сложность взаимодействия атмосферы, гидросферы и литосферы.

         Секция отмечает, что все доклады несли элементы новизны, продемонстрировали высокий научный уровень и вызвали живой интерес участников симпозиума. Положительным моментом явилось то, что наряду с фундаментальными вопросами большинство докладов носил конкретный практически направленный характер, используемый при проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений. А это как раз и отвечало целям симпозиума – обсуждение проблем инженерного мерзлотоведения, обмен опытом исследований в области взаимодействия инженерных сооружений с окружающей средой, разработка ранней диагностики на основе мониторинга и практические рекомендации по обеспечению устойчивости сооружений.

         Секция 2. Тепловое и механическое взаимодействие мерзлых грунтов и инженерных сооружений в криолитозоне»

В работе секции приняли участие представители 14 научно-исследовательских учреждений Российской Федерации и Китайской народной республики. Было представлено 40 докладов, из них 22 российских и 18 китайских ученых. Заслушан 21 устный доклад, рассмотрены 19 стендовых.

Доклады посвящены актуальным вопросам взаимодействия сооружений с мерзлыми грунтовыми основаниями и изучения свойств и состояния мерзлых грунтов (в массиве и на образцах), которые можно объединить в следующие группы:

1) фундаменты и основания зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах: результаты полевых испытаний технологичных винтовых свай; данные лабораторных экспериментов по повышению степени использования потенциальной несущей способности грунтов основания с помощью рифленых свай; возможность расширения способа устройства фундаментов сооружений на подсыпке с теплоизоляцией; усовершенствованная конструкция здания с проветриваемым подпольем для сейсмических районов; результаты исследований теплового и напряженно-деформированного состояния мерзлых грунтовых оснований;

2) изменения инженерно-геокриологических условий под воздействием природных и техногенных факторов: результаты длительных мониторинговых наблюдений на стационаре в Центральной Якутии; в зоне влияния линейных сооружений в Южной и Центральной Якутии и высокогорной железной дороги в Цинхай-Тибетском нагорье; в основании первого на вечной мерзлоте здания с проветриваемым подпольем - Якутской ТЭЦ;

3) управление температурным режимом грунтов основания зданий и сооружений: охлаждение грунтов с помощью СОУ; результаты применения и перспективы использования методов охлаждения оснований зданий с помощью вентилируемого подполья; теплового покрытия и «холодных» свай; результаты экспериментального применения солнцеосадкозащитных навесов для охлаждения земляного полотна железных дорог и вмещающих магистральный трубопровод грунтов на ВСТО-1;  

4) вопросы прогнозирования температурного режима и прочности грунтовых оснований: обоснование расчетных параметров; метод восстановления граничных условий расчетных моделей температуры; метод определения длительной прочности грунтов после циклов промерзания-протаивания;

5) влияние циклов промерзания-протаивания на физические и деформационные характеристики грунтов;

6) способы и устройства для изучения свойств и состояния мерзлых грунтов в массиве и на образцах: метод определения сопротивления грунта сдвигу по границе талой и мерзлой зон; перспективный способ изучения мерзлых грунтов в массиве статическим зондированием;

7) использование природных ресурсов: охлаждение основания нефтяных резервуаров и нагрев нефти с помощью теплового насоса; технологии использования теплоты фазовых переходов воды в системах охлаждения и нагревания.

Представленные доклады разнообразны по актуальности, новизне, а также по презентации материала.

В результате обсуждения представленных докладов участники секции рекомендуют для включения в общее решение симпозиума следующее:

- продолжать разработку новых типов и конструкций фундаментов и технологий их возведения, обеспечивающих высокую несущую способность мерзлых грунтовых оснований;

- проводить дальнейшие исследования влияния природных и техногенных факторов на геокриологические условия оснований зданий и сооружений;

- развивать методы расчета и моделирования теплового и напряженно-деформированного состояния оснований сооружений;

- продолжать разрабатывать и усовершенствовать   способы и устройства управления температурным режимом мерзлых грунтов оснований;

- проводить следующие симпозиумы на русском и китайском языках (предложение китайской делегации);

- проводить отраслевые конференции по инженерному мерзлотоведению (предложение СВФУ);

- организовывать на конференциях экскурсии на инженерные объекты с удачным и неудачным проектными решениями.

       Секция 3. Урбанизация криолитозоны в условиях меняющегося климата: теплофизические, геофизические, гидрогеологические и геоэкологические аспекты

На были заслушаны 26 устных и 7 стендовых доклада. В работе секции приняли личное участие более 40 человек в качестве докладчиков и слушателей. Из числа первых авторов докладов 7 человек являются молодыми учеными в возрасте до 35 лет.

Представленные на секции доклады касались прикладных вопросов мерзлотоведения, геофизики, гидрогеологии и гидрологии. Среди них рассматривались особенности применения различных геофизических методов в области криолитозоны, химического состава различных типов подземных вод в естественных и нарушенных условиях зоны мерзлоты, процессы формирования субаэральных таликов и режима над- и межмерзлотных подземных вод и родникового стока в их связи с климатической изменчивостью в условиях многолетней мерзлоты и сезонного промерзания.

Были представлены доклады, раскрывающие возможности новых методов исследования, включая математическое моделирование, геофизические методы, а также экспериментальные работы.

В ходе работы секции были озвучены следующие предложения:

- в связи с недостаточностью экспериментальных данных провести исследование сейсмодефицита ответственных объектов существующей застройки в Магаданской области;

- поддержать предложение о развитии методов мониторинга состояния многолетнемерзлых грунтов по электрическим параметрам переходного слоя геоэлектрического разреза;

- рекомендовать к использованию методику расчета притока воды к водохранилищу Колымской ГЭС, основанную на детерминированном моделировании формирования стока воды, учитывающие отклик мерзлоты процессов формирования стока на изменения климата

- в условиях ограниченных ресурсов, огромных территорий и катастрофического уменьшения плотности наблюдательной гидрометеорологической сети создать сеть научно-исследовательских водосборов для исследования гидрологических процессов в зоне многолетней мерзлоты Магаданской области для последующей разработки территориальных строительных норм и правил для оценки инженерных характеристик стока;

- рекомендуется уделить внимание изучению закономерностей распространения и инженерно-геологического строения позднечетвертичных дюнных отложений Центральной Якутии как одного из наиболее перспективных типов грунтов для строительства линейных сооружений;

- оценить значимость и перспективность для инженерного мерзлотоведения мониторинга и прогнозирования опасных экзогенных-криогенных процессов для обеспечения безопасности эксплуатации техногенных объектов в Арктике и Субарктике;

        - уделить внимание изучению особенностей формирования, режима, использования и охраны родников криолитозоны, их каптажа и оценки влияния на сток северных рек;

- в связи с широким применением геофизических методов при решении различных геокриологических задач желательно усилить работы по изучению физических свойств разнотипных мерзлых горных пород в научных организациях России, КНР и других стран;

- выработать единые требования к оформлению презентаций докладов симпозиума;

- упразднить секции симпозиума; заслушивать отобранные Оргомитетом симпозиума наиболее значимые устные доклады в одном зале, чтобы у всех была возможность их послушать и обсудить; остальные доклады представлять как постерные;

- необходимо издание трудов симпозиума в одном сборнике с регистрацией его в WOS и РИНЦ и изданием на 3-х языках: русском, английском, китайском;

- к рабочим языкам симпозиума добавить язык страны – хозяйки его проведения.

       Круглый стол «Геокриологические проблемы Магаданской области».

         Круглый стол прошел в присутствии заместителя Губернатора Магаданской области Озимка И.Д. и был посвящен обсуждению следующих вопросов:

         1) «Геокриологические риски при эксплуатации автомобильной дороги Колыма»;

         2) «Современные проблемы фундаментостроения Магаданской области» (деформации здания и ВПП аэропорта Сокол; жилые здания г. Магадана и др.);

         3) К 70-летию Колымской водобалансовой станции: перспективы восстановления инфраструктуры и развития научных исследований.

         Презентации по этим вопросам представили сотрудники ИМЗ СО РАН Гулый С.А., Власов В.П. и Макарьева О.М.

         В обсуждении приняли участие 55 представителей всех трех секций симпозиума. Были приведены примеры успешного устранения деформаций зданий вследствие геокриологических процессов в их основаниях в гг. Чита, Магадан и Якутск.

         Были высказаны следующие предложения:

         - в период работы симпозиума необходимо показывать участникам проблемные сооружения в регионах, чтобы предметно обсуждать возможные варианты решения этих проблем;

         - необходимо на региональном и государственном уровне вводить научное сопровождение этапов изысканий, проектирования и строительства зданий и инженерных сооружений для адекватных оперативных мер во избежание возможных, в т.ч. катастрофических деформаций;

         - обратиться к Губернатору Магаданской области с письмом-обоснованием от имени симпозиума о необходимости:

         1) введения геокриологического мониторинга для инженерных сооружений (автодорог, зданий, гидротехнических сооружений и др.) на территории области. Сформулировать бюджетный вариант стоимости этой работы;

         2) восстановления инфраструктуры и развития научных исследований на Колымской водобалансовой станции, имеющей уникальный многолетний ряд гидрологических наблюдений в криолитозоне и представляющей огромное практическое значение для безопасной жизнедеятельности в Магаданской области.

         Заседание молодых мерзлотоведов (PYRN)

         На молодежном заседании присутствовало около 40 человек. С презентацией программы по предоставлению грантов для молодых иностранных ученых для обучения и работы в Китае выступил заместитель директора Главной государственной лаборатории инженерной геокриологии Северо-Западного института экологии и природных ресурсов АН КНР (г. Ланьчжоу) проф. Взень Чжи.

         Академией наук КНР, Министерством науки КНР и различными отраслевыми министерствами КНР предоставляются гранты по любым наукам, в т.ч. наукам о Земле. Для получения гранта по своей научной работе необходимо найти партнера в Китае. В качестве первого шага в получении гранта можно связаться с проф. Чжан Цзе, который окажет содействие и консультативную помощь.

Заслушав и обсудив представленные доклады XI Международный симпозиум по проблемам инженерного мерзлотоведения констатировал:

- симпозиум прошел на высоком научном и научно-организационном уровне;

- в последние годы существенно повысился уровень теоретических, научно-методических и прикладных разработок в области инженерного мерзлотоведения, ведется целенаправленная работа по минимизации времени на их внедрение, в целом выросла инновационная направленность геокриологических исследований;

- успешно решаются проблемы использования современных средств управления геокриологическими условиями для обеспечения высокой эффективности проектирования, строительства и эксплуатации линейных сооружений в криолитозоне с использованием инновационных материалов и технологий;

- теоретически обоснованы и успешно развиваются новые научные направления: физико-химия и механика мерзлых пород; криогенные ресурсы: закономерности формирования и технология их использования; геокриология урбанизированных территорий криолитозоны и др.;

         - моделирование тепловых процессов в сооружениях и окружающих их породных массивов проводится с помощью новых быстродействующих комплексов с хорошей графической интерпретацией в 2D и 3D постановке задач;

         - использование современных ГИС технологий позволило моделировать геокриологические процессы в криосфере и визуализировать их в виде серии тематических карт.

         Среди молодых ученых были отмечены дипломами и премиями доклады следующих пятерых участников (трое из России и двое из Китая):

        - аспирант кафедры мерзлотоведения МГУ им. М.В. Ломоносова Чжан А.А. на тему «Георадиолокационное исследование эффективности применения теплоизоляторов на железной дороге АЯМ»;

         - аспирант Главной государственной лаборатории инженерной геокриологии Северо-Западного института экологии и природных ресурсов АН КНР Ху Чжан на тему «Изменение порового давления в высокотемпературных и сильнольдистых мерзлых грунтах при нагрузках»;

         - младший научный сотрудник Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН Бажин К.И. н тему          Применение электротомографии для изучения состояния гидротехнических сооружений

         - ведущий инженер Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова Набережный А.Д. по теме «Исследование способов повышения несущей способности основания по боковой поверхности свайных фундаментов»;

         - аспирант факультета гидромелиорации и гидротехники Хохайского университета КНР Ян Лу по теме «Трещинообразование в набухающих грунтах при многократном промерзании-протаивании».