Использование горелых пород при подземной прокладке кабельных линий связи в криолитозоне

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью освоения природных ресурсов и расширения селитебных зон арктических регионов Российской Федерации. Развитие данных территорий криолитозоны осложняется негативным влиянием криогенных процессов на строительство и эксплуатацию линейных инженерных сооружений, в частности, на подземную прокладку кабельных линий связи. Цель: обосновать и разработать новую технологию подземной прокладки кабельных линий связи, минимизирующую влияние негативных криогенных процессов, в частности, морозобойного растрескивания грунтов, на надежность эксплуатации, без существенного увеличения трудоемкости процесса укладки кабелей на магистральных и селитебных участках. Объекты: магистральные и селитебные участки подземных кабельных линий связи в период строительства и эксплуатации. Методы: аналитические расчеты температурного режима мерзлых грунтов с целью выбора оптимальной концентрации водного раствора этиленгликоля для создания искусственной охранной грунтовой зоны вокруг кабеля; лабораторные исследования горелых пород Кильдямского месторождения для оценки целесообразности их использования в качестве защитной породной зоны вокруг кабеля. Результаты. Проанализированы основные особенности технологий подземной укладки кабелей в деятельном слое многолетнемёрзлых грунтов. Показано, что основным фактором, негативно влияющим на надежность кабельной связи, является образование морозобойных трещин в деятельном слое грунта в осенний период, которое приводит к повреждению оболочки, а зачастую и к полному разрушению кабеля и необходимости его замены на больших участках. Рассмотрены и проанализированы основные способы борьбы с морозобойным растрескиванием грунтов, которые рекомендуются ведомственными инструкциями для снижения влияния морозобойного растрескивания грунтов на надежность эксплуатации линий связи при подземной прокладке кабелей. Установлено, что применяемые способы либо малоэффективны, либо экономически затратные. Предложена новая технология подземной прокладки, повышающая надежность эксплуатации кабельных линий связи при подземной прокладке на участках морозобойного(криогенного) растрескивания грунтов. Суть новой технологии состоит в том, что во время укладки кабеля часть естественного грунта деятельного слоя заменяется породой с высокими гидрофильными свойствами (например, используют горелые породы), которую предварительно или прямо в траншее пропитывают незамерзающей жидкостью, например, раствором этиленгликоля с концентрацией, обеспечивающей талое состояние грунта на заданной глубине. Получена формула, которая позволяет выбрать необходимое для достижения цели содержание этиленгликоля в водном растворе, в зависимости от глубины траншеи для укладки кабеля. Преимущество предлагаемой технологии по сравнению с используемыми в настоящее время заключается в возможности защищать не только кабели, проложенные в селитебных зонах, но и большие магистральные участки кабельных линий связи, проходящие через зоны морозобойного растрескивания грунтов. Результаты экспериментальных исследований на опытном участке прокладки кабеля показали достаточную степень надежности предлагаемой технологии. В течение пяти лет наблюдений на опытном участке повреждений кабеля не было, хотя морозобойные трещины появлялись в осенне-зимний период регулярно.

The relevance of the research is caused by the need to develop natural resources and expand the residential areas of the arctic regions of the Russian Federation. The development of these territories in the permafrost zone is complicated by the negative influence of cryogenic processes on the construction and operation of linear engineering structures, in particular, on the underground laying of cable communication lines. The main aim of the research is to substantiate and develop a new technology for underground laying of cable communication lines that minimizes the impact of negative cryogenic processes, in particular, frost cracking of soils, on the reliability of operation, without significant increase in complexity of laying cables on the main and residential areas. Objects: trunk and residential sections of underground cable lines during construction and operation. Methods: analytical calculations of the temperature regime of frozen soils in order to select the optimal concentration of an aqueous solution of ethylene glycol to create an artificial protective soil zone around the cable; laboratory studies of the slopes of the Kildyamskoe field to assess the feasibility of their use as a protective rock zone around the cable. Results. The main features of laying cable communication lines in the permafrost zone are analyzed. It was established that the main factor negatively affecting the reliability of cable communication is cryogenic processes. In particular, frost cracking of the soil of the active layer, which leads to rupture of the cables. The main methods of combating frost cracking of soils to protect cables are reviewed and analyzed. It is established that the methods used are either ineffective or economically costly. A new technology of underground laying is proposed that increases the reliability of cable communication lines in the permafrost zone. The essence of the new technology is that during cable laying, a part of the natural soil is replaced with hydrophilic rock, which is pre-saturated preliminary or directly in the trench with an ice-free aqueous solution of ethylene glycol. A formula is obtained for the optimal concentration of an aqueous solution of ethylene glycol depending on the depth of the cable. The advantage of the proposed technology for underground cable laying is that it becomes possible to protect large linear sections of soil that are subjected to frost cracking.