Физика техногенных и природных землетрясений и многое другое...
О нас Услуги Оборудование Книги по теме Примеры Связь Карта Форум Видео En

Прогнозирование аварий на линейных объектах

Гликман А.Г.
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
май 2014, Санкт-Петербург

В России ежегодно происходит примерно 80 тысяч порывов нефте и газопроводов. Причины этих аварий ищут в низком качестве трубопроводов. Однако то, что аварии зачастую повторяются в одних и тех же местах, указывает на то, что причина в геологии.

В 1993 году нами, фирмой Геофизпрогноз был обнаружен геологический объект, который является ответственным за внезапные разрушения инженерных сооружений (ИС). По признаку резкого увеличения уровня радона над этими объектами стало понятно, что эти геологические объекты есть не что иное как зоны тектонических нарушений (ЗТН). Обнаружение этих объектов оказалось возможно только с помощью метода спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП), специально разработанного для этих целей.

На ССП-разрезах зоны тектонических нарушений проявляются воронкообразными объектами или одной образующей воронкообразного объекта. На рисунке приведен пример такого случая.

На рисунке приведен участок профиля, сделанного вдоль насыпи на железнодорожной ветке Москва-Красн?е, где в 1999 году проходил испытание метод ССП организацией Мосжелдорпроект.

За 20 лет изучения этих зон удалось найти целый ряд их свойств [1]. Самое первое из обнаруженных свойств состоит в том, что любое ИС, находящееся в непосредственной близости от ЗТН, обязательно находится в состоянии визуально наблюдаемого разрушения. Вот и на участке 120-460м железнодорожного пути, показанном на рис.1, ремонт насыпи приходится делать существенно чаще, чем на других участках. Механизм этого явления обнаружился, когда нам стало известно, что на поверхности Земли существуют зоны, в которых грунт не находится в покое, а постоянно пульсирует. Это явление известно геодезистам и называется планетарной пульсацией. Амплитуда этой пульсации достигает 10см, но период ее настолько велик, что визуально ее обнаружить невозможно. Как оказалось, планетарная пульсация имеет место именно в ЗТН.

Если часть фундамента ИС или часть трубы или часть железнодорожного пути будет находиться в таких условиях, эти объекты на границах между подвижным и неподвижным грунтом испытывают знакопеременные изгибные напряжения, и, в конце концов, разрушаются.

В одной из своих статей (еще в конце ХХ века) я предположил, что этот механизм является причиной порывов трубопроводов, и что если это так, то порывы эти должны бы происходить в одном и том же месте. Один из ученых уфимского политехнического института прочел эту статью, и поскольку на участке газопровода газопровода «Уренгой – Новопсков» на участке 1817 –1856 км, который он курировал, в некоторых местах количество порывов достигло 9, он пригласил нас для профилирования вдоль этого трубопровода и выяснения возможности прогнозирования этих аварий.

Понятно, что информации о местонахождении уже произошедших аварий у нас не было, и по внешним признакам места аварий было не обнаружить. Длина профиля составляла 12км. Вот я хочу показать, как выглядит ССП-разрез там, где авария происходит каждый год. На рисунке показан ССП-разрез там, где стоит задвижка, в непосредственной близости от насосной станции.

Когда заказчик приехал на объект, то, сверив нашу информацию со своей, он сказал, что попадание стопроцентное.

И тут я столкнулся с совершенно парадоксальной ситуацией. Когда он доложил у себя в институте результаты нашей работы, разразился скандал. Вот тогда я впервые услышал, что аварии на трубопроводах выгодны (!!!). Мне это показалось невероятным варварством. Почти каждый порыв газопровода сопровождается взрывом. Взрыв газопровода при более чем 100-атмосферном давлении газа можно сравнить разве что со взрывом вакуумной бомбы. Живых свидетелей этого события не бывает. Ближайший лес не сгорает, а испаряется…

Но это я только первый раз так остро отреагировал на то, что аварии выгодны. Потом я то же самое слышал от работников МЧС, от строителей, от работников водоканалов, от работников ЖКХ, от руководства железной дороги, от руководства ТИСИЗов и ПНИИС…

Ну что ж, в нашем деле главная заповедь – делай что д?лжно и будь что будет.

Кстати, о железной дороге. Не проходит недели, чтобы где-нибудь на Земле не произошла авария на железнодорожном транспорте. Причем авария очень своеобразная, когда без всяких видимых причин состав рвется на две части. Оторвавшаяся часть, то есть последние вагоны, как правило, сходят с рельс, переворачиваются и т.д. Эта авария кажется экзотической только для людей, далеких от проблем железной дороги, а на самом деле, это на железной дороге самая частая авария. Настолько частая, что у всех проводников есть инструкция, что должны делать работники поездов в случае, если отрываются вагоны. Авария этого типа происходит следующим образом.

Железнодорожные пути также являются линейными объектами. Но это объекты отличаются тем, что проходящий состав оказывает на насыпь вибрационное (динамическое) воздействие. Дело в том, что, как оказалось, земная толща по акустическим свойствам представляет собой не совокупность отражающих границ (что лежит в основе традиционной сейсморазведки), а совокупность колебательных систем. Собственно говоря, именно этот факт и лег в основу спектральной сейсморазведки. Так вот, если есть колебательная система, то рядовым случаем является возникновение резонансных процессов.

Это явление давно и хорошо известно по происшествиям с мостами, когда в результате печатного шага воинского подразделения мост начинает раскачиваться, и если не остановиться, то амплитуда раскачивания с каждым ударом сапогами увеличивается, достигая такой величины, что балки выходят из зацеплений, и мост разрушается. Условием разрушения является совпадение частоты ударов сапогами с собственной частотой одной из колебательных систем, входящих в состав моста. То есть, возникновение резонанса.

Точно так же происходит с поездом. Когда мы стоим на насыпи, мы ощущаем вибрацию при прохождении поезда. На некоторой определенной скорости частота этой вибрации может совпасть с собственной частотой залегающей в земной толще колебательной системы. Тогда по мере прохождения состава через пространство, где залегает эта колебательная система, начинается плавный рост амплитуды вибрации. Каждый проходящий вагон увеличивает эту амплитуду, и при достижении некоторого ее значения происходит мгновенное, взрывоподобное разрушение насыпи. Это выглядит таким образом, что образуется воронка, в которую проваливаются обломки шпал и обрывки рельсов. Вагоны, которые не успели проскочить эту воронку, отрываются от тех вагонов, которые ее уже проскочили.

Для того чтобы набрать амплитуду вибрации насыпи, достаточную для ее разрушения, вагонов должно быть достаточно много, и поэтому такие аварии происходят обычно с грузовыми поездами. А там нет свидетелей того, как это происходит. Однако в 2007 и 2009 годах произошли примерно в одном месте две аварии такого типа с пассажирскими поездами. Это Невский экспресс №166 Москва – Петербург. Свидетели события [2], находившиеся в последнем вагоне, проскочившем образовавшуюся воронку, сообщают, что аварии предшествовала сильнейшая вибрация. В одном случае оторвался один вагон, а во втором – два.

Рисунок иллюстрирует физику явления, которое приводит к авариям такого рода.

Характерный вид ССП-разреза свидетельствует о залегании на глубине около 500м известняковой плиты протяженностью 120м (130-250м). Соотношение между глубиной объекта h и собственной частотой f0 соответствующей колебательной системы выражается следующим соотношением:

f0 = 2500 / h

, откуда при глубине залегания кровли известняковой плиты 500m частота равна 5Гц. То есть, при скорости движения состава на участке 130-250м, соответствующей частоте вибрации 5 Гц, возникает резонансный процесс, который при достаточном количестве вагонов доведет амплитуду вибрации тела насыпи до значения, при котором произойдет ее разрушение.

Свойства земной толщи как совокупности колебательных систем являются причиной большого количества аварийных разрушений инженерных сооружений, и развитие исследовательского аппарата спектральной сейсморазведки позволяет заблаговременно эти разрушения прогнозировать. [3]

Литература

  1. Гликман А.Г. Свойства зон тектонических нарушений. //«Жизнь и безопасность».- 2005.- № 1-2.- с.213-241.

  2. Гликман А.Г. О некоторых разновидностях аварий на железных дорогах

  3. Гликман А.Г. Перспективы прогнозирования техногенных катастроф

Эта статья предполагалась как доклад на конференции "прогнозирование аварий на линейных объектах" 10 июня 2014, организованной редакцией журнала «инженерные изыскания». Однако оказалось, что "он не имеет прямого отношения к теме конференции." Что называется, no coment...


Обсудить статью 



При использовании материалов сайта ссылка на www.newgeophys.spb.ru обязательна Публикации о нас

Начало | О нас | Услуги | Оборудование | Книга 1 Книга 2 Книга 3 |  Примеры | Связь | Карта сайта | Форум | Ссылки | О проекте | En

Поддержка и продвижение сайта "Геофизпрогноз"


Rambler's Top100 Rambler's Top100

Реклама на сайте: