Журнал

Создание наплавных сооружений на базе понтонов из полимер-композитных модулей

Скачать статью из журнала

Концепция создания портовых гидротехнических сооружений в Артике в основном незначительно отличалась от возведения таких объектов в других регионах, включая южные широты. Фотографии причалов или иных объектов из региона Северного Ледовитого океана и Чёрного моря могут быть настолько похожи, если не брать во внимание окружающий ландшафт, что даже специалисты могут не отличить их. А правильно ли это? Не пора ли заняться обновлением нормативной базы по проектированию портовых гидротехнических сооружений, которая бы в большей мере учитывала специфику Арктического региона? Нужны новые технические, технологические и конструктивные решения, современные строительные материалы, наиболее подходящие для условий строительства, когда безледовый период ограничивается тремя-четырьмя месяцами в году, а период с положительными температурами наружного воздуха длится ненамного дольше.

Также необходимо учитывать, что строительство практически любого гидротехнического портового сооружения в условиях Арктики будет проводиться на необорудованном берегу или у причалов с ограниченными глубинами. В этом случае чрезвычайно важным является начальный период, связанный с доставкой грузов для строительства основных объектов на необорудованном побережье.

При анализе условий строительства в Арктике возникает естественное желание найти такое решение, которое бы позволяло минимизировать время возведения непосредственно на площадке, перенеся основные виды работ в заводские условия береговых предприятий. Напрашиваются два технических решения: крупноблочная модульная сборка большеразмерных элементов конструкций или создание плавучих объектов на морских платформах с доставкой их буксирами к месту расположения в полной готовности и с установкой на грунт или на жёсткие якорные (либо свайные) системы.

Все эти решения не новы, они достаточно успешно реализовывались с середины шестидесятых годов прошлого века: железобетонные и металлические плавучие и плавуче-стоечные причалы, волнозащитные сооружения из массивов-гигантов и т.д.

Современный уровень развития технологий строительства и материалов позволяет перевести известные конструктивные решения на новый технический уровень.

Одним из таких решений может стать применение при создании инфраструктурных объектов наплавных (плавучих) сооружений на понтонах, собранных из полимерно-композитных модулей.

Композитные модули представляют из себя плавучести с рёбрами жёсткости, оборудованные быстроразъёмными замковыми соединениями.

Размеры одного модуля (Д х Ш х В, мм) – 500 х 500 х 400 и 100 х 500 х 400 мм, вес 7 и 11 кг соответственно, что позволяет делать плавучие площадки любого размера и конфигурации в различных условиях.

Форма понтонов и современные технологии помогли достичь достаточно внушительных прочностных характеристик, что дало возможность использовать их для решения сложных производственных задач.

Понтон из полимерно-композитных модулей похож на конструктор «Лего», позволяющий сделать наплавное сооружение практически любой формы и назначения.

Наиболее проработанными на данном этапе развития этого направления являются плавучие причалы.

Перспектива применения полимерно-композитных модулей сделает причал универсальным. Сегодня имеется возможность использовать плавучие причалы из композитных модулей в качестве элемента полноценных перегрузочных комплексов. Выполненные проработки подтверждают возможность снабдить плавучие причалы крановым оборудованием грузоподъёмностью до 400–600 тонн.

Установка плавучего причала на начальной стадии строительства крупных инфраструктурных объектов значительно упростит доставку грузов на необорудованный берег и ускорит начальную стадию строительства крупного объекта.

Причальные сооружения данного типа транспортируются в разобранном виде, легко монтируются и демонтируются на месте установки, поэтому они могут применяться многократно и перемещаться между объектами по мере их востребованности.

Возможность установки на полимер-композитный понтон кранового оборудования открывает второе направление развития наплавных сооружений – создание плавкранов – несамоходных барж для выгрузки на рейде.

Такой плавкран-баржа может эффективно использоваться для северного завоза с доставкой грузов по рекам даже в труднодоступные для другого водного транспорта места.

Привлечение плашкоутов на основе полимерных модулей позволит решать аналогичные задачи, но с местным крановым оборудованием при погрузке/выгрузке.

С нашей точки зрения, вызывает практический интерес применение полимерных модулей с железобетонной или композитной верхней плитой для создания в заводских условиях иных инфраструктурных объектов различного назначения для освоения Арктики: бетонных узлов, жилых и хозяйственно-бытовых объектов, энергоблоков, опреснительных установок неограниченной производительности, горно-обогатительных фабрик и т.д.

Теоретически из наплавных сооружений можно создать полноценный порт – от волнооградительных и причальных сооружений до административных и жилых комплексов.

В условиях тотальных санкций, когда интенсивное развитие экономики может быть вопросом существования нашего государства, необходимо срочно принимать меры по нормативному закреплению строительства быстровозводимых, в том числе наплавных сооружений, и Росатом в этом вопросе должен стать локомотивом.

К примеру, можно рассмотреть такую проблему. На территории России находится одна из самых разветвлённых систем водных путей в мире. Местное рыболовство задействует множество маломерных судов с двигательными установками, применяющими жидкое углеводородное топливо (преимущественно на базе нефтепродуктов). Практически все регионы России используют маломерные суда, однако система их топливозаправки централизованно не решена ни в одном регионе.

Строительство топливозаправочных станций в водоохранной зоне запрещено Водным кодексом РФ (за исключением территорий, отнесённых к границам портов).

Создание плавучих заправочных станций сопряжено с проблемами сложной системы лицензирования, сертификации и регистрации плавучих объектов, предназначенных для топливозаправки.

Отсутствие системы топливоснабжения сдерживает развитие яхтингового спорта, местного рыболовства и водного туризма.

В настоящее время имеется достоверная информация о создании на всей территории России 72 плавучих заправочных станций, что катастрофически мало.

Особенностью данной проблемы является удалённость от городской инфраструктуры наиболее привлекательных мест туризма, рыбалки и водного отдыха. Создание плавучих топливозаправочных станций в районах массового водного туризма, рыбного лова и т.д. значительно упростило бы эксплуатацию маломерных судов.

Существующие плавучие топливозаправочные станции (ПТЗС), как правило, выполнены в металле, хранение топлива осуществляется в цистернах, расположенных в корпусе самого понтона, что соответствует нормам судостроения, но противоречит требованиям безопасности для береговых объектов.

Создание типовых модульных плавучих топливозаправочных станций с применением полимерных модульных понтонов позволит устранить указанные противоречия.

В настоящее время ведётся проработка создания ПТЗС на базе понтонов из полимерно-композитных модулей.

Возведение плавучих сооружений для инфраструктурных объектов в Арктике требует дополнительных исследований, они не могут бездумно использоваться взамен традиционных стационарных, необходимо учитывать их уязвимость в условиях двигающихся ледовых полей и т.д. Работа эта находится в самом начале, но имеет большие перспективы.

Понтоны из полимерно-композитных модулей могут также найти широкое применение при выполнении инженерных изысканий в акваториях.

Доставляемый в разобранном виде понтон может быть смонтирован на месте выполнения изысканий буровой бригадой без специальной подготовки и грузоподъёмных механизмов. Практический опыт такой работы имеется.

В 2020 году инженерно-геологические изыскания проводились в акватории, прилегающей к одному из островов Арктического региона.

Понтон размером 10 х 14 м, предусматривающий возможность установки на него бурового станка на базе автомобиля КамАЗ, оборудованного лебёдками и предусматривающего возможность применения закольных свай, был изготовлен менее чем за три недели, перевезён в контейнерах в порт Архангельск и далее морским транспортом к месту проведения работ.

Выгрузка контейнеров с конструктивными элементами была осуществлена судовым краном, дальнейшие работы по сборке понтона проводились буровой бригадой без привлечения кранового оборудования.

Простота конструкции позволила бригаде из четырёх человек, не имевшей опыта и навыков сборки понтона, смонтировать его на необорудованном побережье в прибойной зоне за двое суток.

После сборки понтона на нём была размещена буровая установка на базе автомобиля КамАЗ, и были выполнены инженерно-геологические изыскания в прибрежной зоне на удалении до 200 м от берега.

Малая осадка понтона (до 0,3 м) дала возможность после завершения смены вытаскивать понтон с буровой установкой на обсушку.

Из-за отсутствия в зоне выполнения работ кранового оборудования закольные сваи, предназначенные для фиксации понтона в зоне бурения, не устанавливались, раскрепление понтона осуществлялось на четырёх якорях Холла весом 100 кг каждый.

Перестановка понтона осуществлялась лёгким моторным катером, при этом на самом понтоне имеется приспособление для установки лодочного мотора, что представляется весьма полезным в иных ситуациях, когда отсутствует возможность применять буксиры.

После завершения работ и снятия с него буровой установки понтон был оставлен на плаву. Внезапно налетевший шторм повредил деревянную силовую раму. После этого буровая бригада собственными силами осуществила ремонт рамы, и буровые работы продолжились. Полимерные модули повреждений не получили, что является подтверждением высокой ремонтопригодности и эксплуатационной надёжности конструкции понтона из полимерных модулей. Разборка понтона заняла менее двух суток.

Данный пример наглядно показал, что использование композитных плавучих элементов не требует присутствия на объекте специалистов-сборщиков высокой квалификации, а на создание рабочей конструкции необходим малый промежуток времени.

Положительный опыт работы в Арктической зоне натолкнул на мысль о возможности задействовать полимерные композитные модули на других гидротехнических объектах. Кроме собственно инфраструктурных береговых объектов, конструкции из таких понтонов могут способствовать созданию дноуглубительных снарядов, что весьма актуально после ухода с нашего рынка европейских дноуглубительных компаний; в качестве низко сидящих барж для доставки грузов по мелководью; паромных переправ, в том числе для погрузки судов на рейде; плавпереходов и других плавучих объектов в районах Крайнего Севера и Дальнего Востока.

Так, в настоящее время начато создание дноуглубительного земкаравана, состоящего из дноуглубительного земснаряда и самораскрывающейся несамоходной баржи. В общем случае при выполнении работ в акватории дноуглубительный земкараван включает земснаряд, самоходные грунтоотвозные шаланды, буксиры для транспортировки несамоходных плавсредств, охранные буксиры при проведении работ на открытом рейде, водолеи, завозни, водолазные боты, брандвахты, плавмастерские, понтоны для поддержания становых цепей, промерный катер и шлюпки, плавучие трубопроводы).

За дноуглубление в России отвечают ФГУП «Росморпорт» (морские порты и подходные каналы), Федеральное агентство морского и речного транспорта (Росморречфлот), его бассейновые управления на внутренних водных путях (ВВП) и ФГУП «Гидрографическое предприятие» (морские порты и подходы к ним вдоль трассы Северного морского пути). Собственная дноуглубительная техника есть только у Росморпорта и подведомственных Росморречфлоту управлений. Большая часть дноуглубительного флота в стране старше 30 лет, при этом до сих пор работает техника, которой более 40 лет.

Мощностей для проектирования, строительства и ремонта дноуглубительной техники в России недостаточно, применяемые технологические решения отстают от зарубежных образцов. Закупка оборудования на вторичном рынке только увеличит количество старых судов и отставание России в передовых технологиях.

После февраля 2022 года рынок России покинули европейские дноуглубительные компании, которые последние 20 лет полностью доминировали на рынке услуг по проведению дноуглубительных работ в морских акваториях России, включая подведомственные ФГУП «Гидрографическое предприятие».

Судостроение в области создания собственных дноуглубительных снарядов в России не развивалось, в числе прочего из-за высокой конкуренции со стороны иностранных компаний.

С 2016 года Госкорпорация «Росатом» определена оператором и администратором федерального проекта «Северный морской путь». В обязанности Росатома входят также создание и поддержание проектных глубин на судоходных путях и в акваториях портов.

Реализация приоритетных проектов в Арктике, включающих развитие Северного морского пути и формирование Северного широтного хода, во многом зависит от создания стабильного судоходства как в акваториях морских портов, так и на реках, впадающих в моря Северного Ледовитого океана. Обеспечение безопасного и стабильного судоходства и, как следствие, грузооборота во многом определяется возможностью поддержания требуемых глубин на подходах и в акваториях морских портов.

Создание по зарубежным образцам крупнотоннажных самоотвозных трюмных землесосов потребует значительных начальных затрат, наличия резервов или создания новых мощностей на судостроительных предприятиях России, длительного времени реализации проекта. Кроме того, такие суда требуют больших эксплуатационных расходов, а обеспечение их рентабельности предполагает круглогодичную работу в разных регионах и необходимость переходов в другие районы в период ледостава. При этом затраты на их передислокацию (мобилизация/демобилизация) включаются в стоимость дноуглубительных работ и завышают её.

В случае изменения политической ситуации и возвращения на рынок иностранных компаний отечественные крупнотоннажные земснаряды, построенные через несколько лет по зарубежным образцам, не смогут конкурировать с аналогами из других государств, прежде всего из-за необходимости учёта при проведении дноуглубления амортизационных отчислений, связанных с затратами на их строительство.

Альтернативой строительству крупнотоннажных самоотвозных трюмных землесосов и земкараванов на базе рефулерных земснарядов может стать создание дноуглубительной техники на базе понтонов из полимерно-композитных модулей, серийно производимых на предприятии АО «Юматекс». Земснаряды на базе композитных понтонов могут соответствовать всем требованиям, которые предъявляются к самоотвозным трюмным землесосам.

В условиях отсутствия на земснаряде собственного трюма, предназначенного для складирования грунта, его вывоз может быть осуществлён несамоходными или самоходными саморазгружающимися шаландами, которые могут быть изготовлены из таких же композитных модулей. Количество шаланд и их грузовая вместимость для обеспечения отвоза грунта на место свалки могут быть подобраны оптимально в зависимости от производительности земснаряда и расстояния от расположения производства дноуглубительных работ до места свалки грунта конкретно для каждого района производства работ.

Передислокация как земснаряда, так и шаланды из-за малого веса не будет представлять сложности. Кроме того, они могут отстаиваться и перевозиться разобранными в контейнерах на неограниченные расстояния различными видами транспорта.

Первый земкараван предполагается использовать на ремонтном землечерпании в Арктическом регионе (район порта Сабетта). Производительность земкаравана – 10 тыс. м3 извлекаемого грунта в сутки, что соответствует производительности дноуглубительного насоса – до 2 тыс. м3 по грунту или до 6 тыс. м3 по пульпе. Дноуглубительный насос оборудуется боковыми рыхлителями для рыхления нескальных пород.

Размер понтона определяется по результатам компоновки оборудования, но должен быть не менее 50 х 18 м из соображений удобства эксплуатации и безопасности.

Мощность ДЭС в составе технологического оборудования определяет изготовитель дноуглубительной техники с учётом резерва на обеспечение поста управления и жилого модуля, работы якорных лебёдок (шпилей) для перестановки якорей, действия кранового и другого вспомогательного оборудования. В составе ДЭС предусматриваются топливные баки из расчёта трёхсуточного неснижаемого запаса. Дополнительное снабжение топливом предполагается в баках ёмкостью до 6 м3 с целью исключения процесса перекачки топлива по шлангам (бункеровки) из соображений экологической безопасности.

Для размещения персонала на понтоне будут установлены пост управления и жилой модуль на 10 членов экипажа, оснащённый необходимым санитарно-бытовым оборудованием. Несамоходная баржа, предполагаемая для использования в земкараване, имеет грузоподъёмность 2500 т и обладает возможностью саморазгрузки методом регулируемого кренования. Целесообразность дополнительного оснащения баржи системой принудительной выгрузки насосным оборудованием будет определена по результатам опытной эксплуатации.

Позиционирование земснаряда предусматривается за счёт работы четырёх винторулевых колонок и трёх независимых гидравлических систем подъёма/опускания папильонажных свай. По результатам эксплуатации опытного образца данный тип земснарядов планируется запустить в серию.

Проблема массового внедрения наплавных сооружений на базе понтонов из полимер-композитных модулей при возведении инфраструктурных объектов морских и речных портов заключается в отсутствии практики и нормативной базы. В настоящее время есть подвижки в данном направлении, и 2023 год может стать временем начала широкого применения таких сооружений. Авторы статьи уверены в успехе начинания. После проведения опытных работ на созданном оборудовании его результаты также будут опубликованы в журнале «Строительство в атомной отрасли».