Почему так часто происходят землетрясения в Кузбассе? Чем сейсмологи могут помочь строителям? Какую экономию дает мониторинг устойчивости зданий и сооружений? Об этом рассказал лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники 2022 года заместитель директора Алтае-Саянского филиала Единой геофизической службы РАН кандидат геолого-минералогических наук Алексей Александрович Еманов.

Алексей Александрович Еманов.
Фото предоставлено Андреем Соболевским.

Стратегией пространственного развития Российской Федерации предусмотрено повышение качества и комфортности городской среды. При этом 45 % застроенных площадей приходится на территории с особыми природными и техногенными условиями: повышенной сейсмической активностью, многолетнемерзлыми грунтами и так далее. Ситуация усугубляется неоднородным состоянием городской застройки. Наряду с современными зданиями, иногда уникальной конструкции, повсеместно встречается массовая застройка 1960–1980-х годов (составляющая боле 400 миллионов квадратных метров), а также ветхие и аварийные строения: в жилом фонде они расселяются, но постепенно.

«В этом плане проблемной территорией является Кузбасс, – определил Алексей Еманов. – С одной стороны, это самый урбанизированный регион Сибири, с другой – многолетняя масштабная угледобыча вызывает изменения напряженности горных пород и, как следствие, сейсмические события».

Одним из них ученый назвал Бачатское землетрясение 2015 года с магнитудой 6,1.

«Его почувствовали и в Новосибирске, – вспомнил А. Еманов, – а в эпицентре, вблизи разреза и поселка Бачатский, интенсивность сотрясений достигала семи-восьми баллов. Подобных событий меньшей магнитуды происходят сотни в год, поэтому вопросами оценки сейсмической опасности и, соответственно, устойчивости конструкций мы занимаемся давно и системно».

В числе объектов, успешно обследованных сибирскими сейсмологами и геофизиками, лауреат упомянул топливохранилища норильской ТЭЦ-3 и площадку под строительство источника синхротронного излучения СКИФ вблизи наукограда Кольцово, а также ряд опасных объектов, таких как территории строительства нефтеперерабатывающих заводов в разных регионах страны.

Кузбасс же стал одной из площадок испытаний и внедрения комплексной оценочной технологии, основанной как на анализе изменений динамических параметров несущих конструкций в реальном времени, так и на точном районировании степени опасности природных и техногенных воздействий. Технология, по словам Алексея Еманова, представляет собой единый программно-аппаратный комплекс цифрового управления техническим состоянием строительных объектов. До его создания в Кемеровской области последовательно наращивался объем сейсмологических наблюдений с целью оценки техногенной опасности.

«В 2013 году на Координационном совете Кемеровской области по сейсмическим событиям был поднят вопрос о необходимости контроля и изучения техногенных сейсмических активизаций, – вспомнил А. Еманов. – В рамках решения этого вопроса установилось взаимодействие между учеными, строителями и угольной отраслью. Было принято решение разместить в Кузбассе сеть станций, включенных в единую федеральную сеть. Их приобретение и установку финансировали угледобывающие компании. Вся информация с сейсмостанций в реальном времени передается в наш центр обработки данных в Новосибирске и непрерывно анализируется в круглосуточном режиме».

Алексей Еманов показал на мониторе, что именно в Кузбассе сеть станций наиболее плотная, и там же постоянно наблюдаются слабые сейсмические события.

Проект, удостоенный правительственной премии, был инициирован Минстроем РФ, поэтому его головной организацией стал ведомственный Центральный научно-исследовательский и проектный институт.

«Поскольку разработку и внедрение универсальной технологии оценки и контроля механической безопасности строений нельзя представить без определения сейсмической опасности и оценки сейсмических воздействий, – рассказал А. Еманов, – в проектную команду были привлечены сейсмологи. Кроме меня, работал доктор физико-математических наук Владислав Борисович Заалишвили из Геофизического института (филиал Владикавказского научного центра РАН). Наш коллектив стал „точкой сборки” уже имеющихся наработок (в том числе указанных выше), а также их совмещения со вновь создаваемым оборудованием и программным обеспечением». «У всех зданий и сооружений есть собственные частоты колебаний, и важно отслеживать их изменения, сопоставляя с сейсмическими событиями и другими факторами, – пояснил Алексей Еманов. – В проекте мы предложили адаптировать этот метод (метод стоячих волн) в режиме реального времени к задаче создания комплексной технологии оценки и контроля механической безопасности строений и сооружений».

Различные комплексы датчиков, наклономеров, сейсмических и других приборов, нормативная и инструктивная документация консолидировались в единую технологию, которая дорабатывалась, совершенствовалась и апробировалась не один год. Если не вдаваться в статистические подробности и технические детали, она позволяет оперативно выявлять объекты с недостаточным классом сейсмостойкости, обследовать их в 5–6 раз быстрее и оценивать на 50 % точнее, а в итоге – предотвращать их стихийный переход в аварийное или ограниченно работоспособное состояние. Командой проекта по его тематике опубликовано 67 статей, шесть монографий и защищено 10 диссертаций.

Отмеченная высокой премией технология и ее элементы испытаны и уже применяются не только в Кузбассе, но также в республиках Дагестан и Крым, Камчатском крае и других регионах. Это позволило утвердить 12 новых нормативных документов (в том числе уровня национальных стандартов) и получить девять патентов. Разработанная технология внедрена на объектах зимних Олимпийских игр 2014 года в Сочи и чемпионата мира по футболу 2018 года, расположенных в сейсмических районах страны, а также на территориях комплексного развития. По информации А. А. Еманова, это позволило получить экономический эффект свыше 27 миллиардов рублей за счет снижения стоимости превентивных мероприятий по предотвращению перехода объектов в ненадлежащее состояние. Только в 2021 году экономия от внедрения новой технологии составила 9,7 миллиардов рублей.

Источник: «Наука в Сибири».
Текст: Андрей Соболевский.