3. Профильные наблюдения

С целью получения пространственно-временной изменчивости стандартных ледовых характеристик, измерения выполнялись только лишь на «ледовом разрезе № 1» в бухте Западная. Начинался он в точке с координатами 692300 ю.ш. 762200 в.д., был ориентирован на южную оконечность восточного выступа полуострова Брукнес, примерный азимут 305. Ледовый покров в бухте Западная сохраняется третий год подряд, поэтому положение точек разреза, ради сохранения репрезентативности, после консультации в РАЭ, осталось прежним. Протяженность ледового разреза составила около 600 метров, точки измерений располагались, примерно, через 150 метров, всего 5 точек. Измерения выполнялись в конце каждого месяца, с февраля 2011 по начало января 2012 года (таблица 3.5.1 и рисунки 3.5.2-3.5.12 в приложениях).

Другие два ледовых разреза, запланированные как стандартные, в бухтах Пляжная и Китайская не выполнялись, так как сложившаяся айсберговая обстановка вокруг станционного полуострова Миррор не позволяла проложить сколько-нибудь пригодный профиль для дальнейшего практического применения.

Дополнительно, стратегически важным заданием являлась доставка в течение зимовки на станцию «Прогресс» шести емкостей, объемом 75 м³, из бухты Тала. Две емкости сосредотачивались, еще с сезона 55 РАЭ, на снежнике полуострова Стурнес, в районе балка «Прогресс-5», координаты 692530 ю.ш. 760830 в.д., а четыре емкости, с сезона 56 РАЭ, южнее, на еще одном снежнике, напротив места генеральной выгрузки в «горле» бухты Тала, координаты 692410 ю.ш. 760830 в.д..

В апреле, когда лед окончательно встал и пошел процесс намерзания, начали исследовать наиболее перспективные районы для будущей трассы. В итоге, была разработана ледовая трасса вдоль полуостровов Миррор и Брукнесс, острова Фишер, полуострова Индусский, к полуострову Стурнесс, общей протяженностью около 12 километров. Однако северо-восточнее полуострова Миррор, а также северо-западнее полуострова Брукнесс из-за активных приливо-отливных процессов сформировался припай из всторошенного и наслоенного льда. С середины мая началась полярная ночь, и оставалось надеяться, что за зиму выпадет достаточное количество осадков, чтобы скрыть или сгладить куски льда на этих участках будущей трассы.

До середины июля, пока светлого дня не стало достаточно, чтобы уезжать далеко от станции на замеры по трассе, изучали физико-механические свойства антарктических льдов и производили расчеты несущей способности ледяного покрова.

Учитывая, что физико-механические испытания льда на прочность не производились, из всевозможных выполненных расчетов (в электронном виде, на твердом носителе, прилагающимся к этому отчету – директория «расчеты несущей способности льда») наиболее быстрым и простым является следующий способ определения допустимой эксплуатационной нагрузки на лед с повышенным запасом прочности:

Многолетний опыт обеспечения ледовых трасс на антарктическом припае подтвердил надежность экспертных оценок по упрощенной формуле:

Р_N = В∗Н²/а (1)

где Р_N - допустимая эксплуатационная нагрузка с повышенным запасом прочности, более 2,5; Н - толщина льда, метры; В - коэффициент распределения нагрузки: для колесных транспортных средств В=100, для гусеничных, менее 18 тонн, В=115, для гусеничных, более 18 тонн, В=125; а - коэффициент в зависимости от состояния ледяного покрова, таблица 3.5.3.

Расчет продолжительности времени нахождения на льду транспорта выполнен по формуле:

t =20∗(n+1)[(Р_N - P_t)²/ (Р_N ∗ P_t)] (2)

где P_t - масса груза, который должен находиться на льду в течение времени; t - допустимое время, часы; n - коэффициент учета состояния ледяного покрова, в зависимости от пластической деформации льда, таблица 3.5.4.

В связи с большими неопределенностями сведений о прочности льда для ориентировки на рисунке 3.5.2 приведены расчетные значения толщины льда в зависимости от его прочности, в диапазоне от 10 до 150 КПа, при работе транспортных средств в условиях нормальной переправы с нарушенным ледяным покровом (запас прочности 2,4) и без его нарушений (N=1,6), а также при работе на пределе прочности льда (N=1).

В соответствии с таблицей 3.5.2, из которой можно получить примерное значение прочности льда σ_и, по рисунку 3.5.13 можно ориентировочно определить безопасную толщину ледяного покрова для работы различных транспортных средств.

Из всего выше написанного в нашем случае, учитывая, что испытания льда на прочность не производилось, в соответствии с таблицей 3.5.2 принимаем σ_и в интервале 50-90 КПа.

Согласно рисунку 3.5.17 для нормальной транспортировки емкостей общим весом с волокушей до 13 тонн (N=1,6) необходимая толщина льда составляет 0.9-1.0 метра, а для N=2.4 соответственно 1.1-1.2 метра.

Таблица 3.5.2 Предел прочности льда на изгиб

ВИД И ТОЛЩИНА ЛЬДА (Н) В ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ПЕРИОД ГОДА	ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ ЛЬДА НА ИЗГИБ σ, КПА
	среднее	максимальное	минимальное
Молодой лед, Н=0,1-0,3 м, апрель-июнь	78	101	53
Однолетний тонкий, Н=0,3-0,7 м, апрель-июнь	78	130	43
Однолетний средний и толстый, Н=0,7-2,0 м июль-ноябрь декабрь январь февраль	87 46 46 55	140 62 86 86	45 27 25 44

Таблица 3.5.3 Значения коэффициента «а»

ПЕРИОД	ХАРАКТЕРИСТИКА ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА	а
декабрь	Однолетний лед, средние и нижние слои сохраняют зимнюю прочность на изгиб около 0,7 МПа	6,0
январь - начало февраля	Однолетний лед, развит поверхностный слой деструкции, прочность на изгиб средних и нижних слоев уменьшилась до 0,3 МПа	2,4
конец февраля - март	Однолетний (остаточный) лед, развит слой вторично-рекристаллизационного льда большой прочности, прочность нижних слоев минимальна	2,5
март-апрель	Остаточный лед, промерзание льда сверху проникло на 0,4-0,5 м	6,0

Таблица 3.5.4 Значения коэффициента состояния ледяного покрова (n)

n	СОСТОЯНИЕ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА
0	Поверхность льда покрыта слоем воды или большим слоем снега.
1	Снега на льду нет, температура воздуха ниже -5°С.
2	Снега на льду нет, температура воздуха ниже -10°С.
3	Снега на льду нет, температура воздуха ниже -15°C

Рисунок 3.5.17 Значения толщины льда (Н_л) в зависимости от прочности льда (σ)

и коэффициента запаса прочности (N)

Исходя из полученной необходимой толщины льда в 0.9 метра, допустимая эксплуатационная нагрузка с повышенным запасом прочности (более 2,5) получается для августа-сентября по формуле (1) следующая:

Р_N = 115∗(0,9)²/6,0 = 15,5 тонны

А продолжительность времени нахождения на льду емкости с такой допустимой эксплуатационной нагрузкой при температуре воздуха ниже -10°C по формуле (2) следующая :

t =20∗(2+1)[(15,5 – 13,0)²/ (15,5 ∗ 13,0)] = 1,86 часа = 1 ч. 50 мин.

Таким образом, для безопасной транспортировки емкостей необходимо было дождаться толщины ледяного покрова по всей протяженности трассы не менее 0.9 метра.

Первая половины зимы 2011 года в районе станции «Прогресс» (июнь-июль) выдалась ветреной и малоснежной (таблица 3.1.1 в приложениях), однако и весьма морозной, что позволило льду на большей протяженности разрабатываемой трассы достигнуть 0.9 метров.

Конец июля – начало августа, было отмечено большим количеством осадков, тем самым проблемные участки всхолмленного и наслоенного льда северо-восточнее полуострова Миррор, а также северо-западнее полуострова Брукнесс, сровнялись. С середины августа, гусеничными тягачами «Pisten Bully 240» укатывали ледовую трассу. Конец же августа был ветреным и морозным, что послужило окончательному формированию ледяного покрова, необходимого для транспортировки по нему тяжеловесов.

Весь август производились замеры толщины льда по всей протяженности трассы. Через 200-250 метров трасса обвеховывалась, обходя айсберги, трещины деформации (а также приливные), сильно заснеженные участки, и так далее. В первых числах сентября были особенно внимательно обследованы и замерены трещины вдоль берега, через которые в любом случае необходимо было проезжать. Тревогу вызывали появившиеся по всему припаю трещины после подвижек шельфового ледника Долк в начале августа. Однако даже те трещины, которые проходили по трассе были перпендикулярны и, главное, не расширялись, что по «технике безопасности» для проезда транспорта допускается.

Учитывая, что емкости лежат на пологом снежнике, и для их транспортировки необходимо было наволакивание на волокушу, для этой операции на припае в непосредственной близости (300-500 метров) были организованны специальные площадки с толщиной льда порядка 1.2 метра и больше, способного выдержать дополнительные нагрузки.

Согласно формулам (1) и (2) допустимая эксплуатационная нагрузка льда с повышенным запасом прочности и продолжительность времени для нахождения емкости на площадке во время её наволакивания, на льду толщиной 1.2 метра, при температуре воздуха ниже -10 °C следующие:

Р_N = 115∗(1,2)²/6,0 = 27,6 тонны

t =20∗(2+1)[(27,6 – 13,0)²/ (27,6 ∗ 13,0)] = 35,73 часа = 35 ч. 42 мин.

Таким образом, производить операции с грузом в 13 тонн на льду толщиной 1.2 метра абсолютно безопасно.

Большое количество осадков, в конце июля – начале августа, сформировало в бухте Тала снежный покров более 0.5 метра, а сильные ветра, позднее, уплотнили и уменьшили его толщину до 0.2-0.3 метров. Этот факт позволил протащить емкость до площадки, не боясь нарушить её целостность.

С 2 по 8 сентября 2011 года по подготовленной трассе двумя тягачами «Pisten Bully 240», в сцепке, все емкости были благополучно доставлены до станционного полуострова Миррор.

Для транспортировки большегрузов в бухте Тала, как для доставки емкостей в зимовку 56 РАЭ, так и для разгрузки НЭС «Академик Федоров» в сезон 57 РАЭ, при каждом посещении бухты Тала выполнялся постоянный «ледовый разрез № 4» (таблица 3.5.5 и рисунки 3.5.14-3.5.16 в приложениях). Кроме провоза двух емкостей по ледовой трассе через этот разрез в сентябре, 29 декабря 2011 года, при разгрузке НЭС «Академик Федоров» по участку ледовой трассы через этот разрез транспортировались еще одна топливная емкость на 75 м³, топливовоз «Урал 8х8» и трактор «Кировец». Топливная емкость осталась на снежнике полуострова Стурнес, в районе балка «Прогресс-5», до дальнейшей транспортировки в зимовку 57 РАЭ. Трактор «Кировец» был доставлен со станции «Прогресс» на НЭС «Академик Федоров» по леднику на волокуше тягачом «Pisten Bully 240» с подстраховкой АТТ № 29. Топливовоз «Урал 8х8» также на волокуше по леднику был доставлен на станцию.

Кроме прокладки ледовой трассы в бухту Тала, для обеспечения океанографических работ в бухте Восточная (по разрезам № 6 и № 7), также, в сентябре, была разработана трасса в объезд острова Геодезистов, по так называемому «центральному варианту».

И еще одним стратегическим маршрутом была предполагаемая трасса трубопровода, для перекачивания с НЭС «Академик Федоров» на базу ГСМ станции «Прогресс» топлива, в сезон 57 РАЭ. Учитывая имеющиеся на станции топливные шланги, общей длинной всего лишь 1800 метров, трасса трубопровода прокладывалась на самом кратчайшем расстоянии, через пояс айсбергов, у северо-восточного побережья полуострова Миррор. Из-за крайне узких проходов между айсбергами, пригодных лишь для прокладки трубопровода, этот маршрут не разрабатывался как ледовая трасса, для транспортировки по ней большегрузов. Так 24-27 декабря 2011 года по подготовленному маршруту удачно проложили топливопровод и произвели перекачку необходимого объема топлива.

Измерения, выполненные для прокладки ледовых трасс и прочих маршрутов, в том числе и промеры попутных трещин, представлены в приложениях (таблицы 3.5.6 и 3.5.7 в приложениях).

Замечания и предложения:

Из опыта работ, полученного при прокладке ледовых трасс и прочих маршрутов, стоит отметить крайнюю необходимость присутствия на станции мобильных транспортных средств. На протяжении всей зимовки единственный снегоход «Буран», в невозможно плачевном состоянии, ремонтировался, буквально, после каждой второй поездки на нем. Как транспортное средство, отечественный снегоход, в условиях Антарктиды, зарекомендовал себя очень хорошо, однако обязательно должен быть на станции полный ремонтный комплект запасных частей, начиная от электроники и заканчивая пружинами для балансиров ходовой. Также на станцию, даже для прочих нужд, необходим еще один снегоход, так как выезд одного транспортного средства за территорию станции на расстояние в 10-15 километров – это нарушение техники безопасности. Так было у нас при разработке ледовой трассы в бухту Тала, когда за 10 километров от станции снегоход «Буран» безнадежно сломался, и пришлось возвращаться пешком, благо, погода не испортилась!!!

Промерные работы на льду подразумевают много габаритных и тяжелых инструментов, будь то мотобур, снегомер, или даже щуп для исследования трещин. Для всего этого инструмента, необходимы сани-прицеп к снегоходу, которых на станции, по сути, нет. Корыто-прицеп, использованное нами на зимовке, не пригодно для езды по льду. Также, для различного инвентаря, такого как градусник, коромысло снегомера, GPS и так далее, необходим специализированный рюкзак, объемный и усиленный в потенциально слабых местах.