Геоэкологическое и геотехническое состояние дорог Севера — важнейшая проблема, детально изучаемая и широко обсуждаемая отечественными и зарубежными специалистами. В то же время эти критерии наглядно демонстрируют степень экономического развития регионов и их перспективы. Возможность перемещения промышленных и бытовых товаров и, собственно, населения в благоприятных условиях обусловливает высокую эффективность хозяйственной деятельности и значительную экономию различных ресурсов.
В нашей стране планы связать многочисленные регионы единой автодорожной сетью начали реализовываться многие десятилетия назад. Намечалось пройти сложный и долгий путь для достижения высокого показателя так называемого коэффициента Энгеля, характеризующего плотность дорожной сети с учетом площади региона и численности населения: от российского 2,7 до рубежей, достигнутых в других странах с более развитой инфраструктурой: Китай – 3,8; ЮАР – 4,5; Индия – 7,3.
Что касается внутренних тенденций, то решающими факторами, влияющими на показатели плотности автомобильных дорог, у нас остаются близость к федеральному центру и благоприятные климатические условия. Наиболее высокий уровень транспортной инфраструктуры характерен для Центрального федерального округа – 7,0. В свою очередь, самые низкие значения имеют Уральский (2,1) и Дальневосточный (1,2) федеральные округа.
При этом следует отметить, что уровень экономического развития далеко не всегда соответствует качеству автодорожной сети. Как показывает мировая практика, лишь наращивание объемов производства валового регионального продукта до необходимо высокого уровня позволяет региону перейти на тот уровень, при котором взаимовлияние развития автодорожной сети и роста объемов производства будет прямо пропорциональным.
Тем не менее современная развитая транспортная инфраструктура способна оказывать воздействие как на рост производства, так и на другие экономические показатели региона и страны. Можно заметить, что абсолютные показатели протяженности автомобильных дорог, грузооборот автомобильного транспорта и уровень производства валового внутреннего продукта демонстрируют взаимосвязь в большинстве федеральных округов России. В то же время, несмотря на наличие некоторых общих закономерностей, дорожная инфраструктура в каждом регионе раскрывается по-разному.
Например, Тюменская область занимает лидирующую позицию по уровню жизни среди субъектов России и обладает одними из самых качественных дорог в стране. С другой стороны – полуостров Таймыр в Красноярском крае. Здесь в 300 км за Полярным кругом располагается Норильский промышленный район, связанный со всем остальным миром только воздушным и водным сообщением, но обеспечивающий экономическое благополучие края за счет одного из крупнейших в мире производителей никеля, меди, золота и платины – компании «Норильский никель».
Отсутствие дорожной инфраструктуры на этих территориях снижает мобильность населения и значительно увеличивает стоимость доставки основных продуктов питания. Так, соль за счет перевозок дорожает на 68% при речной доставке и на 193% – при морской.
Сказанное выше свидетельствует о неразрывной связи между уровнем обеспеченности территории транспортной инфраструктурой и уровнем жизни населения и подчеркивает важность учета ряда сопутствующих факторов: размера территории, особенностей климата, ландшафта и т. д. Часто выясняется, что выстроенная ранее, выглядевшая оптимальной и хорошо продуманной сеть дорог позднее оказывается совершенно не востребованной из-за изменившейся ситуации. Подобные ошибки в планировании обычно весьма дорого обходятся бюджету государства.
Ошибочная планировка транспортной сети не просто не рентабельна, а порой разорительна для хозяйства отдельных регионов, поэтому данный процесс требуется увязывать с грузооборотом между инфраструктурными объектами в рамках государственной политики развития территорий, отраслей промышленности, зон торговли, концентрации ресурсов.
Не менее важно соблюдать современные нормативные требования к исполнению технологий строительства объектов дорожной инфраструктуры, в которых учтена специфика особых условий территории освоения.
Это позволит избежать геотехнологических проблем и связанных с ними материальных затрат. В частности, эти документы предусматривают учет характера распространения многолетнемерзлых горных породы (ММП), их морфологию, состав и свойства, метеоданные, рекомендуют основные геотехнические решения.
Особую актуальность имеют геоэкологические требования, обычно заключающиеся в минимизации воздействий на поверхность и нарушений почвенно-растительного покрова и т. д., а также необходимости реабилитации (рекультивации) последствий освоения за счет проведения специальных природоохранных и компенсационных мероприятий.
Игнорирование этого положения неизбежно приводит к огромным нерациональным финансовым затратам и моральному ущербу. До настоящего времени значительные территории Севера остаются отрезанными от опорной сети магистральных дорог общего пользования, и это значительно сдерживает освоение основных природных богатств. Так, на Север, занимающий около 60% территории России, проходится менее 15% автодорог. При этом плотность дорог с твердым покрытием здесь в 15 раз ниже, чем в целом по России. Кроме того, низкий технический уровень и состояние северных автодорог обуславливают высокую транспортную составляющую в себестоимости продукции, а расход горючего в северных регионах на 30% превышает аналогичные показатели в развитых зарубежных странах.
По мнению экспертов, государство и бизнес несут огромные убытки из-за плохой дорожной инфраструктуры, поскольку затраты на перевозку увеличиваются на 60–100%. Мировая история доказывает, что практически все известные примеры успешного экономического роста связаны с одновременным расширением и улучшением государственного дорожного хозяйства. Так, за строительством сети скоростных дорог в США последовал рост деловой активности и объемов инвестиций, появились новые рабочие места, сократилась аварийность на дорогах. Общие экономические выгоды в результате достигли 2,1–2,5 трлн долл., что в 16–19 раз превышает объемы инвестиций в строительство дорожной инфраструктуры.
Отечественный опыт также подтверждает геополитическую и социально-экономическую значимость совершенствования автотранспортной инфраструктуры. Примером может служить строительство Байкало-Амурской магистрали – самого дорогого инфраструктурного проекта в истории Советского Союза.
Его реализация обошлась в 17,7 млрд руб. в ценах 1991 года, и хотя проект так и не был реализован в полном объеме, вокруг магистрали за короткий срок образовалась большая экономическая зона. Проект БАМа стал основой для развития ряда производств и занял место в истории геополитического развития страны.
Согласно последним данным, развитие дорожной сети позволит обеспечить устойчивые темпы роста российской экономики в объеме порядка 1% ВВП. Но это возможно лишь при строительстве около 3,8 тыс. км федеральных дорог и ввода в эксплуатацию свыше 80 тыс. км дорог с твердым покрытием.
Если вспомнить, что Россия из-за слабого развития и низкой пропускной способности сети автомобильных дорог теряет более 3% ВВП, что в шесть раз больше, чем в странах Евросоюза, то первоочередная задача отрасли еще более очевидна.
Основная проблема дорог на Севере связана с тем, что их основанием служат горные породы, находящиеся в сезонно-, а чаще в многолетнемерзлом состоянии. Многолетнемерзлые горные породы (ММП) – один из наименее устойчивых компонентов природной среды, в процессе своей трансформации резко меняющий состав и свойства. Это явление часто сопровождается фазовыми переходами находящихся в них вод и приводит к утрате прочности и монолитности толщи горных пород.
Территория развития ММП, обычно называемая криолитозоной, – это особая составляющая природной среды Севера, которая представляет верхние горизонты горных пород, характеризующиеся отрицательной температурой и наличием подземных льдов различного происхождения. Ее мощность достигает глубины до 1,5 км и более, а территория развития составляет около 25% площади поверхности Земли и 65% – России.
Многолетнемерзлыми в мерзлотоведении принято считать горные породы, температура которых на глубине около 10–15 м на протяжении более 2–3 лет отрицательна. К талым или немерзлым породам относят ранее находившиеся в мерзлом состоянии, а позднее оттаявшие либо никогда не промерзавшие горные породы с температурой выше 0 °С.
Именно толщи ММП, в которых породообразующим минералом является лед, определяют специфику физических и химических процессов в криолитозоне, проявляющуюся в ее термике, геохимической зональности, в физико-химических свойствах пород и протекающих в них геологических процессах. Мерзлота обуславливает и повышение сейсмичности в областях развития, представляя собой «прочную плиту», колебания которой передаются гораздо интенсивнее и пространственно шире по сравнению с территориями, где ММП отсутствуют.
Для криолитозоны характерна особая чувствительность к внешним воздействиям и ранимость, причем это относится как к естественным процессам, так и к техногенезу. Неустойчивые к колебаниям температуры мерзлые толщи легко меняют свое фазовое состояние от талого к мерзлому или в обратном направлении. Это приводит к развитию неблагоприятных и часто опасных геокриологических явлений, негативно воздействующих как на естественную природную среду, так и на инженерно-технические системы.
Особые свойства криолитозоны, обусловленные своеобразием ее состава – наличием льда, определяют высокую изменчивость ее верхних горизонтов до глубины в несколько метров. В то же время, и это следует подчеркнуть особо, основная часть мерзлой толщи мощностью от десятков до полутора тысяч метров весьма стабильна и устойчива к различным природным и техногенным воздействиям. Это очевидное для большинства специалистов положение должно стать ключевым в оценке последствий динамики климата для состояния и устойчивости криолитозоны.
Многолетний опыт строительства железных и автомобильных дорог в России, США и Канаде, показывает, что отмеченные факторы обусловили специфический подход к назначению дорожных конструкций, земляное полотно которых проектируют и строят преимущественно в насыпях, выемки обычно составляют менее 2–3% из несцементированных обломочных грунтов. Однако отечественная и зарубежная практика дала много примеров деформаций и разрушений на дорогах в районах вечной мерзлоты, что указывает на недостаточную изученность и неполноту исследований вопросов проектирования прочного и устойчивого земляного полотна на ММП. Подробнее геокриологическая специфика при дорожном строительстве освещена в специальных работах. 