Конструкции и методики, исключающие формирование пробок и заторов в условиях города — глава 4 — читать онлайн

Конструкции и методики, исключающие формирование пробок и заторов в условиях городаГлава 2

50%

Глава 2

Двухуровневая надземная магистраль для безостановочного движения транспортных средств с парковочными площадками. Экономическая оценка.

Отметим сначала, что одноуровневые эстакады и путепроводы (мосты) на перегруженных трассах, что характерно для крупных городов, не обеспечивают безостановочное скоростное движение автомобилей, особенно в часы пик, они громоздки, так как строятся из бетона, дороги, и их строительство затягивается на годы.

Мэрии крупных городов России, как и других стран, также пытаются, но пока безуспешно, решить проблему пробок, приводящих ежедневно к астрономическим убыткам. Кроме того, магистрали городов, в частности, и из-за скопления стоящих пробках автомобилей вносят значительный вклад в загрязнение атмосферы городов выхлопным газом.

В Москве и большинстве других мегаполисов отсутствует дешевое надземное метро.

Крупные города, регионы, различные страны до сих пор не связаны недорогими компактными надземными транспортными коридорами, в которых установлены, как минимум, двухуровневые свайные комбинированные эстакады, в едином объеме которых размещаются железнодорожные колеи, полосы движения автомобилей, трубопроводы, линии связи и другие навески. Подобные недорогие, надежные и эффективные дорожные сооружения могли бы обеспечивать безостановочное перемещение транспорта и соответственно в десятки раз более дешевую доставку грузов, упакованных в контейнеры.

Нами предложено своевременное, простое и недорогое решение указанных транспортных проблем, основной особенностью которого является организация безостановочного движения поездов, автомобилей, различных сред и т.д. в одном компактном пространстве, в виде нижеописанных вкратце надежных двухуровневых дорожных свайных надземных сооружений, которые к тому же быстро собираются на стальном каркасе.

Главным отличием новых, экологически чистых дорожных сооружений – закрытых двухэтажных эстакад на стальном каркасе и со стальными пролетными участками, покрытыми сталефибробетоном, сохраняющих скоростной, например 60-100 км/час, режим для автомобилей, предпочтительно легковых, за счет использования усовершенствованной методики «ramp metering»., – является их в разы большая пропускная способность, способность без пробок и заторов проводить транспортные потоки, способность отделять основной поток грузового и пассажирского транспорта от основных потоков легковых автомобилей и тем самым обеспечивать быстрое и безостановочное перемещение транспорта. Технически эта проблема решается переездами между этажами, буферными (резервно-техническими) полосами, въездными светофорами, управляемыми радарами. Вместе с тем полоса движения здесь в 2-4 раза ниже по себестоимости ($0,6-0,9млн. на 1 км) полосы движения наземной магистрали (известные, по данным Минтранса РФ, средние затраты на строительство 1 км наземной магистрали в США составляют $2 млн., в Германии – $4 млн., Франции – более $3 млн., России – $1,5 млн.).

На действующих надземных многоуровневых эстакадах автомобили не могут переехать с одного уровня на другой, если один уровень перегружен, а другие или другой свободны. Однако разве отсутствует возможность связать эти уровни!?

Число полос движения и их пропускная способность не согласованы с возможным пиком въезжающих на эстакады автомобилей. Но практически любое число автомобилей можно пропустить по автомагистрали при достаточном для них числе полос движения и соответственно достаточной пропускной способности.

Однако, как известно, пропускная способность падает в несколько раз с образованием заторов при неконтролируемом массовом въезде автомобилей на магистраль. Тем не менее, что мешает в этом случае сделать въезд контролируемым!?

Как известно, любая авария на магистрали означает, как правило, снижение пропускной способности трассы, образование заторов или даже пробок. Это всего лишь означает, что надо придумать способ объезда этих мест не где-то далеко, а на той же магистрали.

Стандарты позволяют использовать при строительстве мостов и эстакад стальные конструкции, причем на строительстве небоскребов проверено, что сравнительно легкий стальной каркас может надежно удерживать многократно превышающий его собственную массу груз. Поэтому можно на стальных вертикальных опорах-трубах смонтировать несколько уровней из стальных продольных и поперечных балок – тавровых или двутавровых, накрыв их пролетными участками из сравнительно тонких стальных листов, на которые в свою очередь наносится дорожное покрытие из разрешенных стандартами материалов, например, сравнительно тонкий слой сталефибробетона. Сверху эта простая, надежная и легкая конструкция может быть закрыта от снега или дождя легким негорючим пластиком. Подобное сооружение может быть быстро установлено при наличии готовых блоков и элементов свинчиванием с минимумом сварки. Быстрота установки означает не только экономию времени, но и минимум затрат. Поэтому сооружение по себестоимости, несмотря на то, что бетон дешевле стали, оказывается ниже, чем действующие наземные и надземные дорожные сооружения и им могут быть быстро и недорого «накрыты» все основные городские и междугородние перегруженные автотрассы, а в некоторых случаях и железнодорожные линии.

Для образования единого поля связанных между собой на разных уровнях полос движения нами предложено несколько вариантов переездов с одного уровня на другой – как внутренних, так и внешних. Это позволяет автомобилям на скорости быстро распределяться по всем многочисленным полосам движения конструкции, используя на максимум пропускную способность всех этих полос. Например, двухуровневая конструкция обеспечивает без возникновения заторов и пробок (4-е полосы движения плюс две буферные полосы на первом уровне и столько же на втором) пропускную способность до 16 тысяч автомобилей в час и безостановочное движение автомобилей при скорости не менее 40 (60) км/час.

Число уровней и соответственно полос движения при установке магистрали-эстакады может быть запроектировано на известный максимум транспортных потоков, что не позволяет ей забиваться автомобилями даже в часы пик.

Для того чтобы скорость движения автомобилей на магистрали-эстакаде не падала ниже установленного предела (40 или 60 км/час), что означает использование пропускной способности полос движения, близкой к максимально возможной, на въездах устанавливаются светофоры, срабатывающие на запрещающий въезд сигнал тогда, когда скорость автомобилей на магистрали-эстакаде по любым причинам падает ниже установленного предела. Это обеспечивает свободное движение автомобилей без превращения его в синхронизированный транспортный поток, который при скорости 10-15 км/час превращается в затор.

Для того чтобы аварии, ремонт и тому подобное на трассе практически не влияли на скорость транспортного потока, то есть для того, чтобы сделать его безостановочным и скоростным и в этом случае, нами предложено два элемента конструкции: во-первых, указанные выше межэтажные переезды можно использовать для перемещения автомобилей с перегороженного аварией этажа на свободный этаж или на наземный уровень, во-вторых, на каждом уровне с краю вводится буферная (резервно-техническая) полоса, предназначенная только для объезда мест аварий или ремонта, а также для въезда на полосы движения или съезда с полос движения. Некоторое удорожание конструкции за счет добавления к ней межэтажных переездов и буферных полос многократно компенсируется ее беспробочностью.

Ниже показано, как автомобили могут поступательно перемещаться по эстакаде благодаря применению волнообразной уплощенной полосы движения, которая одним своим уплощением смыкается на одном своем уровне с гладкой одноуровневой полосой движения одного этажа, а следующим своим уплощением смыкается на другом уровне с гладкой одноуровневой полосой движения другого этажа.

Использование объемной эстакады только для легкового транспорта делает ее легкой и недорогой. Использование заводских типовых секций делает ее быстро сборной (разборной) и переносной. Ее этажность может уменьшаться и увеличиваться, соответственно и пропускная способность так же может меняться до 90 тысяч автомобилей в час.

В силу того, что пропускная способность полосы движения зависит от скорости потока и ее максимальное значение с незначительными отклонениями лежит в области 30-100 км/час, нами предложено удерживать скорость потока именно внутри этого интервала скоростей.

Кроме того, при этих скоростях на городских магистралях, где автомобили часто меняют полосы движения, транспортный поток является разреженным, то есть он находится в состоянии потока свободных частиц, при котором автомобили имеют возможность маневрировать. Правда, при этом пропускная способность в расчете на одну полосу движения с теоретически возможной (3000 тысячи автомобилей в час для синхронизированного потока) падает до 2000 автомобилей в час. Подобная процедура удерживания потока внутри указанного интервала скорости и, значит, соответствующей плотности, производится как на эстакадах, так и на действующих магистралях по принципу контролируемого въезда, предложенного в США более 40 лет назад (ramp metering). В результате, транспортный поток не уплотняется и его скорость не падает до 10-15 км/час, когда появляются заторы, а за ними пробки. Иначе говоря, предлагается не бороться с пробками разными способами, на что сейчас совершенно бесполезно тратятся астрономические суммы, а следует придерживаться режима свободного потока, при котором заторы не возникают и не забывать про организацию объезда мест аварий.

Однако американская методика имеет тот недостаток, что действует локально, и поэтому в США, так же как и у нас, проблема пробок актуальна, а ежегодные потери от них достигают $80 млрд.

Мы же, во избежание торможения потока, в дополнение к контролируемому въезду (ramp metering) предложили ввести сквозную буферную полосу с правого края по движению на магистрали, решив сразу несколько проблем:

а) поток не тормозится въезжающими на магистраль или съезжающими с нее через буферную полосу автомобилями, так как буферная полоса предназначена не для движения автомобилей, а является резервно-технической (предназначена для въезда-съезда автомобилей и объезда ими мест аварий или ремонта), и автомобили после въезда на нее и соответствующего разгона спокойно вклиниваются в разреженный поток автомобилей на полосах движения; точно так же перед съездом с магистрали, автомобили, не снижая скорости, и, значит, не тормозя поток, переезжают на буферную полосу с тем, чтобы спокойно съехать с нее на боковую дорогу или улицу;

б) при ДТП на полосах движения, которых при одностороннем движении на магистралях, как правило, от трех до пяти, пустая буферная полоса в редких случаях перегораживается автомобилями. Поэтому по ней, а также по оставшимся не затронутыми аварией другим полосам автомобили могут продолжать движение, причем скорость потока удается сохранить даже в случае ДТП не менее установленного предела, например 60 км/час, за счет автоматического включения запрещающих въезд светофоров (временного запрета въезда на магистраль до восстановления скорости потока близкой к максимальной) на предшествующих месту аварии въездных участках; на сравнительно узких магистралях-эстакадах (две полосы движения в одну сторону) для страховки кроме буферных полос смонтированы или введены регулярные межэтажные переезды – так что при возможной блокировке буферной полосы можно загодя переехать на другой этаж эстакады или съехать на наземный уровень, избежав тем самым возникновения затора.

Подобных мер до сих пор нигде не предпринималось, вследствие чего поток уплотнялся со всеми вытекающими из этого последствиями (заторы, пробки, аварии). А при каждодневной перегрузке магистралей в часы пик в крупных городах поток уплотняется всегда.

Что касается вопросов оповещения, маршрутизации, то они давно решены и их можно просто заимствовать, так же как те или иные варианты движения без участия водителей, что действительно удобно делать в ограниченных пределах эстакады-магистрали.

Перегрузка магистрали не возникнет, если пропускная способность магистрали будет достаточна для практически любых транспортных потоков и, в частности, будет не менее, чем число автомобилей, стремящихся на магистраль в часы пик. Однако в часы пик число автомобилей, стремящихся на действующие сейчас магистрали, превышает возможности ее полос движения часто в несколько раз. Отсюда быстрое уплотнение потока и возникновение заторов и пробок.

Поэтому нами предложено, во-первых, максимально использовать возможности каждой полосы движения на действующих магистралях, переведя их в режим безостановочного движения с пропускной способностью в среднем на магистралях без перекрестков 2000 автомобилей в час на полосу и 1250 автомобилей в час на полосу движения на магистралях с перекрестками, тогда как сейчас на магистралях с регулируемыми перекрестками (старт-стоповое движение) пропускная способность полосы движения магистрали составляет 500 автомобилей в час в среднем.

Во-вторых, нами предложено расположить полосы движения друг над другом и связать их межэтажными переездами, получив тем самым новую конструкцию эстакады-магистрали с множеством полос движения, распределенных по связанным переездами этажам, что позволяет практически сделать пропускную способность эстакады магистрали неограниченной.

В вышеприведенных материалах приведены ежегодные убытки от пробок, ДТП и загрязнения городского воздуха выхлопными газами в нескольких сотнях крупных городов мира. Эти цифры столь велики, что не могут сравниться с затратами на установку и оснащение предложенных нами беспробочных эстакад-магистралей для безостановочного движения, в основном городских.

Ниже приведены расчеты, из которых следует, что затраты на обеспечение энергией очистных установок невелики, а вытяжки с разрядниками – нейтрализаторами вредного выхлопа давно выпускаются и их регулярная установка в соотношении стоимость установленных аппаратов и себестоимость эстакады опять же невелика.

Поэтому даже если бы эти новые дорожные сооружения были еще дороже, то их все равно необходимо устанавливать. Но, на счастье, побочным эффектом данной разработки является ее сравнительная дешевизна.

В частности, полоса движения на двухуровневой эстакаде-магистрали из металлопроката на стальном каркасе стоит в несколько раз меньше, чем полоса движения наземной магистрали в США. Франции.

Более того, сборка свинчиванием типовых стальных блоков эстакады с установкой их на стальном каркасе производится при соответствующей подготовке очень быстро. Для примера отметим, что недавно в Китае собрали из типовых блоков и оснастили небоскреб на стальном каркасе за две недели.

Это указывает не только на значительное снижение всех затрат на установку эстакады, зависящих от времени, но и на возможность достаточно быстро провести новые магистрали не только в городах, но и между ними, хотя бы по основным направлениям, тем более, что дорожная сеть в большинстве стран мира развита слабо.

Нужная модификация, в частности для МТК (международные транспортные коридоры) предложена в виде объемной эстакады, в едином компактном объеме которого по двум уровням перемещаются как автопотоки, так и железнодорожные составы-контейнеровозы, а также для транспортировки жидкостей, информации, энергии и т.д. используются те или иные навески. Кроме того, использование буферной колеи при проводке железнодорожных составов по стальной свайной магистрали позволяет установить режим безостановочного движения составов с контейнерами с достаточно высокой скоростью и с минимально возможными интервалами. Даже один такой коридор Европа-Азия, например, вдоль транссибирской магистрали, способный конкурировать по стоимости транспортировки с морскими перевозками и стоящий вне конкуренции по времени перевозки, смог бы сразу изменить лицо Дальнего Востока и сделать его одним из основных регионов мира. На Дальнем Востоке также можно было бы быстро проложить свайные трассы по вечной мерзлоте к ряду месторождений, до сего времени недоступных. Все эти работы приведут и к росту населения края.

Эстакада-магистраль на стальном каркасе не самолет или корабль, а всего лишь трубы, балки, да металлические листы в сборке. То есть предлагаемая эстакада является одним из самых простых в технологическом отношении сооружений. Достаточно на одном экспериментальном образце отработать определенные особенности сборки и установки и можно будет покрыть все основные транспортные направления в мире недорогими, быстро сборными магистралями с безостановочным движением транспортных средств. В частности, таким образцом мог бы быть путепровод в виде двухуровневой эстакады, на котором можно было бы отработать все технологии и методики без больших временных и финансовых затрат.

Отметим также проблему общей пропускной способности всего сооружения, которое в прямолинейном виде имеет начало и конец, то есть точки концентрации транспорта, на которых как бы должна падать средняя скорость движения с образованием заторов.

На самом деле, эта проблема является надуманной. В городах, как правило, устанавливаются сквозные эстакады предложенной конструкции, начинающиеся в одном пригороде и заканчивающиеся в другом пригороде с противоположной стороны. Они могут огибать центр города, чтобы не затрагивать его достопримечательности. Подавляющая часть автомобилей в черте города при наличии достаточно частых съездов покидает магистраль отнюдь не конечных точках, которые находятся в дачной местности и до которых доезжают немногие автомобили. Так что эти конечные точки становятся уже не точками концентрации. Далее, кроме сквозных магистралей-эстакад устанавливаются кольцевые эстакады, которые вообще не имеют точек концентрации транспорта, так как не имеют концов. Что же касается возможного сочленения магистралей, то, в частности, в Южной Корее предложен вариант сочленений для многоуровневых эстакад. Но, естественно, могут быть и другие варианты сочленений. И даже, если допустить появление точек концентрации, то проблема падения скорости по всей магистрали, нами решена и описана в настоящей работе, поскольку это тот же случай возникновения затора. И решается он применением нашей усовершенствованной методики ramp metering, то есть применением контролируемого въезда с использованием сквозных буферных полос.

Следует отметить, что в стальной свайной конструкции не используются бетонные громоздкие опоры, а применяются стальные трубы сравнительно малого диаметра (устойчивые при землетрясениях), а сравнительно небольшой вес пролетов из металлопроката с тонким слоем сталефибробетона или другого легкого дорожного покрытия позволяет максимально далеко разнести опоры, а также использовать, при желании и возможностях, пилоны. Кроме того, для самых легких эстакад на основе металлопроката можно использовать не бетонные фундаменты для стальных опор-труб, а просто вбивать или ввинчивать опоры-трубы в землю. Эта технология уже хорошо разработана.

Понятно также, что конструкция, состоящая из сравнительно дешевого металлопроката, 80% которого составляют тонкие металлические листы для пролетов, а остальные 20% металлопроката – это балки и трубы, является одной из самых дешевых дорожных сооружений в целом, а стоимость ее полосы движения будет в несколько раз ниже стоимости полосы движения наземных магистралей не только потому, что эстакады быстро собирается из типовых металлических секций на болтах с минимумом сварки, но и потому, что число полос в проекции на основание у нее больше в два-три раза, чем у наземной магистрали на той же площадке.

Полосы движения и буферные полосы в виде пролетных участков проложены на вертикальных и горизонтальных опорах. Безостановочное движение, даже при возникновении препятствий на отдельных участках магистрали-эстакады, обеспечивается возможностью переезда транспортного средства на буферную (резервно-техническую полосу) или на другой этаж магистрали-эстакады или путепровода по межэтажному переезду. Въездные участки и участки съезда, а также межэтажные внешние переезды размещены по бокам эстакады.

Магистраль-эстакада располагается вдоль оси магистрали, но может быть при необходимости отведена от нее в сторону.

Общее количество полос движения определяется числом этажей и шириной этажа. Межэтажное расстояние составляет величину, достаточную для свободного проезда автомобилей. В частности, высота между двумя уровнями для легковых автомобилей составляет порядка 2,5 метров, ширина полосы движения, а также буферной (резервно-технической) полосы составляет около трех метров.

Магистраль-эстакада представляет собой каркас, состоящий в поперечном разрезе из двух вертикальных опор (для варианта со встречным движением) или одной вертикальной опоры (для варианта с односторонним движением) и поперечных опор, крепящихся на вертикальных опорах. Высота вертикальных опор определяется этажностью эстакады и расположением над дорожным полотном. Если первый этаж эстакады расположен над железнодорожным полотном, то его высота составляет 7,2 метра, если над шоссе, то – 4 метра.

Таким образом, высота 2-этажной эстакады от наземного уровня до покрытия второго этажа составляет соответственно около 10 метров. Сборка магистрали-эстакады осуществляется, как правило, с применением длинномерных конструкций с малым числом вертикальных опор. Каждый этаж эстакады опирается на продольные и поперечные опоры, крепящиеся на вертикальных опорах. На опоры укладываются пролетные участки из металлических листов-плит. На них в качестве дорожного покрытия наносится сравнительно тонкий слой сталефибробетона (не менее 50 мм). Если нижний уровень магистрали-эстакады предполагается использовать и для проезда большегрузного транспорта и автобусов, то стальные листы пролетных участков упрочняются ребрами жесткости (ортотропные плиты).

Магистраль-эстакада является надземной частью загруженной значительную часть суток городской магистрали.

Съезды, въезды и внешние межэтажные переезды сближаются в соответствии с уличной сетью города для удобства проезда по магистрали-эстакаде автомобилей. Над вторым уровнем монтируется парковочный этаж, на который можно въехать как со второго этажа, так и в ряде мест непосредственно с наземного уровня. При этом парковочный этаж может быть расширен, а по бокам эстакады могут быть смонтированы дополнительные отлеты для парковки.

По бокам и сверху магистраль-эстакада в этом варианте закрывается легкой, негорючей прозрачной оболочкой, и в образовавшемся объеме регулярно устанавливаются вытяжки с разрядниками для перевода вредных компонентов выхлопного газа в нейтральные, что делает магистраль-эстакаду экологически чистым дорожным сооружением и снижает степень загрязнения воздуха в городе.

По буферным (резервно-техническим) полосам сквозной проезд автомобилей запрещается, так как они используются для сохранения безостановочности движения, во избежание образования заторов, то есть только для объезда мест аварий или ремонта, а также для въезда на полосы движения и съезда с них.

Для обеспечения безопасности движения боковые поверхности магистрали-эстакады защищены противоударными конструкциями.

Таким образом, легковой автомобиль может въехать на любой этаж и в соответствии с указателями плотности движения перемещаться по нему или переехать на другой этаж и беспрепятственно перемещаться по полосе движения со скоростью 40(60)-90(100) км/час, так как в случае аварии на полосах движения, автомобиль может объехать место аварии либо по буферной полосе, либо переехать на другой этаж.

Конструктивные особенности магистрали-эстакады предполагают изготовление всех ее элементов в промышленных условиях. Поэтому практически все строительно-монтажные работы, в основном сборочные, производятся на местах сооружения эстакад. Собрать и оснастить конструкцию протяженностью 5 – 10 км с соответствующими подводами и межэтажными переездами при наличии необходимого оборудования, готовых блоков, соответствующих специалистов и проведения предварительных подготовительных работ можно в течение нескольких месяцев.

Один км эстакады с парковкой и очистными установками можно оценить в $7 – 7,85млн. или 1м² полос движения при их площади 24000 м² стоит $330, а 1м² полной площади пролетных участков – 54000м² – стоит $145. При этом в данную себестоимость входят стоимость всех материалов, изготовление типовых блоков, их доставка, заработная плата, стоимость подготовительных работ, стоимость аренды машин и механизмов для сборки, стоимость вытяжек с нейтрализаторами выхлопа и т.д.

Столь низкие затраты на установку эстакады объясняются тем, что она быстро собирается и ее сборка из типовых блоков, изготовленных заранее промышленным способом, при наличии подготовленной площадки и осуществления сборки свинчиванием блоков с минимумом сварки, занимает в общей сложности 2-3 месяца, а не 2-3 года, как это происходит, как правило, со строительством громоздких железобетонных эстакад. Именно это обстоятельство в основном и увеличивает примерно на порядок расходы на заработную плату, аренду оборудования и т.п., что отражается на величие затрат на возведение строящихся ныне стандартных железобетонных эстакад.

Чтобы устранить непонимание того, каким конкретным образом достигается эта низкая себестоимость, отметим следующее.

Прежде всего, необходимо иметь налаженное производство типовых секций и блоков эстакады, которые своевременно доставляются на подготовленную площадку для их сборки в основном болтовым соединениями подготовленной бригадой специалистов при наличии соответствующего оборудования и механизмов. Эта процедура по заранее известной схеме занимает небольшой отрезок времени, зависящий от протяженности участка. Установка свайного каркаса из пустотелых труб так же не занимает много времени при условии того, что трубы вбиваются в заранее определенные точки в соответствии с данными грунтовой разведки и схемами проложенных городских коммуникаций. Движение при этих операциях по наземным магистралям не прерывается. Известные и давно отработанные процедуры нанесения антикоррозийного покрытия, гидроизоляции, сталефибробетона и т.п. так же длятся недолго при соответствующей подготовке специалистов и материала, как и монтаж боковых стенок и крыши. Оснащение эстакады оборудованием и приборами, такими как въездные светофоры с радарами и котроллерами, источники света, видеорегистраторы, линии связи, табло, датчики для мониторинга, противопожарное и эвакуационное оборудование, следящие центры, вертолетные площадки, различные сопутствующие навески в виде кабелей и трубопроводов так же не может быть долгим, если такое оборудование доставлено на площадку вовремя. То есть процедура должна быть отработана до деталей, подготовительные работы совершены, арендованные машины и механизмы готовы к работе, специалисты тоже готовы, типовые блоки изготовлены и подвозятся с нужной периодичностью к уже смонтированному каркасу. Все это сравнительно несложно, если заранее отработано на экспериментальном образце. После этого эстакады по уже отлаженной схеме и имеющемся промышленном производстве типовых блоков быстро устанавливаются в определенных местах города и пригорода для «искоренения» пробок.

Тем не менее, главное – это совсем не удельная себестоимость восьмиполосной двухуровневой эстакады-магистрали с выделенной парковкой на основе металлопроката ($7 – 7,85 млн. за километр), хотя она ниже средней себестоимости, например, шестиполосной автомагистрали в России ($ 10 млн. за километр) или четырехполосного путепровода в России ($ 30 млн. за километр), – а решение основных городских транспортных проблем, именно:

– конструкция закрытой свайной двухуровневой эстакады с переездами между этажами и буферными полосами обеспечивает движение практически любого количества автомобилей на высокой скорости, без остановок и пробок в любую погоду, то есть при движении по новым магистралям большей части легковых автомобилей города потери от пробок при общей разгрузке дорожной сети, отсечении основного потока автомобилей от потоков пешеходов, снижении шума и попадания в воздух выхлопного газа снизятся более чем в два раза и, в частности, а сами эстакады-магистрали окупятся примерно за 1 – 2 года в среднем;

– данная двухуровневая магистраль является экологически чистой, поскольку в ее закрытом пространстве устанавливаются вытяжки с разрядниками, к тому же закрытая магистраль не подвержена климатическим воздействиям, ее полосы движения не заносит снегом и не поливает дождем, а надежная свайная конструкция не разрушается при землетрясениях и не размывается наводнениями;

– магистраль при ее небольшом расширении может служить основой и для дешевого надземного метро с вылетом его на 20-30 км от крупного города, причем ее себестоимость составит около $7 млн. за км;

– стальной свайный каркас, так же как каркас небоскребов, обеспечивает эстакаде повышенную надежность, закрытые полосы – повышенный ресурс без ремонта, а свайная технология обеспечивает возможность проводки по любому грунту и рельефу, в том числе при необходимости и над домами, другими дорогами и т.д.;

– быстрота и дешевизна установки региональных надежных и эффективных эстакад на стальном каркасе может освободить все крупные города мира от пробок и заторов не когда-то, а в ближайшие годы;

– десятки, а с течением времени и сотни тысяч дополнительных парковочных мест на третьем ярусе эстакады (можно использовать в ряде мест для этого и боковые отлеты) позволят не только облегчить ситуацию с размещением автомобилей в городе, но и при развитии сети эстакад в городе значительная часть автомобилей сможет вообще не покидать пределы эстакады и перемещаться по новым транспортным сетям без участия водителей в управлении автомобилем;

– для правительств, возможно, основным будет то, что внедрение беспробочной системы транспортных коммуникаций позволит ежегодно экономить практически по каждой стране миллиарды долларов.

Отметим далее, что методика организации безостановочного движения автомобилей, то есть движения без пробок и заторов, разработанная нами для путепроводов и надземных магистралей вполне пригодна и для обычных наземных магистралей без светофоров с тем ограничением, что, в отличие от многополосных эстакад со связанными уровнями, число полос на наземной магистрали сравнительно невелико и суммарная пропускная способность трассы также меньше. Однако, несмотря на это, при определенных нами условиях и на наземной магистрали можно установить выгодный режим безостановочного движения.

Помимо этого, модернизация имеющихся эстакад и путепроводов с соответствующим увеличением их пропускной способности с помощью установки второго металлического яруса над одноэтажными эстакадами не потребует реконструкции всех существующих мостов, путепроводов, эстакад, так как дополнительная нагрузка от второго яруса не падает на модернизируемую конструкцию. Второй ярус из металлопроката монтируется не на существующей бетонной эстакаде, мосте или путепроводе как опоре, а собирается на отдельном стальном каркасе, как бы накрывающем существующий путепровод, мост или эстакаду.

Сборные железобетонные пролетные строения двухэтажной магистрали-эстакады с восемью полосами движения и четырьмя резервно-техническими полосами.

Широкое распространение в строительстве находят эстакады из сборного железобетона.

Пролетные строения железобетонных эстакад монтируются из сборных цельнопролетных балок, устанавливаемых на возведенные ранее капитальные или временные опоры. При этом в зависимости от грузоподъемности кранового оборудования сборным блоком может быть одна балка, несколько соединенных в поперечном направлении балок или даже целое разрезное пролетное строение. Такой способ-монтажа применяют чаще всего в эстакадах балочно-разрезной или балочно-неразрезной системы, образуемых объединением над опорами разрезных балок.

Монтаж осуществляется различными механизмами в зависимости от местных условий. Если позволяет грузоподъемность, то монтаж ведут стреловыми кранами. Установку в пролет цельнопролетных балок можно производить портальными кранами, перемещающимися по специальным путям вдоль эстакады на поверхности земли. При большой длине и высоте эстакады или невозможности устройства портальных кранов применяют шлюзовые краны, передвигающиеся по готовой части эстакады и монтирующие балки перед собой. Если эстакады проходят над водой, то балки можно доставлять к месту монтажа на плаву.

Для предлагаемой конструкции, монтаж которой производится в городских условиях при недостатке пространства, наиболее предпочтительным является применение шлюзовых кранов.

На строительной площадке затем ведут укрупнительную сборку, после чего собранные балки устанавливают в проектное положение кранами. Пролетные строения эстакад неразрезной или рамной системы с пролетами более 30-40 метров монтируют из коротких блоков, непосредственно устанавливаемых в пролет. Простейший способ такой сборки – укладка блоков на сплошных подмостях с последующим их объединением путем омоноличивания стыков и натяжения продольной арматуры. Такой способ требует возведения большого количества подмостей и ведет к загромождению подэстакадного пространства.

Более экономичным следует считать устройство подмостей только в одном пролете. После монтажа пролетного строения в этом пролете подмости разбирают и перемещают в следующий пролет. Усовершенствованной разновидностью этого способа строительства является метод попролетной сборки. Подмости представляют собой в этом случае специальный агрегат, который перемещается из пролета в пролет, опираясь на опоры эстакады и собранную часть конструкции. Здесь конструкция пролетного строения должна быть такой, чтобы обеспечивалось беспрепятственное перемещение подмостей в очередной пролет.

Продольную надвижку железобетонных пролетных строений применяют при пролетах 40-60 метров. По этому методу пролетное строение собирают из отдельных коротких блоков и выдвигают в проектное положение системой лебедок или толкающими домкратными установками без использования или с использованием временных промежуточных опор. Этот способ применим для балочно-неразрезных пролетных строений с постоянной высотой.

Сборка на подходах пролетных строений на всю длину требует достаточно протяженной строительной площадки, что в условиях города не всегда выполнимо. Более рациональна надвижка с одновременной тыловой сборкой, при которой конструкция наращивается по одному блоку и выталкивается в пролет или собирается на целый пролет и только потом выдвигается на опоры.

Аналогичным вышеуказанному образом можно монтировать и двухэтажную железобетонную эстакаду, используя в качестве основы первый этаж и шлюзовые краны.

Оценка основных экономических показателей двухэтажной железобетонной магистрали-эстакады двустороннего движения.

Оценим основные экономические показатели километрового отрезка двухэтажной железобетонной магистрали-эстакады двустороннего движения с четырьмя полосами движения и двумя резервно-техническими полосами по три метра в ширину каждая на обоих этажах.

Пролетные участки монтируются на железобетонных балках и поперечных опорах, которые устанавливаются на железобетонных вертикальных опорах-столбах (марка железобетона М-400), закрепленных в бетонных фундаментах-колодцах.

Железобетонные дорожные плиты (марка железобетона М-400), удерживаются десятью рядами продольных балок высотой 0,5 метра, толщиной 0,3 метра между поперечными опорами длиной 18 м, высотой 0,5м, толщиной 1 м, установленными через каждые 50 метров на столбах-опорах диаметром 2 метра (в предпочтительном исполнении опоры выполняются в сечении эллипсовидными – вытянутыми вдоль магистрали) и высотой 4 метра между каждым этажом. Высота магистрали-эстакады от уровня наземной поверхности до уровня пролетных участков второго этажа – порядка 10 метров.

На каждом километровом участке магистрали-эстакады в городском исполнении имеется с каждой стороны по два съезда, по два въезда на первый этаж и по одному межэтажному внешнему переезду – вверх или вниз через километр, каждый протяженностью не менее 130 метров, шириной не менее 4 метров, пролетные участки въездов и съездов монтируются на балках и поперечных опорах, и вся конструкция удерживается тремя одинарными столбами-опорами, межэтажные переезды монтируются на консолях. Конструкции въездов, съездов, переездов могут быть выполнены как из железобетона, так и на основе металлопроката с покрытием пролетных участков тонким слоем сталефибробетона. При необходимости над вторым этажом на металлических опорах устанавливается парковочный этаж из металлических пролетов-плит (6х3х0,008) метров. По бокам и сверху конструкция закрывается прозрачной или полупрозрачной оболочкой. Внутри закрытой конструкции в городских условиях регулярно устанавливаются вытяжки с разрядниками для нейтрализации токсичных компонентов выхлопного газа, противопожарные устройства, устройства экстренной эвакуации, системы освещения, наблюдения, табло и т.п., включая в случае необходимости велодорожки снаружи.

Пролетные участки шириной 18 метров собираются из 1500 стандартных дорожных плит на каждый этаж (6 х 2 х 0,14) метров. Объем пролетных участков на этаж – 2520 м куб., масса – 6300 тонн.

Объем 200 пятидесятиметровых балок (50 х 0,5 х 0,3) куб. метров на этаж составляет 1500 м, масса – 3750 тонн.

Объем 21 поперечной опоры (18 х 0,5 х 1,0) куб. метров на этаж составляет 189 м, масса – 472,5 тонны.

Объем 42 столбов-опор диаметром 2 метра и высотой 4 метра составляет 525 м., масса – 1312,5 тонны.

Объем 42 забетонированных колодцев-фундаментов для столбов-опор глубиной 2 метра и площадью 9 кв.м. составляет 756 м. куб., масса – 1890 тонн.

Таким образом, объем материала одного этажа без дополнительных въездных, съездных и переездных участков в виде готовых блоков и секций составляет 4734 м. куб., масса – 11835 тонн. При цене одного кубического метра железобетона указанной марки в настоящее время в России порядка 9000 руб.($300) себестоимость готовых блоков этажа указанного объема составляет $1,42 млн. Масса одного этажа, не включая массы столбов-опор, составляет – 10500 тонн.

Объем каждого из дополнительных переездных, въездных и съездных участков (130 х 4 х 0,14) куб. метров вместе с тремя продольными балками, (каждая по объему составляет (130 х 0,3 х 0,3) куб. метров), тремя поперечными опорами (4 х 0,5 х 0,3) куб. метров и тремя столбами-опорами диаметром 0,5м из железобетона составляет порядка 100 м. куб., масса – 250 тонн. Объем шести участков – 600 м.куб, масса – 1500 тонн. Протяженность каждого участка не менее 130 метров выбрана из расчета, что при подъеме или спуске уклон не превысит 4%.

Масса обоих этажей железобетонной эстакады, не включая массы столбов-опор первого этажа и массы колодцев-фундаментов, составляет – 23800 тонн, а с исключением массы четырех въездов и съездов – 22800т.

Объем железобетонных блоков всей двухэтажной магистрали-эстакады (1км), включая колодцы-фундаменты и дополнительные участки составляет: 4734 + 4734 + 756 + 600 = 10824 м.куб, себестоимость – $3,25 млн., масса: 11835 + 11835 + 1890 + 1500 = 27160 тонн.

В городских условиях магистраль-эстакада закрывается по бокам и сверху прозрачной или полупрозрачной оболочкой из негорючего пластика. В качестве таких материалов могут использоваться стеклопластики. Они уже давно применяются, как конструкционный и теплозащитный материал при производстве корпусов лодок, катеров, судов и ракетных двигателей, кузовов автомобилей, цистерн, рефрижераторов, радиопрозрачных обтекателей, лопастей вертолётов, коррозионностойкого оборудования. При этом цены на стеклопластик довольно низкие. Так же недорог и прозрачный поликарбонат разных оттенков. Несколько более дорогими являются негорючие и шумопоглощающие алюминиевые композитные панели – порядка 1000 рублей за квадратный метр. Однако они не требуют ухода и формируют при декорировании прекрасный дизайн сооружения. Поверхность остальных открытых участков магистрали-эстакады можно не красить, а покрывать антикоррозионным слоем, например, в виде стеклофибробетона или применять для них другие новейшие и недорогие материалы. В различных пожароопасных местах можно использовать покрытия из термически устойчивых углеродных композитов различного типа.

Для двухэтажной магистрали-эстакады без парковочного (третьего) этажа с шириной пролетных участков 18 метров, расстоянием между первым и вторым этажами 4 метра, высотой оболочки над вторым этажом – 4 метра площадь поверхности на 1 км эстакады составляет порядка 34000 м.кв.. При цене в среднем 1 м.кв. пластика $10 себестоимость оболочки составит $0,34 млн. С учетом парковочного (третьего этажа) себестоимость оболочки составит $0,42 млн.

Остальные расходные статьи на установку эстакады включают в себя доставку готовых блоков; сборку; аренду кранов, других механизмов и оборудования; оснащение эстакады указанным выше оборудованием и приборами; проведение предварительных геодезических и других вспомогательных работ; а также оплату сертификации испытаний и т.п.

Известно, что цена доставки кубического метра железобетона на расстояние 51-55 км автотранспортном составляет 1000 руб. ($33). Таким образом, доставка 10824м.куб железобетона от завода до места монтажа и установки обойдется в $0,36 млн.

Сборку 1 км магистрали-эстакады можно при наличии необходимого оборудования и механизмов осуществить за 2-3 месяца 20-ю специалистами при выплате им $100 тыс.

Аренда механизмов, включая кран, и остального оборудования на один месяц обойдется в сумму порядка $100 тыс.

Оснащение эстакады необходимыми приборами и оборудованием займет не менее месяца и потребует участие не менее 50 специалистов при выплате им не менее $100 тыс.

Стоимость необходимого оборудования и приборов, включая регулярно установленные (через каждые 50 метров) мониторы-видеорегистраторы, осветительные приборы, противопожарное оборудование, табло, эвакуационные рукава, приборы и оборудование для мониторинга, блоки управления и т.д. можно оценить в сумму не менее $100 тыс.

Стоимость предварительных геодезических и других вспомогательных работ можно оценить в сумму не менее $100 тыс.

С учетом указанных статей дополнительных расходов и расходов на оболочку себестоимость 1 км двухэтажной магистрали-эстакады с восемью полосами движения (без парковочного этажа) возрастет на следующую сумму: $360 тыс. + $500тыс. + $340 тыс. = $1200 тыс. и составит: $3,25 +$1,2 = $4,45 млн.

В городских условиях каждый этаж необходимо оснащать вытяжками с разрядниками для нейтрализации токсичных компонентов выхлопного газа. Определим эту составляющую.

Основная проблема вентиляционных выбросов из гаражей, паркингов и стоянок в том, что их вентиляция аккумулирует токсичные вещества, образующиеся при работе автомобилей в месте выброса воздуха из вентиляции. Следствием этого является концентрирование выхлопных газов автомобилей внутри тоннеля и вокруг вентиляционных шахт, через которые осуществляется выброс загрязненного воздуха. Наиболее загрязненный выхлоп автомобилей происходит во время запуска двигателя и при его прогреве, т.е. как раз в помещениях гаражей, стоянок и паркингов.

Выхлопные газы автомобилей содержат:

продукты неполного сгорания жидкого топлива (СО, сажа, углеводороды, др.) паркингов и тоннелей могут достигать концентраций, указанных в таблице:Токсичные компоненты выхлопных газов по-разному влияют на организм человека. Оксид углерода вызывает кислородное голодание организма и поражает центральную нервную систему. Альдегиды (формальдегид, уксусный альдегид, акролеин и др.) раздражающе действуют на слизистые оболочки и поражают нервную систему. К числу канцерогенных веществ относятся бензапирен, полициклические ароматические углеводороды, антрацены. Они являются сильными ядами, вызывают пищевые отравления,разрушают органы дыхания и нервную систему.

В настоящее время основным и самым распространенным методом нейтрализации вышеуказанного эффекта является метод рассеивания вентиляционных выбросов из тоннелей. Это ведет к образованию значительных загрязненных территорий вокруг вентиляционных шахт.

В отношении суммарного объема выходящих из глушителя легкового автомобиля выхлопных газов в среднем можно ориентироваться на следующую цифру – один литр сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 кубометров смеси различных газов. При скорости 60-70 км/час на прохождение 1 км трассы автомобилем в среднем расходуется около 0,04 литра бензина и выделяется 0,6 м.куб. выхлопных газов. По одной полосе движения в магистрали-эстакаде в среднем за один час проходит 2000 легковых автомобилей, которые могут выделить в объем магистрали-эстакады до 1200 м.куб. выхлопных газов. На одном этаже магистрали-эстакады двустороннего движения протяженностью 1 км, содержащем 4-е полосы движения и 2-е буферные полосы, выделяется в четыре раза больше выхлопных газов – 4800 м.куб.. Полный объем 1 км этажа магистрали-эстакады с учетом буферных полос составляет 72000 м.куб. и в нем выхлопной газ рассеивается. Для ликвидации токсичных компонентов выхлопных газов требуется установить на каждом этаже столько очистных установок, сколько требуется для очистки указанного объема загрязняемого выхлопным газом воздуха.

Известны газоконвертеры «Ятаган» – газоразрядно-каталические установки для очистки 12000 м.куб./час воздуха с содержанием в нем не более 1000 мг/м3 органических загрязнений – стоимостью за установку «Ятаган 12,0-1000» $50 тыс. То есть на этаж потребуется 6 подобных установок, на два этажа – 12 установок стоимостью $600 тыс., а на три этажа – 18 установок стоимостью $900 тыс.

Установки эффективно работают при содержании вредных примесей в 1 м.куб. воздуха не более 1000 мг. При указанной интенсивности движения на каждом километре одного этажа магистрали-эстакады по максимуму может находиться до 200 автомобилей (до 50 автомобилей на каждой из 4-х полос движения), которые выбрасывают в 1 м.куб. воздуха объема эстакады выхлопного газа не более 400 мг токсичных веществ.

Таким образом, оснащение двухэтажной магистрали-эстакады очистными установками обойдется в сумму порядка $600тыс., трехуровневой – $900 тыс.

Себестоимость двухэтажной эстакады с очистными установками составит: $4,45 млн. + $0,6 млн. = $5,05 млн.

Третий – парковочный этаж монтируется на основе металлопроката. Пролетные участки в виде стальных плит (6х3х0,008) метра укладываются на металлические полые поперечные опоры длиной 20м, диаметром 15 см, толщиной стенки 8 мм и, закрепляются на вертикальных опорах – металлических полых столбах – высотой 2,5 метра диаметром 15 см, толщиной стенки 8 мм, которые располагаются на расстоянии 6 метров друг от друга продольно и – 9 метров поперечно. По краям для расширения пролетных участков до 20 метров монтируются аналогичные указанным плитам по параметрам листы, но шириной 1 метр.

Масса пролетного участка протяженностью 1 км и шириной 20 метров при толщине плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составит: 1000м х 20м х 0,008м х 7,8 т/м.куб. = 1400 тонн.

Диаметр поперечных и вертикальных опор 150мм, толщина стенки 8мм, сечение – 2000мм.кв.. Протяженность поперечной опоры – 20 метров, число поперечных опор – 167. Масса поперечных опор составляет: 167 х 20м х 0,002 м.кв. х 7,8 т/ м.куб. = 52 тонны. Высота опор-столбов 2,5 метра, число опор-столбов 501. Масса столбов-опор составит: 501 х 2,5м х 0,002 м.кв. х 7,8 т/ м.куб. = 20 тонн. В сумме масса опор составляет 72 тонны.

Таким образом, масса парковочного этажа из металлопроката примерно равна 1500 тонн. При цене металлопроката $1000 себестоимость парковочного этажа составит порядка $1,5 млн. Доставка около 1500 тонн металлических конструкций при цене доставки тонны автотранспортом на расстояние порядка 650 км $50 стоит порядка $0,075млн. и себестоимость третьего уровня уже составит $1,575 млн.

В сумме стоимость доставки железобетонных и металлических конструкций составит: $0,36 млн. + $0,075 млн. = $0,435 млн.

При оснащении парковочного этажа очистными установками и дополнительным оборудованием его себестоимость возрастет до $1,875 млн.

На одном километре парковочного этажа может быть размещено с учетом их проезда к местам парковки порядка 660 легковых автомобилей.

Масса 1 км трехуровневой магистрали-эстакады без учета массы колодцев-фундаментов и массы столбов-опор первого этажа составит 25300 тонн.

Себестоимость 1 км магистрали-эстакады с парковочным этажом и очистными установками на всех трех уровнях составит: $5,05 млн. + $1,875 млн. = $6,85 млн.

На каждых четырех километрах магистрали-эстакады в городских условиях с обеих сторон монтируется, как минимум, два въезда, два съезда, соединяющие наземный и третий уровень эстакады, а также два межэтажных переезда, соединяющие второй и третий уровни эстакады.

Объем переездного участка (130 х 4 х 0,14) куб. метров вместе с тремя балками (130 х 0,3 х 0,3) куб. метров, тремя поперечными опорами (4 х 0,5 х 0,3) куб. метров и тремя столбами-опорами диаметром 0,5м из железобетона на каждом участке составляет порядка 100 м.куб, масса – 250 тонн. Протяженность каждого участка, соединяющего два соседних этажа, – не менее 130 метров – выбрана из расчета, что при подъеме или спуске уклон не превысит 4%. Себестоимость участка при цене кубометра железобетона $300 составит $30 тыс. Два участка стоят $60 тыс. Переездные участки могут также быть выполнены из металлопроката и смонтированы на консолях.

Въездной или съездной участок из металлопроката для соединения наземного уровня и третьего – парковочного этажа с перепадом высот порядка 15 метров включает в себя пролетные участки из металлических плит размером 4 на 6 метров и толщиной 0,008 метра, поперечные опоры, столбы-опоры. Протяженность каждого участка соединяющего наземный и третий уровень эстакады не менее 380 метров выбрана из расчета, что при подъеме или спуске уклон не превысит 4%.

Пролетные участки в виде стальных плит (6 х 4 х 0,008) метра укладываются на металлические полые поперечные опоры на расстоянии 6 метров друг от друга. Их длина – 4м, диаметр – 15 см, толщина стенки 8 мм каждая. Они закрепляются на вертикальных опорах – металлических полых столбах – высотой от 1,5 до 15 метров диаметром 15 см, толщиной стенки 8 мм, которые располагаются на расстоянии 6 метров друг от друга продольно. Число поперечных опор составляет 63, вертикальных – 63.

Масса пролетного участка въезда или съезда протяженностью 380 метров и шириной 4 метра при толщине плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составит: 380м х 4м х 0,008м х 7,8 т/м.куб. = 95 тонн.

Диаметр поперечных и вертикальных опор 150мм, толщина стенки 8мм, сечение – 2000мм.кв.. Протяженность поперечной опоры – 4 метра, число поперечных опор – 63. Масса поперечных опор составляет: 63 х 4м х 0,002 м.кв. х 7,8 т/ м.куб. = 4 тонны. Высота опор-столбов в среднем 8 метров, число опор-столбов 63. Масса столбов-опор составит: 63 х 8м х 0,002 м.кв. х 7,8 т/ м.куб. = 8 тонн. В сумме масса опор составляет 12 тонн.

Таким образом, масса съезда или въезда с наземного уровня на парковочный этаж (третий уровень) из металлопроката примерно равна 107 тоннам. При цене металлопроката $1000 себестоимость одного въезда или съезда составит около $ 0,11 млн. Четыре участка, таким образом, стоят порядка $ 0,44 млн. Общая себестоимость двух въездных, двух съездных и двух переездных участков составляет около $0,5 млн. То есть на 1 км магистрали-эстакады из этой себестоимости приходится $0,13 млн. Масса двух въездных, двух съездных и двух переездных участков, приходящаяся на четыре километра магистрали-эстакады, составляет: (4 х 116т) + (2 х 250т) = 964т. На один километр магистрали-эстакады, таким образом, приходится 241 тонна.

Масса 1 км трехуровневой магистрали-эстакады с двумя железобетонными этажами с железобетонными переездами на них и третьим – парковочным этажом из металлопроката вместе с переездами, давящая на 42 бетонные опоры-колонны диаметром 2 метра, составляет около 24000 тонн. То есть на общую площадь колонн-опор по сечению 1318800см.кв. действует 24 миллиона кг, или один квадратный сантиметр подвергается давлению 18кгс. Предел прочности на сжатие бетона марки М400 –393кгс/см.кв.. Это означает, что конструкция имеет 22-кратный запас прочности. На 1 км трехуровневой магистрали-эстакады указанной конструкции может одновременно находиться около 400 автомобилей в движении на первом и втором уровнях и 700 автомобилей на парковочном – третьем уровне, то есть в сумме 1100 автомобилей. Если учесть их массу, которая при средней массе легкового автомобиля 2 тонны составляет 2200 тонн, то конструкция с массой 26200т сохранит многократный запас прочности, равный в данном случае 20. Для 1 км четырехуровневой магистрали-эстакады, включающей еще один (четвертый) этаж для парковки из металлопроката с учетом возможности нахождения на нем порядка 700 автомобилей дополнительная нагрузка на опоры увеличится еще на вес четвертого этажа (1500т) и вес автомобилей, находящихся на нем (1400т), то есть общая нагрузка на столбы-опоры станет 29100 тонн. Запас прочности и в этом случае будет многократным – 18.

Полная себестоимость 1 км магистрали-эстакады при учете себестоимости дополнительных участков, соединяющих парковочный этаж с другими уровнями, самим парковочным этажом и очистными установками на всех трех уровнях составит: $5,05 млн. + $1,935 млн. + $0,13 млн. = $7,1 млн.

Таким образом, себестоимость квадратного метра пролетов трех этажей (54000м.кв.) составит $140, а в пересчете только на восемь полос движения шириной 3 метра каждая (24000м.кв.) – $300.

При установке полностью оснащенной трехуровневой магистрали-эстакады, например, в Москве по радиальному направлению от ТТК до МКАД (10км) и дальше – в Подмосковье – на 15 км (общая протяженность 25 км) ее себестоимость составит порядка $177,5 млн.

Сборные стальные пролеты двухэтажной магистрали-эстакады с восемью полосами движения и четырьмя буферными полосами. Методика сборки и экономическая оценка километровой конструкции.

Пролетные участки первого уровня магистрали-эстакады двустороннего движения протяженностью 1000 м в виде стальных листов-плит (6х3х0,008) метра укладываются на стальные двутавровые балки – продольные и поперечные опоры, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм, которые закрепляются на вертикальных опорах – металлических колоннах – высотой от 2 до 4 метров, диаметром 30 см, толщиной стенки 20 мм. Колонны располагаются на расстоянии 50 метров друг от друга продольно и 18 метров поперечно. Еще порядка 2 метров каждой колонны являются частью фундамента. Колонны могут устанавливаться и на основе из нескольких свай.

Площадь пролетных участков первого уровня составляет 18000 м.кв., число стальных листов-плит – 1000. Если по первому уровню допускается проезд автобусов и тяжелогрузных автомобилей, то стальные листы-плиты усиливаются. Для этого к нижней поверхности плоского стального листа привариваются продольные и поперечные ребра, имеющие разную жесткость, то есть формируется ортотропная плита, цена которой несколько выше цены плоского стального листа из металлопроката.

Масса пролетного участка первого уровня протяженностью 1км и шириной 18 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составляет: 1000м х 18м х 0,008м х 7,8т/м.куб. = 1124 тонны. Площадь пролетного участка – 18000м.кв..

Пролетные участки второго уровня магистрали-эстакады двустороннего движения протяженностью 1000м в виде стальных листов-плит (6х3х0,008) метра укладываются на стальные двутавровые балки-опоры, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм, которые закрепляются на продолжении вертикальных опор высотой 4 метра над первым уровнем эстакады.

Площадь пролетных участков второго уровня составляет 18000 м.кв., число стальных листов-плит – 1000. Масса пролетного участка верхнего уровня протяженностью 1км и шириной 18 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составляет: 1000м х 18м х 0,008м х 7,8т/м.куб. = 1124 тонны. Площадь пролетного участка – 18000м.кв..

Масса обоих пролетных участков протяженностью каждого 1км и шириной каждого 18 метров составляет 2248 тонны. Площадь обоих пролетных участков – 36000м.кв..

Парковочная площадка верхнего уровня магистрали-эстакады двустороннего движения протяженностью 1000м выполнена в виде стальных листов-плит (6 х 3 х 0,008) метра, которые укладываются на стальные двутавровые балки-опоры, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм. Балки-опоры закрепляются на продолжении вертикальных опор высотой 5 метров над первым уровнем эстакады.

Площадь парковочной площадки верхнего уровня составляет 18000 м.кв., число стальных листов-плит – 1000. Масса парковочной площадки верхнего уровня протяженностью 1км и шириной 18 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составляет: 1000м х 18м х 0,008м х 7,8т/м.куб. = 1124 тонны. Площадь площадки – 18000м.кв..

Масса пролетного участка межэтажного переезда протяженностью 150м и шириной 4 метра при толщине стальных листов-плит 0,008м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составляет: 150м х 4м х 0,008м х 7,8т/м.куб. = 37 тонн. Площадь пролетного участка переезда – 600м.кв.. Масса восьми металлических консолей – стальных двутавровых балок длиной 4м каждая, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм составляет 0,7т, поскольку для данного типа двутавровой балки масса балки протяженностью 44,7м составляет 1 тонну. Масса продольной балки длиной 150 м составляет 3 тонны. Общая масса стального межэтажного переезда – 41т. Масса двух переездных участков для перемещения автомобилей с первого уровня на второй и наоборот, устанавливаемых по обеим сторонам эстакады в среднем на один-два километра протяженности, так же как и двух переездных участков с второго уровня на парковочный этаж, составляет 82т, а площадь – 1200 м.

Масса въезда (съезда) с наземного уровня на первый этаж магистрали-эстакады протяженностью 100м и шириной 4 метра при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составляет: 100м х 4м х 0,008м х 7,8т/м.куб. = 25т. Площадь пролетного участка – 400м.кв.. Масса двух поперечных опор – стальных двутавровых балок длиной 4м каждая, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм составляет 0,2т, поскольку для данного типа двутавровой балки масса балки протяженностью 44,7м составляет 1 тонну. Масса продольных балок длиной 200 м составляет 4 тонны. Общая масса стального въезда (съезда) – 30т. Масса двух въездов (съездов) составляет 60т, а площадь – 800 м.кв.. В среднем для городских магистралей-эстакад въезды (съезды) монтируются на один-два километра протяженности эстакады.

Для парковки легковых автомобилей в ряде мест целесообразно вывести въездные (съездные) участки непосредственно на третий – парковочный уровень. Въездной или съездной участок из металлопроката для соединения наземного уровня с уровнем третьего – парковочного – этажа с перепадом высот порядка 9 метров включает в себя пролетные участки из металлических плит размером 4 на 6 метров и толщиной 0,008 метра, поперечные опоры, столбы-опоры. Протяженность каждого участка соединяющего наземный и третий уровень эстакады порядка 300 метров выбрана из расчета, что при подъеме или спуске уклон не превышал 4%.

Диаметр вертикальных опор-колонн 300мм, толщина стенки 20мм, сечение – 17600мм.кв.. Число опор-колонн – 42 и их высота от двухметровой подземной части до уровня парковочного этажа (9м) составляет 11,5 м. Общая длина колонн составляет 483м. Число опор-колонн, удерживающих два въезда (съезда) – 4, высота – от 4 до 2 метров, в среднем 3 м. Всего получается округленно 495м. Их общая масса: 68т.

Протяженность двутавровых балок – продольных опор нижнего уровня магистрали-эстакады – составляет семь рядов, общей длиной 7000м, протяженность 21 поперечной восемнадцатиметровой опоры-балки 378 м, общая длина балок – 7378м. Их масса из расчета: 44,7м соответствует одной тонне, составляет 165т. Общая масса нижнего уровня вместе с горизонтальными опорами составляет 1289т.

Общая масса всех трех уровней вместе с горизонтальными опорами составляет 3900т.

Общая площадь всех пролетных участков километровой двухуровневой магистрали-эстакады двустороннего движения, включая два переезда, два съезда, два въезда – 38800 м.кв.

Общая масса стальных блоков и элементов магистрали-эстакады составляет порядка 4110т. При цене одной тонны стального проката $1000 стоимость стальных блоков и элементов магистрали-эстакады составит $4,11млн.

Масса блоков магистрали-эстакады, составляющая нагрузку на опоры-колонны, равна 3959т.

Пролетные участки и парковочная площадка (она при необходимости может быть преобразована в пролетный участок для сквозного проезда автомобилей) магистрали-эстакады покрываются, как минимум, пятисантиметровым слоем дорожного покрытия – сталефибробетоном. Общая площадь пролетов магистрали-эстакады – 56800м.кв.. Объем сталефибробетонного покрытия – 2840м.куб., масса – 7100 т, стоимость при цене кубометра сталефибробетона $300 – $0,852 млн.

С учетом массы сталефибробетона масса магистрали-эстакады составит 11210т и суммарная стоимость – $4,962 млн., а масса нагрузки на вертикальные опоры составит 11059т.

Покрытие открытых стальных поверхностей площадью около 56800 м.кв. антикоррозионным составом со средней стоимостью порядка $10 на квадратный метр можно оценить в сумму $0,568 млн. А монтаж гидроизоляции на той же площади с той же стоимостью можно оценить в сумму $0,568 млн.

Сверху и по бокам магистраль-эстакада закрыта пластиковой прозрачной негорючей оболочкой общей площадью 33000 м.кв.. Ее стоимость при средней цене пластика $10 за м.кв. составляет $0,33млн.

42 фундамента (1х1х2) метра для опор-колонн потребуют 84 м.куб. бетона стоимостью $25 тыс.

Стоимость указанных конструкций и материалов составит в сумме $6,450млн.

Остальные расходные статьи на установку эстакады включают в себя доставку готовых блоков; сборку; аренду кранов, других механизмов и оборудования; проведение предварительных геодезических и других вспомогательных работ.

Известно, что цена доставки кубического метра бетона на расстояние 51-55 км автотранспортном составляет 1000руб. ($33). Таким образом, доставка 2920м.куб. бетона от завода до места монтажа и установки магистрали-эстакады обойдется в $0,096 млн. Доставка около 4110 тонн металлических конструкций при цене доставки тонны автотранспортом на расстояние порядка 650 км $50 стоит около $0,205млн. В сумме доставка конструкций и материала обойдется в $0,300 млн.

Сборку 1 км эстакады вместе с въездами, съездами, переездами можно при наличии необходимого оборудования и механизмов осуществить за один месяц 20-ю специалистами при выплате им $100 тыс.

Аренда механизмов, включая кран, и остального оборудования на один месяц обойдется в сумму порядка $100 тыс.

Внутренний объем эстакады, а также въезды и съезды контролируются телекоммуникационным оборудованием, в которое входят телекамеры или видеорегистраторы, коммутаторы, сервер. В частности, для данного типа эстакады достаточно 50 телекамер. Общая стоимость этого оборудования составляет $40-50 тыс.

Освещение полос движения эстакады осуществляется светодиодными источниками, например, мощностью 35 ватт со светоотдачей порядка 40 лм/Вт. Ресурс этих источников 11 лет. Источники света не нагреваются. Стоимость одного источника света около $10. Для освещения объемов эстакады и переходов достаточно 200 светильников. Таким образом, стоимость светильников составляет $2000. Стоимость остального электрооборудования, включая святящиеся табло-указатели составляет примерно такую же сумму.

Следует также учесть противопожарное оборудование, эвакуационные сходы, оборудование для мониторинга эстакады и т.п. Общая стоимость этого оборудования для эстакады может составить порядка $100000.

Оснащение эстакады необходимыми приборами и оборудованием займет не менее месяца и потребует участие около 20 специалистов при выплате им не менее $100 тыс.

Стоимость геодезических и других вспомогательных работ можно оценить в сумму около $100 тыс.

В отношении суммарного объема выходящих из глушителя легкового автомобиля выхлопных газов в среднем можно ориентироваться на следующую цифру – один литр сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 кубометров смеси различных газов. При скорости 60-70 км/час на прохождение 1 км трассы автомобилем в среднем расходуется около 0,04 литра бензина и выделяется 0,6 м.куб. выхлопных газов. По одной полосе движения в магистрали-эстакаде в среднем за один час проходит 2000 легковых автомобилей, которые могут выделить в объем магистрали-эстакады до 1200 м.куб. выхлопных газов. На одном этаже магистрали-эстакады двустороннего движения протяженностью 1 км, содержащем 4-е полосы движения и 2-е резервно-технические (буферные) полосы, выделяется в четыре раза больше выхлопных газов – 4800 м.куб.. Полный объем 1 км этажа магистрали-эстакады с учетом резервно-технических полос составляет 45000м.куб. и в нем выхлопной газ рассеивается. Для ликвидации токсичных компонентов выхлопных газов требуется установить на каждом этаже столько очистных установок, сколько требуется для очистки указанного объема загрязняемого выхлопным газом воздуха.

Известны газоконвертеры «Ятаган» – газоразрядно-каталические установки для очистки 12000 м.куб./час воздуха с содержанием в нем не более 1000 мг/м3 органических загрязнений – стоимостью за установку «Ятаган 12,0-1000» $50 тыс. То есть на этаж потребуется 4 подобные установки, на два этажа – 8 установок (стоимость $400 тыс.), а на три этажа – 12 установок (стоимость $600 тыс.)

Таким образом, оснащение двухэтажной магистрали-эстакады с парковочным этажом (три уровня) очистными установками обойдется в сумму порядка $600тыс.

В результате, затраты на установку и оснащение магистрали-эстакады по удельному показателю составят $7,850млн.

Стоимость квадратного метра пролетов трех этажей (54000м.кв.) составит $145, а в пересчете только на восемь полос движения шириной 3 метра каждая (24000м.кв.) – $330.

В частности, при установке подобной полностью оснащенной трехуровневой магистрали-эстакады на основе стального каркаса на 25 км ее себестоимость составит порядка $196млн.

Для крупных городов целесообразно по каждому направлению движения ввести дополнительную полосу для надземных автопоездов или электропоездов (аналога метро), а также соответственно буферную полосу, что в значительной степени разгрузит транспортную систему города и составит конкуренцию подземному метро. При этом удельная себестоимость сооружения с учетом наличия на ней дополнительных полос для надземных поездов с учетом себестоимости каждой полосы ($0,650млн.) возрастет до $10,5млн.

Масса двухуровневой магистрали-эстакады с восемью полосами движения на основе металлопроката, являющаяся нагрузкой 42 стальных полых колонн диаметром 30см, сечением по стенкам 17600мм.кв., составляет 11059 тонн. То есть на общую площадь колонн-опор по сечению 739200мм.кв. действует 110590000 ньютонов, или один квадратный миллиметр подвергается давлению 150н/мм.кв.. При пределе прочности стали 600н/мм.кв. конструкция имеет примерно 4-кратный запас прочности. На полосах движения обоих уровней магистрали-эстакады указанной конструкции может одновременно находиться в движении до 400 легковых автомобилей массой в среднем по 2 тонны каждая. На парковочном этаже может находиться 660 автомобилей. Если учесть их общую массу, которая составит 2120 тонн, то конструкция с дополнительной нагрузкой в виде автомобилей и общей массой около 13179т, подвергаясь максимально возможной нагрузке, сохраняет запас прочности близкий к 3,5.

Следует отметить, что, не противореча имеющимся стандартам и нормам, можно существенно (до 60%) уменьшить массу конструкции и ее себестоимость за счет исключения сталефибробетонного дорожного покрытия, заменив его на новые композитные покрытия из угле– или стеклопластика.

Оценим среднегодовые затраты на эксплуатацию 1 км указанной эстакады.

Основные статьи затрат: дооборудование и переоборудование; уборка; техобслуживание, подача электроэнергии; оплата необходимого персонала.

1. Ежегодно могут быть обновлены табло-указатели, часть светильников, часть телекоммуникационной аппаратуры. Если принять это ежегодное обновление за 10% от стоимости имеющегося оборудования данного типа ($50000), то ежегодные расходы составят $5000.

2. Уборка эстакады может проводиться один раз в две недели или месяц в зависимости от времени года с помощью механизмов с разбрызгивателями воды и щетками изнутри и снаружи подобно мойке электропоездов. Расходы на эти операции пренебрежимо малы.

3. Оценка расхода электроэнергии.

3.1. При размещении 160 светодиодных светильников мощностью 35Вт через каждые 50 метров на трех уровнях эстакады и включении их в среднем на 10 часов каждый день для освещения годовые затраты электроэнергии составляют около 20000 кВт•час. При цене электроэнергии $0,1 за один кВт•час оплата этого расхода электроэнергии составит $2000.

3.2. При размещении 160 светодиодных табло-указателей мощностью 35Вт через каждые 50 метров на полосах движения в режиме постоянного включения годовые затраты электроэнергии составляют около 50000 кВт•час. При цене электроэнергии $0,1 за один кВт•час оплата этого расхода электроэнергии составит $5000.

3.3. При постоянной работе очистителей воздуха общей производительностью 135000 м.куб./час с энергозатратами около 0,12Вт/м.куб. годовой расход электроэнергии составляет порядка 142000 кВт•час. При цене электроэнергии $0,1 за один кВт•час оплата этого расхода электроэнергии составит $14200.

4. Кроме вышеуказанного, необходимо учесть оплату персонала, обслуживающего эстакаду. Поскольку практически все работы будут автоматизированы, постольку этот персонал будет состоять из нескольких человек, большинство которых представляет аварийную бригаду. Этот персонал может обслуживать 15-20 километров эстакады. Поэтому годовое содержание этих специалистов, размером около $100 тысяч, в пересчете на удельный показатель в 1 км сводится к $10 тысячам.

5. Необходимо учесть также те или иные непредвиденные расходы. Их размер оценим в $4 тысяч.

Таким образом, общие удельные эксплуатационные расходы за один год в среднем составляют около $40000.

Для сравнения приведем официальные данные удельной стоимости годовых эксплуатационных расходов для наземной восьмиполосной магистрали в России.

По данным журнала-каталога «Транспортная безопасность и технологии 2005 № 2» («Проблемы безопасности российских автодорог») ежегодно на ремонтно-восстановительные работы 1 километра автодорог, производящиеся раз в пять лет (ремонтируется порядка 10 тысяч километров дорог), расходуется 5 миллионов рублей, или около $170 тысяч, то есть $34 тысячи в год. Кроме этого ежегодно на поддержание дорог в надлежащем состоянии в среднем расходуется 13,7 млрд. рублей, или около $1000 на один километр. За 7 лет эта сумма возросла по меньшей мере на треть.

В среднем же в России в настоящее время на ремонт и содержание дорог при протяженности дорожной сети общего пользования 747 тыс. км ежегодно выделяется порядка $6 тыс. на 1 километр, что меньше величины аналогичных затрат в Европе в 2,5 раза.

Из этого следует, что ежегодные удельные эксплуатационные расходы на магистраль-эстакаду вполне сопоставимы с расходами на ремонтно-восстановительные работы для аналогичных наземных магистралей.

Если в городе нагрузка (пропускная способность на магистраль) на магистраль в ближайшие годы по расчетам не превысит 10 тысяч автомобилей, то достаточно будет установить над наземной магистралью один уровень эстакады с четырьмя полосами движения и двумя буферными полосами с организацией указанным образом безостановочного движения с пропускной способностью для одной полосы движения 2000 автомобилей в час. Тогда въезды на надземный уровень и съезды с него на наземную магистраль становятся переездами с наземного уровня на надземный и интегральная пропускная способность магистрали будет более 10000 автомобилей в час.

При этом затраты на монтаж и установку одноуровневой эстакады на стальном каркасе по сравнению с двухуровневой уменьшатся примерно вдвое и составят около $2,5млн. на один километр. Удельная себестоимость одной полосы движения на эстакаде останется примерно той же, что и для двухуровневой эстакады – $0,6млн. Средняя скорость движения по надземной магистрали составит порядка 75 м/час.

Известна практика установки одноуровневых эстакад вдоль магистралей и над ними во Вьетнаме. Однако там режим движения на наземной и надземном уровнях остается традиционным, за единственным исключением: направление движения на обоих уровнях устанавливается противоположным. Иначе говоря, к примеру, если по наземному уровню автомобили движутся на юг, то по надземному уровню автомобили движутся на север.

Если же расчеты по величине пропускной способности не оправдаются, то несложно над имеющимся уровнем эстакады смонтировать еще один уровень, увеличив суммарную пропускную способность эстакады до 16 тысяч автомобилей в час.

Предыдущая главаГлава 4 из 8Следующая глава