Текст книги "Конструкции и методики, исключающие формирование пробок и заторов в условиях города"

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.