Низовцев Юрий Михайлович

Cвайные дорожные сооружения безостановочного движения

Свайные дорожные сооружения безостановочного движения.

Юрий Низовцев, Артемий Низовцев.

Copyright. 2012. Nizovtsev Yury, Nizovtsev Artemy.

Ю. М. Низовцев, А. Ю. Низовцев.

Низовцев Ю. М. Бывший сотрудник Курчатовского института

Cистемный аналитик.

Низовцев А. Ю. Экономист.

Nizovtsev Y. M. System analyst. The former employee of the Kurchatov Institute. Nizovtsev A. Y. Economist.

Cвайные дорожные сооружения безостановочного движения

Новые двухуровневые свайные магистрали на стальном каркасе, обеспечивающие безостановочное движение поездов, автомобилей, характеризующиеся сравнительно низкими затратами и способные совмещать в одном объеме безостановочное движение железнодорожного транспорта, автотранспорта, передачу сырья по трубопроводам, информации по кабелям.

Ключевые слова: контейнерные перевозки, безостановочное движение транспорта, свайная эстакада, стальной каркас, межэтажные переезды, буферные полосы, неограниченная пропускная способность, транспортный коридор, прокачиваемые вещества, линии связи, путепровод.

Аннотация

Существующий в настоящее время в мире подход к раздельному движению по транспортным коридорам автотранспорта, железнодорожного транспорта, проводки трубопроводов, систем связи, электроэнергии дорогостоящ, во многом неэффективен, часто отнимает у пользователей плодородные земли, загрязняет окружающую среду, использует устаревшие методы перемещения транспортных средств. Выявление недостатков этого подхода дало возможность разработать новые компактные дорожные конструкции, обеспечивающие безостановочное перемещение транспортных средств в едином объеме комбинированной транспортной свайной эстакады на основе стального каркаса за счет введения сквозных буферных полос для поездов и автомобилей и межэтажных переездов для автомобилей. Возможным стало также использование конструкции для навешивания на нее кабелей и трубопроводов. Аналогичная конструкция может быть использована в качестве путепровода. Эти и подобные им конструкции дадут возможность резко интенсифицировать товарооборот, явятся дополнительным рынком сбыта металлопроката и цемента, позволят освоить пустынные территории и существенно повысят мобильность и улучшат жизнь населения.

Содержание

Введение

Глава 1

Комбинированная транспортно-транспортирующая магистраль для транспортных коридоров.

Глава 2

Двухэтажные путепроводы безостановочного движения на стальном каркасе.

Глава 3

Свайные магистрали-эстакады как эффективный антикризисный инструмент.

Введение

Для перемещения различных грузов, материалов на большие расстояния в настоящее время используются по-прежнему традиционные способы, а именно: морские перевозки, железнодорожный транспорт, автотранспорт и авиация.

У всех этих видов транспортировки имеются существенные недостатки: морские перевозки занимают длительное время, авиационные перевозки слишком дороги, как и, большей частью, транспортировка грузов автотранспортом, железнодорожные перевозки ограничиваются слабой сетью железных дорог в большинстве стран мира и сравнительно небольшой пропускной способностью железных дорог для грузовых перевозок.

В настоящее время мировой фабрикой практически всех товаров является Китай. Каждые два контейнера с грузами транспортируются из него в разные страны мира в колоссальном объеме.

Поэтому в полный рост встает проблема дешевых и быстрых перевозок контейнеров из Китая и в Китай.

Если такие перевозки организовать, то они в значительной степени заменят медленные морские перевозки.

Наша концепция, способствующая решению данной проблемы, состоит в создании протяженных, недорогих магистралей для доставки, в частности, контейнеров без перегрузки из пункта погрузки в пункт назначения путем организации безостановочного движения железнодорожных составов с контейнерами по свайной магистрали-эстакаде с использованием при движении в одну сторону двух путей. Один путь, или колея используется для движения составов, другая колея является резервной, или буферной [1].

Таким образом, железнодорожные составы смогут перемещаться по колее движения с минимально возможными интервалами, поскольку рядом с этой колеей находится резервная колея, регулярно связанная с колеей движения, на которую вследствие этого в выделенных местах и в любое время можно съехать для остановки, разгрузки или при аварии, чтобы не препятствовать движению остальных поездов.

В результате, составы следуют друг за другом по колее движения с небольшим разрывом, что обеспечивается автоматизированной загрузкой (разгрузкой) составов контейнерами в соответствующих терминалах.

Это означает, что эффективность перевозок существенно возрастает, расходы многократно снижаются. Тем самым они по затратам сближаются с морскими перевозками, опережая их по времени нахождения грузов в пути в несколько раз.

Подобные недорогие свайные магистрали можно быстро проводить в любой местности и по любому грунту, поскольку они составляются из типовых металлических блоков на каркасе из металлических труб. Их можно использовать по всем направлениям перевозок, которые отсутствуют ныне или в том случае. если пропускная способность имеющихся железнодорожных линий недостаточна.

Такими направлениями могут быть следующие.

Транспортный коридор Западная Европа – Восточный и Западный Китай, Который может в значительной степени заместить транспортировку грузов судами через Суэцкий канал. В этом случае основной транзитер, Россия, получит значительные материальные выгоды от транспортировки грузов через ее территорию. Да и сама Россия может использовать эту сквозную транспортную артерию для своих внутренних нужд при наличии соответствующих отводов от нее в различные регионы. Важность этого для России несомненна в силу ее необъятной территории, громадного количества труднодоступных месторождений различного рода и, вместе с тем, отсутствия густой дорожной сети, либо вообще отсутствия всякой дорожной сети.

В частности, одним из таких отводов может быть продленная к северу Байкало-Амурская магистраль, поскольку большинство крупных месторождения Восточной Сибири до сих пор не разрабатываются. Актуальность предложенного нами технического решения обусловлена в дополнении к отмеченному выше тем, что, в отличие от долгостроя насыпной железной дороги, свайная эстакада может быть быстро смонтирована из типовых блоков в закрытом варианте для того, чтобы температурные перепады (зимние морозы, летняя жара) практически не влияли на состояние путей и подвижного состава. Кроме того, на состояние свайной дороги не влияет наличие на данной территории вечной мерзлоты. А сама закрытая эстакада может быть использована частично на нижнем уровне и полностью на втором уровне для перемещения автомобильного транспорта в стабильных температурных условиях. При необходимости там же могут быть подвешены и закреплены трубопроводы и кабели. Таким образом, магистраль получается комбинированной, надежной, многофункциональной и безальтернативной, так как другие дороги в Сибири построить или невозможно, или они будут ненадежными и неэффективными. Данная конструкция позволяет также быстро и надежно соединить Транссибирский коридор с Якутском, Магаданом, Чукоткой, Камчаткой, о чем ранее даже думать не могли.

Подобные отводы от Транссибирского коридора могут быть сделаны в сторону стран Средней Азии вплоть до Ирана через Казахстан и Туркмению.

Транспортный коридор на основе предложенной комбинированной свайной двухэтажной магистрали-эстакады безостановочного движения на основе стального каркаса может быть быстро и сравнительно недорого проведен, например, на севере России от Архангельска через Пермь до Соликамска. Эта магистраль значительно сократит расстояние перевозок между скандинавско-балтийским и восточноазиатским регионами, а также она позволит освоить целый ряд крупных природных месторождений. Эта трасса создаст кратчайший выход из Республики Коми на Урал, а с Урала – на Архангельск, Карелию, порты Финляндии. О преимуществах установки новой конструкции в суровых северных условиях мы уже писали выше.

Перспективным транспортным коридором для реализации предлагаемой конструкции является Трансамазонское шоссе, длина которого составляет 5,5 тыс. км и которое представляет собой главным образом грунтовую дорогу. Свайная комбинированная эстакада может решить все основные проблемы перемещения грузов и автомобилей с побережья Атлантического океана к Тихому океану и обратно.

Громадные и слабо населенные территории Канады так же могут быть освоены в значительной степени с помощью предложенной нами конструкцией.

Следует также отметить возможность применения подобной свайной двухэтажной конструкции в качестве путепровода для безостановочного движения по нему практически любого числа автомобилей, трамваев в городских условиях и железнодорожного транспорта вместе с автомобилями в местах пересечения магистралей, над естественными препятствиями и т.д.

Объемы установки протяженных комбинированных магистралей на стальной основе и применением в качестве дорожного покрытия сталефибробетона на многих направлениях потребуют значительного объема металлопроката и цемента, что само по себе, кроме, конечно, интенсификации грузоперевозок, резко оживит металлургическую и цементную отрасли и послужит немаловажным фактором в смягчении существующего кризиса.

Глава 1

Комбинированная транспортно-транспортирующая магистраль для транспортных коридоров.

До сих пор неизвестны конструкции недорогих, быстро строящихся компактных транспортно-транспортирующих магистралей (КТТМ), объединяющих в одном объеме железнодорожные колеи, полосы движения автомобилей, трубопроводы, линии связи и другие навески. Подобные КТТМ могли бы, в частности, обеспечивать непрерывную проводку контейнерных грузов из Европы в Азию и обратно, безостановочное движение автомобилей по коридору в любую погоду и при любой загрузке трассы, перекачку жидких сред по трубопроводам и передачу информации по проводам.

Что касается раздельных железных дорог, автомагистралей, линий связи, трубопроводов, то даже соединенные в одном транспортном коридоре, они имеют целый ряд существенных недостатков.

Они изымают из оборота землю, которая в ряде регионов является единственным источником существования многих тысяч людей.

Наземные системы указанного типа в значительной степени нарушают экосистему как при прокладке, так и при эксплуатации.

Транспортные наземные артерии могут быть легко заблокированы, например, из-за проседания грунта под дорогой, землетрясений, заносов песком, размывов дождями, разрушений дорожного полотна вследствие мороза, жары, перепадов температур и т.п.

Не обеспечивается проводка наземных дорог на любых грунтах и в любых условиях, начиная от вечной мерзлоты и заканчивая пустынями.

Движение по железной дороге не скоординировано с движением автомобилей по автомагистралям. В частности, не обеспечивается выбор для водителей автомобилей – перемещаться ли им самостоятельно или погрузить автомобиль на платформу и часть пути проделать вместе с автомобилем на поезде.

При перегрузке автотрассы возникают заторы и пробки.

Указанные трудности и недостатки традиционных дорожных систем являются вполне преодолимыми, если использовать простую свайную двухэтажную дорожную конструкцию на стальном каркасе, со стальными пролетами, буферными полосами и связанными этажами [1].

Эта конструкция может использоваться и как городской разгрузочный путепровод [2], и как городская надземная беспробочная магистраль[3], и как компактная транспортная магистраль, объединяющая в своем объеме системы для непрерывного движения поездов, автомобилей, жидких сред по трубопроводам и т. д. [1].

Таким образом, транспортный коридор может содержать не раздельные наземные транспортные системы, но может содержать комбинированную по высоте и ширине свайную КТТМ, которая в условиях холодного или дождливого климата выполняется в виде крытого сверху или закрытого также по бокам двухуровневого сооружения.

При двустороннем движении она, в среднем, содержит по две полосы движения для автомобилей в каждую сторону на нижнем уровне и по одной железнодорожной линии в каждую сторону на этом же уровне (всего 4 автомобильных полос движения и две железнодорожные колеи).

Наряду с полосами движения преимущественно для грузовых автомобилей, на нижнем уровне предусмотрены две буферные (резервно-технические) полосы. Буферные полосы применяются на магистрали только для въезда, съезда автомобилей и объезда ими мест аварий или ремонта.

Так же на нижнем уровне имеется по одной резервной (буферной) колее в каждую сторону движения поездов по краям платформы. Эти полосы, в основном, используются для перевода на них поездов в случае аварий, запланированных и вынужденных остановок, чем обеспечивается безостановочное движение составов по колеям движения.

Таким образом, на нижнем уровне, как минимум. предусмотрены 4-е железнодорожных колеи, причем буферная колея и колея движения так или иначе через определенные интервалы связаны между собой переездами с соответствующим автоматическим оборудованием.

На верхнем уровне имеется по три полосы движения в каждую сторону для автомобилей и по одной буферной полосе с краю.

Всего на обоих уровнях имеется: 2 колеи для движения поездов, 10 полос движения для автомобилей, 2 буферных колеи для поездов и 4 буферных полосы для автомобилей.

Конструкция является устойчивой при землетрясениях, она также не затапливается при наводнениях и быстро собирается из типовых секций. Ресурс конструкции – порядка 100 лет. Экономическая оценка затрат на монтаж компактной двухуровневой эстакады из металлопроката как основы транспортно-транспортирующего коридора показала, что они составляют для описанного выше варианта порядка $10млн. на километр при условии изготовления типовых секций сооружения промышленным способом и их сборки свинчиванием (на болтах) с минимумом сварки.

Экологическая чистота сооружения в случае необходимости обеспечивается регулярной установкой в ее закрытом пространстве вытяжек с разрядниками-нейтрализаторами вредного выхлопа.

Подобная конструкция может устанавливаться и над основными городскими магистралями, за счет чего возникают два дополнительных уровня, связанных между собой и наземным уровнем, что в 3-4 раза увеличивает пропускную способность магистралей в части легковых автомобилей, которые могут перемещаться по ней без пробок и заторов, а грузовой и общественный транспорт, например, может перемещаться по наземным магистралям. Вместе с тем конструкция, при необходимости, может служить для проводки по наиболее загруженным направлениям дешевых надземных авто– или электропоездов, своего рода аналога метрополитена [3,4,5].

Железнодорожные составы смогут перемещаться по своей полосе движения с минимально возможными интервалами, поскольку рядом с этой полосой находится резервная полоса, регулярно связанная с полосой движения, на которую вследствие этого практически в любом месте и в любое время можно съехать для остановки, разгрузки, погрузки или при аварии, что не препятствует движению остальных поездов по полосе движения.

Это означает, что эффективность перевозок существенно возрастает, расходы многократно снижаются. То есть поток контейнерных грузов в составах при наличии соответствующих терминалов идет непрерывно с одинаковой скоростью, и доставка контейнеров, например из Азии в Европу, обходится в десятки раз дешевле.

Конструкция, позволяющая объединить в одном компактном объеме потоки основных наземных транспортных средств и транспортируемых сред, вместе с тем внутри объема их разделяет – один транспортный поток в виде легковых автомобилей направляется в основном на второй и последующие этажи магистрали-эстакады, другие транспортные потоки в виде сравнительно тяжелого грузового транспорта из отдельных единиц и составных поездов направляется на первый этаж.

Грузовики сначала без задержек въезжают на эту буферною полосу, а затем в удобный момент вклиниваются в общий транспортный поток на смежную полосу движения, причем у них имеется выбор – кроме переезда на соседнюю полосу движения грузовики, продвигаясь дальше по резервно-технической полосе могут съехать на наземную дорогу, переехать на второй этаж, а также объехать место возможной аварии.

Легковые автомобили могут въезжать по соответствующим въездам-пандусам на первый этаж и перемещаться по нему вместе с грузовыми автомобилями, а также переезжать на второй и последующие этажи, предназначенные большей частью для них, последовательно по внутренним переездам с применением волнообразной полосы с уплощением или по межэтажным подвесным переездам-пандусам, а в случае заполненных транспортом полос движения первого этажа въезжать сразу на второй или последующие этажи магистрали-эстакады и съезжать с них соответственно по въездам и съездам-пандусам с наземных дорог и на наземные дороги. Рядом с обеими, как минимум, полосами движения для автомобилей второго и последующих этажей размещены резервно-технические полосы, служащие для обеспечения безостановочного движения автомобилей по основным полосам движения без пробок и заторов, поскольку резервно-технические полосы используются только для въезда на полосы движения, съезда с них, переезде на другие этажи, а также при объезде мест аварий или ремонта [5,6].

Пропускная способность магистрали-эстакады зависит от числа полос движения на каждом этаже и от числа этажей, а конструкция с внутренними и/или внешними переездами обеспечивает быстрое распределение автомобилей по этажам. При этом в процедуре перемещения легковых автомобилей, и до некоторой степени – грузовых автомобилей по КТТМ имеется выбор: они могут перемещаться не только, как это было сказано выше, по выделенным для этого полосам движения, но и въезжать при остановке поездов на прицепленные к составам открытые платформы для транспортировки автомобилей на расстояния, определяющиеся только местом остановок поездов.

КТТМ в виде многоуровневой магистрали-эстакады характеризуется еще и возможностью согласования притока автомобилей с боковых подъездов к ней с ее пропускной способностью и предварительного согласования оттока автомобилей с магистрали-эстакады с пропускной способностью отходящих от магистрали-эстакады трасс, что при максимальной загрузке магистрали-эстакады, например, в часы пик или на перегруженной трассе не приведет к приостановке въезда автомобилей на магистраль-эстакаду и приостановке съезда автомобилей с нее.

Однотипность секций эстакады, возможность изготовления всех ее элементов в промышленных условиях в основном из сравнительно недорогого металлопроката обеспечивают быструю сборку и установку эстакады, а также ее низкую себестоимость.

Возможность размещения всех полос движения эстакады в закрытом объеме с использованием вытяжек с нейтрализаторами вредного выхлопа позволяет понизить шум и загрязненность воздуха вне эстакады, а также защищает полосы движения от воздействия окружающей среды, удлиняя срок ее службы без капитального ремонта в несколько раз по сравнению со сроком службы дорожных покрытий обычных открытых магистралей [1].

Подобные КТТМК в виде многоуровневых магистралей-эстакад для вновь прокладываемых дорожных трасс делают ненужным строительство обычных наземных магистралей с формированием дорогостоящего многослойного дорожного полотна и его последующий дорогостоящий ремонт, причем устанавливать магистрали-эстакады можно и на низкой высоте над самой поверхностью земли, поднимая их уровень только при пересечении с другими магистралями и сооружениями. Малоэтажная магистраль-эстакада к тому же дешевле аналогичной по числу полос движения наземной дорожной магистрали, имеет большую пропускную способность по сравнению с наземной магистралью той же ширины и может устанавливаться при сравнительно небольших затратах в местах, где дороги строить крайне затруднительно и чрезвычайно затратно.

Рассматриваемая конструкция магистрали-эстакады позволяет также въезды-пандусы, съезды-пандусы и подвесные переездные участки для автомобилей между этажами монтировать так, как это диктуется обстановкой и на любых расстояниях друг от друга, например, достаточно часто для густонаселенной местности и достаточно редко для междугородних трасс.

Возможность монтажа въездных и съездных участков с внешних сторон эстакады не только от наземного дорожного покрытия до первого этажа, но и, например, от наземного покрытия до одного из средних этажей или верхнего этажа, обеспечивает быстрый въезд и съезд транспортных средств, а также быстрое перемещение их на менее загруженные транспортными средствами полосы движения эстакады верхних этажей [1,3].

Использование подобных компактных конструкций на больших расстояниях очевидно многократно дешевле как по прокладке, так и по эксплуатации, чем прокладка и эксплуатация автомагистралей, железных дорог, ЛЭП, линий связи, трубопроводов и т.п. в разнесенном виде

Кроме того, замкнутое пространство магистрали-эстакады позволяет организовать с применением уже известных средств движение автомобилей и поездов без участия водителей.

Компактные транспортно-транспортирующие коридоры этого типа можно проводить в зависимости от условий в обе стороны в виде отдельных магистралей одностороннего движения или в виде единых магистралей двустороннего движения

КТТМ в виде многоуровневой магистрали-эстакады на основе стального каркаса и металлических пролетов включает в себя вертикальные и горизонтальные опоры, дорожное полотно с полосами движения, въездные участки и участки съезда, выполненные для автомобилей в виде дугообразных наклонных полос движения, причем в предпочтительном варианте эти полосы закрыты, как минимум, сверху и напоминают изогнутые рукава. Этажи магистрали-эстакады соединяются между собой с внешней стороны переездами в виде дугообразных наклонных полос движения, причем в предпочтительном варианте эти полосы, закрытые сверху и по бокам, напоминают изогнутые рукава. Однако в данной конструкции двустороннего движения более целесообразно использование для автомобилей внутренних переездов с одного уровня на другой за счет использования уплощенных волнообразных полос, регулярно совпадающих с одноуровневыми полосами движения.

Магистраль-эстакада в условиях холодного или дождливого большую часть года климата выполняется, как минимум, в виде крытого двухэтажного сооружения. При двустороннем движении она, как правило, содержит по две полосы движения для автомобилей в одну сторону на нижнем уровне и по одной железнодорожной линии в одну на этом же уровне. Наряду с полосами движения на нижнем уровне предусмотрены две буферные (резервно-технические) полосы для автомобилей в виде волнобразных уплощенных полос, то есть имеется, как минимум, по одной резервно-технической полосе в каждую сторону движения, выполняющих роль буфера и применяющиеся на магистрали-эстакаде только для въезда, съезда автомобилей и объезда ими мест аварий или ремонта. Также на нижнем уровне имеется по одной резервной полосе в каждую сторону движения по краям платформы для поездов. На верхнем уровне имеется по три полосы движения в каждую сторону для автомобилей и по одной буферной полосе. Внешние въезды (съезды) с наземного уровня на второй уровень магистрали-эстакады, использующиеся для въезда (съезда) автомобилей, имеют ширину не менее 4 метров.

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

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 на полосы движения автомобилей и буферные полосы наносится сравнительно тонкий слой сталефибробетона (не менее 50 мм). Стальные листы-плиты пролетных участков упрочняются ребрами жесткости (ортотропные плиты). Рельсы для железнодорожных путей укладываются на балочно-неразрезные фермы.

Пролетные участки нижнего уровня магистрали-эстакады двустороннего движения протяженностью 1000 м и шириной 30 метров в виде стальных листов-плит (6х3х0,01) метра укладываются на стальные двутавровые балки – продольные и поперечные опоры, высотой по сечению 200 мм, шириной – 100 мм, которые закрепляются на вертикальных опорах – металлических колоннах – средней высотой от наземного уровня до уровня первого этажа 3 метра, диаметром 50 см, толщиной стенки 30 мм. Колонны располагаются на расстоянии 30 метров друг от друга продольно и 15 метров поперечно в три ряда. Каждая колонна устанавливается на основе из нескольких свай длиной три метра, диаметром 15 сантиметров.

Площадь пролетных участков нижнего уровня с учетом внутренних переездов составляет порядка 30000 м². Если по нижнему уровню допускается проезд автобусов и большегрузных 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. Железнодорожные пути при их наличии монтируются на балочно-неразрезных фермах.

Масса пролетных участков нижнего уровня протяженностью 1 км и шириной 30 метров при толщине стальных листов-плит 0,01 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 1000м х 30м х 0,01м х 7,8т/м³ = 2340 тонн. С учетом рельсов на двух действующих железнодорожных путях и двух резервных колеях (их масса из расчета 50 кг на 1 метр составляет 400 т) масса пролетного участка нижнего уровня составит 2740 тонн. Площадь пролетных участков – порядка 30000м².

Пролетные участки верхнего уровня магистрали-эстакады двустороннего движения протяженностью 1000 м в виде стальных листов-плит (6х3х0,01) метра укладываются на стальные двутавровые балки-опоры, высотой по сечению 200 мм, шириной – 100 мм, которые закрепляются на продолжении вертикальных опор высотой 4 метра над первым уровнем эстакады.

Площадь пролетных участков верхнего уровня составляет 30000 м². Масса пролетного участка верхнего уровня протяженностью 1 км и шириной 30 метров при толщине стальных листов-плит 0,01 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 1000мх30мх0,01мх7,8т/м³ = 2340 тонн. Площадь пролетного участка – 30000м².

Масса обоих пролетных участков протяженностью каждого 1 км и шириной каждого 30 метров составляет 5080 тонн. Площадь обоих пролетных участков – 60000м².

Масса пролетных участков автомобильного межэтажного переезда протяженностью 150 м, шириной 4 метра, толщиной стальных листов-плит 0.008 м и плотности стали 7.8 т/м³ составляет: 150 м x 4 м x 0,008 м x 7,8т/м³ = 37 тонн. Площадь пролетных участков переезда составляет 600 м². Масса восьми металлических консолей – стальные балки длиной 4 м каждая, высотой в поперечном сечении 200 мм, шириной 100 мм – составляет 0,7 тонны, поскольку для данного типа двутавровой балки масса балки протяженностью 44,7 м составляет 1 тонну. Масса продольной балки длиной 150 м составляет 3 тонны. Общая масса стальных межэтажных переездов составляет 41т. Масса двух переездов составляет 82т, и площадь – 1200 м². Однако, для протяженных дальних КТТМ (сто и больше километров) внешние межэтажные переезды приходятся в среднем по два на каждые пятьдесят километров, или доля одного километра составляет 1,6т по массе и 24 м² по площади.

Масса автомобильного въезда (съезда) с наземного уровня на второй этаж магистрали-эстакады протяженностью 300 м и шириной 4 метра при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 300м х 4м х 0,008м х 7,8т/м³ = 75 т. Площадь пролетного участка – 1200 м². Уклон – не более 4%. Масса шести поперечных опор – стальных двутавровых балок длиной 4 м каждая, высотой по сечению 200 мм, шириной 100 мм – составляет 0,6 т, поскольку для данного типа двутавровой балки масса балки протяженностью 44,7 м составляет 1 тонну. Масса продольных балок общей длиной 600 м составляет 12 тонн. Масса шести опор-колонн – порядка 2 тонн. Общая масса стального въезда (съезда) – 90 т. Масса двух въездов (съездов) составляет 180 т, а площадь – 2400 м². В среднем для протяженных КТТМ на основе двухуровневых магистралей-эстакад автомобильные въезды (съезды) на второй этаж монтируются не чаще чем через десять километров, то есть по два на каждые десять километров. Масса двух участков въезда (съезда) составляет 180 т, а площадь – 2400 м² и если учесть, что на 1 км приходится десятая часть их массы и площади, то эти части составляют по своим удельным показателям соответственно 18 т и 240 м².

Масса железнодорожного въезда (съезда) с наземного уровня на первый этаж магистрали-эстакады протяженностью 300 м и шириной 4 метра при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 300м х 4м х 0,01м х 7,8т/м³ ≈ 94т. Площадь пролетного участка – 1200м². Уклон – порядка 1%. Масса шести поперечных опор – стальных двутавровых балок длиной 4м каждая, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм составляет 0,6т, поскольку для данного типа двутавровой балки масса балки протяженностью 44,7м составляет 1 тонну. Масса продольных балок общей длиной 600 м составляет 12 тонн. Масса двенадцати опор-колонн – порядка 4 тонн. Масса рельсов из расчета, что 1 метр рельса весит 50 кг, составляет 30 тонн. Общая масса стального въезда (съезда) – 140т. Масса двух въездов (съездов) составляет 280т, а площадь – 2400 м². В среднем для протяженных КТТМ на основе двухуровневых магистралей-эстакад железнодорожные въезды (съезды) на первый этаж монтируются не чаще чем через пятьдесят километров, то есть по два на каждые пятьдесят километров. Масса двух участков въезда и двух участков съезда составляет 560т, а площадь – 4800 м² и если учесть, что на 1 км приходится пятидесятая часть их массы и площади, то эти части составляют по своим удельным показателям соответственно 11т и 96м².

Диаметр вертикальных опор-колонн – 500 мм, толщина стенки – 30 мм, сечение – 44300 мм². Число опор-колонн – 100 и их высота от наземного уровня до уровня второго этажа (6,5 м) составляет порядка 10 м. Общая длина колонн составляет 1000 м. Их общая масса – 230 т. Их общее сечение – 4430000 мм.

Число свай, являющихся фундаментом 112 опор-колонн, если их на каждую колонну приходится 3, составляет 336. Диаметр стальной сваи 15 см, толщина стенки 8 мм, длина 3 метра. Сечение сваи – 2000мм², объем металла трехметровой сваи – около 0,006 куб. метра, масса – 0,046 тонны. Масса 336 свай – 15 т.

Протяженность двутавровых балок – продольных опор нижнего уровня магистрали-эстакады – составляет 11 рядов общей длиной 11000м, протяженность 100 поперечных тридцатиметровых опор-балок – 3000 м, общая длина балок – 14000 м. Их масса из расчета, что вес 44,7 м составляет 1 тонну – равна 310 т. Общая масса нижнего уровня вместе с горизонтальными опорами составляет 3050 т.

Для обоих уровней магистрали-эстакады протяженность балок составит 28000 м. Их масса из расчета, что вес 44,7 м составляет 1 тонну, равна 620 т. Общая масса обоих уровней вместе с горизонтальными опорами составляет 5700 т.

Общая площадь всех пролетных участков километровой двухуровневой магистрали-эстакады двустороннего движения, включая съезды (въезды), – 60300 м².

С учетом въездов (съездов), перездов, опор и свай общая масса стальных блоков и элементов КТТМ в виде двухуровневой магистрали-эстакады составляет порядка 6000 т. При цене одной тонны стального проката $1000 стоимость стальных блоков и элементов магистрали-эстакады составляет $6 млн.

Пролетные участки магистрали-эстакады покрываются, как минимум, пятисантиметровым слоем дорожного покрытия – сталефибробетоном. Общая площадь всех пролетов для проезда автомобилей двухуровневой магистрали-эстакады – 48300 м². Объем сталефибробетонного покрытия – 2415 куб.м, масса – 6040 т, стоимость при цене кубометра сталефибробетона $300 – $0,724 млн.

С учетом массы сталефибробетона масса магистрали-эстакады составляет 12040 т и суммарная стоимость по данным материалам – $6,724 млн., а масса нагрузки на вертикальные опоры составляет: 5700 + 6040 = 11740 т.

Покрытие открытых стальных поверхностей площадью около 72300 м² антикоррозионным составом со средней стоимостью порядка $10 на квадратный метр можно оценить в сумму $0,723 млн. В ту же сумму можно оценить и установку гидроизоляции.

Сверху пролетные участки въездов (съездов) и второй этаж накрыты пластиковой крышей из негорючего материала, площадь которого составляет 30300 м². Его стоимость при средней цене пластика $10 составляет $0,303 млн.

112 фундаментов (1х1х2) метра для свай потребуют 84 м³ бетона стоимостью $67 тыс. В ряде случаев сваи могут вбиваться или ввинчиваться в грунт без использования бетона.

Цена рельсов за 1 метр массой 50 кг составляет $1000 за тонну. 400 тонн стоят $0,4 млн.

Стоимость указанных конструкций и материалов составляет в сумме $8,94 млн.

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, оснащение эстакады необходимым оборудованием.

Известно, что цена доставки кубического метра бетона на расстояние 51 -55 км автотранспортном составляет 1000 руб. ($33). Таким образом, доставка 2600 м³ бетона от завода до места монтажа и установки магистрали-эстакады обойдется в $0,086млн. Доставка около 6000 тонн металлических конструкций при цене доставки тонны автотранспортом на расстояние порядка 650 км $50 стоит около $0,3млн. В сумме доставка конструкций и материала обойдется в $0,386 млн.

Сборку 1 км эстакады вместе с въездами, съездами можно при наличии необходимого оборудования и механизмов осуществить за один месяц 40-ка специалистами при выплате им $200 тыс.

Аренда механизмов, включая кран, и остального оборудования на один месяц обойдется в сумму порядка $200 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 100 телекамер. Общая стоимость этого оборудования составляет $100 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 переездов достаточно 400 светильников. Таким образом, стоимость светильников составляет $4000. Стоимость остального электрооборудования, включая святящиеся табло-указатели, составляет примерно такую же сумму. Следует также учесть противопожарное оборудование, железнодорожное оборудование, эвакуационные сходы, оборудование для мониторинга эстакады и т.п. Общая стоимость этого оборудования для эстакады может составить порядка $200 000.

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

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

С учетом указанных статей расходов себестоимость 1 км оснащенной двухэтажной магистрали-эстакады составит: $8,94 + $0,086 + $0,320 + $0,200 + $0,200 + $0,200 + $0,100 + $0,100 = $10,1 млн.

В эту сумму не входят монтаж и навеска трубопроводов, монтаж линий связи непосредственно на эстакаде и т.д., поскольку они могут не входить в состав конструкции конкретной КТТМ или осуществляться отдельно или в другие сроки.

В частности, сооружение подобной компактной и эффективной КТТМ между Петербургом и Москвой (650 км) по себестоимости обойдется только в $ 6,5 млрд., то есть, в 2,6 раза дешевле, чем проектируемая наземная автомагистраль (550 млрд. руб., или $18 млрд.). Необходимо также учитывать быстроту ее установки (порядка одного года).

Масса нагрузки конструкции на вертикальные опоры составит: 5700 (сталь) + 6040 (бетон) = 11740 т. К этой массе может добавиться масса трубопроводов. Если число веток трубопроводов составит 4 при диаметре трубы 1 метр и толщине стенки трубы порядка 10 мм, то масса трубопроводов без содержимого составит 1000 тонн, а с содержимым (вода) 4200 тонн, что увеличит нагрузку до 15940 тонн.

На верхнем уровне на шести полосах движения может находиться одновременно до 300 легковых автомобилей массой в среднем 2 тонны каждая, то есть всего – 600 тонн. На четырех полосах движения нижнего уровня может находиться одновременно до 200 грузовых автомобилей массой в среднем 10 тонны каждая, то есть всего – 2000 тонн. Максимальная масса автомобилей на 1 км сооружения может составить порядка 2600 тонн.

На нижнем уровне на двух полосах движения и в предельном случае еще и на двух резервных полосах могут находиться груженые железнодорожные составы. Масса стандартного крытого вагона 30 т, грузоподъемность – 70 т. Общая масса – 100 т. На один километр вагонов длиной 14 метров каждый в сцепке может приходиться около 66 вагонов. Таким образом, в предельном случае на четырех путях может находиться масса 26400 тонн.

Масса двухуровневой магистрали-эстакады с указанной предельной загрузкой составляет порядка 45 тысяч тонн. Она может быть нагрузкой 100 стальных колонн диаметром 50 см, сечением каждой колонны 44300 мм². На общую площадь колонн-опор по сечению 4430000 мм² действует 450000000 ньютонов, или один квадратный миллиметр подвергается давлению 101 н/мм². При пределе прочности стали 600н/мм² конструкция имеет 6-кратный запас прочности.

В заключение скажем: главным для движения железнодорожных составов по транспортному коридору с использованием КТТМ и соответственно – с использованием буферных путей является его безостановочность. Это с экономической позиции выгодно для переброски на большие расстояния практически любого объема контейнерных грузов при наличии соответствующих терминалов. Поэтому, если установить КТТМ над действующей железнодорожной магистралью, пропускная способность которой низка, или рядом с ней, например, Транссибирской магистралью, то можно воспользоваться уже готовой железнодорожной инфраструктурой, несколько модифицировав ее и увеличив терминалы.

Причем использовать имеющиеся в КТТМ колеи движения в этом случае наиболее целесообразно только для безостановочного перемещения составов с контейнерами. Остальные пассажирские и грузовые поезда можно, как и прежде, пропускать по наземной магистрали.

Если же КТТМ используется не как дублер наземной железнодорожной магистрали, а автономно, то имеющиеся на ней буферные колеи вполне можно использовать для сравнительно редкого прогона пассажирских региональных составов, размещая необходимую дорожную инфраструктуру частично на эстакаде, частично на наземной уровне.

Глава 2

Двухэтажные путепроводы безостановочного движения на стальном каркасе.

Разгрузочный путепровод [2], запатентованный в виде конструкции эстакады для перемещения транспортных средств на разных уровнях в России, на Украине, в Китае, устанавливается преимущественно на загруженных автомагистралях, пересекающих железнодорожные пути, автомагистрали, реки, овраги и т.п., а также устанавливается на тех участках переезда, на которых к месту переезда подходит несколько дорог, а на действующем путепроводе имеется меньшее число полос движения, чем на соединяемых им участках автодороги.

Конструкция двухуровневого путепровода включает 4-е полосы движения плюс две буферные полосы на втором уровне и столько же на первом уровне. Всего – 8 полос движения и 4 буферные полосы.

Эта конструкция обеспечивает пропускную способность путепровода на уровне около 16 тысяч автомобилей в час и безостановочное движение автомобилей при скорости не менее 30 км/час без возникновения заторов и пробок.

Грузовые автомобили перемещаются только по первому этажу (уровню), легковые автомобили могут перемещаться как по первому этажу, так и по второму этажу, переезжая на второй этаж по въезду-отводу от автодороги, а также по межэтажному переезду, например, в случае наступления полной загруженности первого уровня в часы пик и прочих напряженных периодах работы автодороги или для ускорения проезда по путепроводу. Путепровод при усилении транспортных потоков на автодороге и ее возможной перегрузке может быть продлен в обе стороны над наземной автодорогой для увеличения пропускной способности всей локальной трассы в виде двухуровневой автодороги-эстакады на 5, 10, 20 и более километров.

Связанность уровней путепровода межэтажными переездами, въездными и съездными участками обеспечивает безостановочный проезд большей части автомобилей, а это легковые автомобили, по любому наименее загруженному уровню. Причем наличие свободных от движения буферных (резервно-технических) полос на каждом этаже путепровода практически гарантирует объезд автомобилями мест аварий или ремонта без остановок и без существенного падения скорости транспортного потока.

Если число автомобилей выросло (число полос движения подведенных к путепроводу дорог увеличилось) и стало превышать пропускную способность путепровода и наоборот, то конструкция путепровода, состоящая из стальных деталей и узлов, соединенных резьбовыми крепежными элементами, предполагает сравнительно простую и быструю надстройку дополнительных этажей или – напротив – демонтаж ненужных этажей, вплоть до разборки конструкции и переноса ее в другое место.

На основе известной методики управления дорожным движением ramp metering (США) [7] нами разработана методика , позволяющая в любом случае удерживать плотность транспортного потока в заданных рамках и не допускать падения его скорости ниже определенного уровня. Для осуществления контролируемого въезда и поддержания непрерывности движения транспортного потока по путепроводу, на въездах в путепровод устанавливаются светофоры, управляемые через контроллер радарами по программе, которая запрещает автомобилям въезд при падении скорости потока ниже, например, 30 км/час. Та же методика должна действовать и на автодороге перед въездом на путепровод и после него, вследствие чего, а также и вследствие наличия буферных полос транспортный поток удерживается на всем протяжении автодороги безостановочным.

В частности, применение предлагаемой конструкции путепроводов на Третьем транспортном кольце (ТТК) Москвы и на Московской кольцевой автодороге (МКАД) практически не потребует значительных финансовых вложений, но гарантирует безостановочное движение по этим магистралям даже в час пик. Кроме того, установить в ближайшее время без существенных затрат безостановочное движение на ТТК и МКАД можно переводом крайних справа по ходу движения полос в буферные с введением на въездах светофоров, запрещающих въезд автомобилей при падении скорости потока до минимального предела (соответственно 60 и 40 км/час). Однако этот подход будет действенным только в случае согласования числа въездов и съездов, которое должно быть близко друг к другу. На ТТК этого можно достигнуть, переведя 4-ю (4-ю и 5-ю) полосу по краям в буферную, запретив по ним сквозное движение, то есть, предназначив их только для въезда-съезда и для объезда автомобилями мест аварий или ремонта. В этом случае, все оставшиеся шесть полос (3 + 3) используются для сквозного, свободного движения с пропускной способностью 2 тыс. автомобилей в час каждая (всего – 12 тыс. автомобилей в час) со скоростью 60-90 км/час, с выставлением знака, запрещающего снижать скорость ниже 60 км/час. Кроме того, производится перевод каждого из всех въездных светофоров на ТТК в автоматический режим с включением запрещающего сигнала на въезд на ТТК при падении скорости транспортного потока на нем до 60 км/час.

Аналогичным образом восемь полос МКАД предназначаются для проезда автомобилей в пределах скоростей 40-100 км/час (пропускная способность трассы – 16 тысяч автомобилей в час при наличии 4-х полос движения в каждую сторону), а крайние полосы переводятся в буферные и въездные светофоры работают в режиме допуска на МКАД автомобилей только при скорости транспортного потока в пределах 40-100 км/час. В результате, в любое время суток на ТТК и МКАД движение становится скоростным и безостановочным, без заторов и пробок.

Что касается перевода движения в безостановочное на радиальных магистралях, то процедура является аналогичной, но необходимо оставить только въездные светофоры, переведя их в указанный выше режим, сделать для пешеходов подземные и надземные переходы, а автомобили, пересекающие радиальные автодороги, пустить по быстро собирающимся металлическим эстакадам.

Для обеспечения согласования пропускной способности путепровода-эстакады с пропускной способностью соединяемых участков автодороги, число полос движения на этажах путепровода-эстакады должно быть не меньше числа полос движения на подведенных к путепроводу участках трассы.

Возможность образования заторов и пробок из-за внезапных аварий или дорожного ремонта исключается самой конструкцией путепровода-эстакады, в которой предусмотрены межэтажные переезды, а также резервно-технические (буферные) полосы, что предполагает объезд мест аварий или ремонта без остановки, либо по буферной полосе, либо по другому этажу практически без торможения движения транспортных средств .

Ресурс полос движения многократно увеличивается за счет того, что закрытые, как минимум, сверху от воздействия окружающей среды полосы движения не подвергаются воздействию снега, дождя и т.п. Снижаются эксплуатационные расходы, число аварий из-за плохой видимости, сильного скольжения и т.п., что неизбежно происходит на открытых путепроводах .

Обеспечить высокую надежность конструкции удается благодаря её простоте и используемым материалам. Её можно сравнить с металлическим мостом, ресурс которого достигает 100 лет, а сравнительно низкая стоимость путепровода определяется в основном невысоким расходом используемого материала (черный металлопрокат), серийным производством типовых блоков путепровода-эстакады и соответственно быстротой их сборки, что позволяет сократить в десятки раз трудозатраты, требующиеся на сборку и установку путепровода.

Обеспечение экологической безопасности путепровода достигается с помощью установки верхнего покрытия и боковых стенок между этажами. Это позволяет использовать для очистки внутреннего пространства путепровода-эстакады от образующихся выхлопных газов уже производящиеся мощные конвертеры-преобразователи вредных составляющих воздуха в нейтральные, причем шум из этих закрытых сооружений наружу также не выходит .

Таким образом, при наличии типовых блоков и секций для многоуровневых путепроводов-эстакад возможна быстрая установка этих эффективных, простых, надежных и беспробочных дорожных сооружений с требуемой пропускной способностью в городах, на междугородних магистралях, на дорогах, пересекающих те или иные препятствия.

Краткое описание путепровода и нескольких видов его конструкции.

Многоуровневый путепровод-эстакада включает в себя вертикальные и горизонтальные опоры, дорожное полотно с полосами движения, въездные участки и участки съезда, выполненные в виде дугообразных наклонных полос движения, причем в предпочтительном варианте эти полосы закрыты, как минимум, сверху и напоминают изогнутые рукава. Этажи путепровода соединяются между собой с внешней стороны переездами в виде дугообразных наклонных полос движения, причем в предпочтительном варианте эти полосы, закрытые сверху и по бокам, напоминают изогнутые рукава. Путепровод в условиях холодного или дождливого климата на протяжении большей части года выполняется, как минимум, в виде крытого двухэтажного сооружения. При двустороннем движении он содержит одну или две полосы движения в соответствующую сторону на каждом этаже путепровода.

Наряду с полосами движения по краям каждого дорожного полотна предусмотрено по одной буферной полосе движения (в США на ряде магистралей для разгона и въезда на полосу движения автодороги также используются полосы, называемые там экспресс-полосами), которые используются только для въезда, съезда автомобилей и объезда ими мест аварий или ремонта. Переездные участки с одного уровня путепровода на другой, имеют ширину не менее 4 метров. Их минимальная ширина определяется возможностью объехать остановившийся легковой автомобиль.

Полосы движения и резервно-технические полосы установлены на вертикальных и горизонтальных опорах. Безостановочное движение, даже при возникновении препятствий на отдельных участках путепровода-эстакады, обеспечивается возможностью переезда транспортного средства на буферную (резервно-техническую полосу) или на другой этаж путепровода по межэтажному переезду. Въездные участки и участки съезда, а также межэтажные переезды размещены по бокам эстакады с обеих сторон путепровода.

Путепровод, как правило, расположен вдоль оси автомобильной дороги. Общее количество полос движения определяется числом этажей в путепроводе и шириной этажа. Межэтажное расстояние составляет величину, достаточную для свободного проезда автомобилей, в частности, высота этажа для всех типов автомобилей составляет 4 метра, для легковых автомобилей межэтажное расстояние составляет порядка 2,5 метров, ширина полосы движения, а также буферной (резервно-технической) полосы составляет около трех метров.

Путепровод представляет собой каркас, состоящий в поперечном разрезе из двух вертикальных опор (для варианта с встречным движением) или одной-двух вертикальных опор (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 путепровода-эстакады расположен над железнодорожным полотном на высоте 7,2 метра, то высота 2-этажной эстакады от наземного уровня до уровня второго этажа составит около 11 метров.

Сборка путепровода осуществляется, как правило, с применением длинномерных конструкций с малым числом вертикальных опор. Каждый этаж путепровода-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). На нижнем уровне путепровода, по которому проезжает тяжелогруженый транспорт и автобусы, стальные листы пролетных участков упрочняются ребрами жесткости (ортотропными плитами). Путепровод может быть изготовлен как из железобетона, так и из стального металлопроката. Возможен также комбинированный вариант.

Путепровод в зависимости от условий эксплуатации и расположения имеет различные конструкции въездных и съездных участков на наземный уровень, например, въезд непосредственно с дорожной полосы улицы или автодороги, съезд на поперечное направление и т.д.

Путепровод с межэтажными переездами и резервно-техническими (буферными) полосами имеет следующие варианты исполнения:

1. В виде надземной части загруженной одиночной автодороги. Путепровод включает в себя, во избежание на нем заторов, равное или большее число полос, чем число полос движения на автодороги. Например, при пересечении восьмиполосной магистралью железнодорожных путей устанавливается, как минимум, восьмиполосный путепровод, на второй этаж которого легковые автомобили с автодороги проезжают по боковому отводу-въезду перед путепроводом. На второй этаж путепровода можно въехать и по межэтажному переезду с первого этажа путепровода. На данном участке автодороги, во избежание торможения основного транспортного потока, как минимум, перед въездом формируется буферная полоса. Автомобилиа также могут въезжать на второй этаж с первого этажа путепровода по межэтажному переезду.

Со второго этажа путепровода легковые автомобили, проехав путепровод, съезжают по боковому отводу-съезду на автодорогу. При этих переездах, во избежание заторов, на путепроводе используются буферные полосы. Кроме того, на прилегающих к съезду с путепровода участках автодороги для облегчения выезда автомобилей с второго этажа путепровода на полосы движения автодороги по ее краям формируются буферные полосы (рис. 1).

Распределение автомобилей при проезде осуществляется следующим образом: автомобили на двух первых полосах движения у осевой линии так и следуют по своим полосам через первый уровень путепровода; автомобили на третьей от осевой полосе, следуя по ней, попадают на буферную полосу путепровода, доезжают по буферной полосе путепровода до межэтажного переезда, по нему проезжают на второй уровень и следуют по любой из двух полос движения. Автомобили, находящиеся на четвертой полосе движения, либо переезжают на третью полосу, либо въезжают на второй уровень путепровода непосредственно со своей полосы или с буферной полосы, сформированной на автодороге на подъезде к путепроводу, по боковому отводу-въезду на второй уровень путепровода. С второго уровня путепровода автомобили съезжают на автодорогу по отводу-съезду через соответствующие буферные полосы на автодороге у путепровода. По второму уровню следуют только легковые машины.

Ниже показан фрагмент крытого двухуровневого восьмиполосного путепровода в части с односторонним движением на одиночной перегруженной восьмиполосной автодороге.

Рис.1.

2. К путепроводу подведено несколько дорог или улиц. Например, в путепровод вливается шестиполосная дорога и к нему же сбоку подведена еще одна двухполосная дорога. В этом случае автомобили с первой и второй от осевой линии полос движения четырехполосной дороги следуют по своим полосам через первый уровень путепровода. С третьей от осевой линии полосы движения на второй уровень легковые автомобили проезжают преимущественно по боковому отводу-въезду перед путепроводом (на этом участке автодороги во избежание торможения основного транспортного потока, как минимум, перед въездом формируется буферная полоса) или, проехав по буферной полосе первого уровня путепровода до межэтажного переезда, въезжают по нему на второй уровень путепровода.

Автомобили с боковой дороги въезжают на буферную полосу первого уровня путепровода по боковому въездному участку и, далее, грузовые автомобили и автобусы переезжают на полосы движения первого уровня, так же как и легковые при относительно свободном движении на нем, либо легковые автомобили по межэтажному переезду проезжают на второй этаж. Со второго уровня путепровода легковые автомобили могут съехать по боковому отводу-съезду на шестиполосную дорогу или, спустившись на первый уровень по межэтажному переезду, съехать по боковому отводу на боковую дорогу (рис. 2).

Ниже показан фрагмент крытого двухуровневого восьмиполосного путепровода в части с односторонним движением, к которому подведены две автодороги – шестиполосная и двухполосная.

Рис. 2.

3. Путепровод соединяет над железнодорожными путями дорогу с четырьмя полосами движения, тем не менее, в часы пик наполняющуюся автомобилями. В этом случае используется облегченный двухуровневый путепровод на основе металлопроката с двумя полосами движения и двумя буферными полосами на каждом этаже (всего четыре полосы движения). Так же как и в первых двух случаях транспортные потоки разделяются по двум уровням, и легковые автомобили преимущественно направляются на второй уровень. Для въезда легковых автомобилей на второй уровень и их быстрого проезда по путепроводу используется межэтажный переезд с первого этажа на второй через буферную полосу, а для съезда – соответствующий съездной участок. (рис. 3).

Ниже показан фрагмент крытого двухуровневого четырехполосного путепровода в части с односторонним движением на одиночной перегруженной четырехполосной автодороге.

Рис. 3.

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

Для обеспечения безопасности движения боковые поверхности путепровода защищены противоударными конструкциями.

Таким образом, легковой автомобиль может въехать на этаж с наименьшей плотностью и беспрепятственно перемещаться по полосе движения путепровода со скоростью 30-90 км/час, так как в случае аварии на полосах движения любой автомобиль может объехать место аварии на нижнем уровне по буферной полосе, а легковой автомобиль и по другому этажу.

Конструктивные особенности путепровода предполагают изготовление всех его элементов в промышленных условиях. Поэтому практически все строительно-монтажные работы, в основном сборочные, производятся на местах сооружения эстакад. Собрать путепровод протяженностью 0,5 км с соответствующими подводами и межэтажными переездами при наличии необходимого оборудования, готовых блоков, соответствующих специалистов и проведения предварительных подготовительных работ можно в течение одного месяца.

Экономическая оценка путепровода с первым этажом на основе железобетона для всех видов автотранспорта и вторым этажом на основе металлопроката для легкового автотранспорта с 8-ю полосами движения.

Пролетные участки первого этажа полукилометрового путепровода двустороннего движения 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 длиной 50 метров, 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 1 метр (в предпочтительном исполнении опоры выполняются в сечении эллипсовидными – вытянутыми вдоль магистрали – с малым диаметром порядка 0,5 метра) и высотой до 7,2 метров от наземного уровня до уровня первого этажа путепровода.

Высота магистрали-эстакады от уровня наземной поверхности до уровня пролетных участков второго этажа составляет примерно11 метров. На полукилометровом путепроводе имеется с каждой стороны не менее одного въезда с наземного уровня на второй этаж, не менее одного съезда со второго этажа на наземный уровень и межэтажный внешний переезд с первого на второй этаж для легковых автомобилей при перегрузке первого этажа большегрузными автомобилями. Каждый въезд, съезд имеет протяженность 100 – 150 метров, ширину – 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. Дорожное покрытие пролетных металлических участков формируется в виде слоя сталефибробетона.

Над первым этажом на металлических опорах устанавливается второй этаж из металлических пролетов-плит размером (6х3х0,008) метров. Как минимум, сверху конструкция накрывается материалом из негорючего пластика. Если конструкция в городских условиях по бокам и сверху закрыта пластиком, то внутри образовавшегося объема 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 первого этажа шириной 18 метров собираются из 750 стандартных дорожных плит (6х2х0,14) метров. Объем пролетных участков на этаж – 1260 м³, масса – 3150 тонн.

Объем 100 пятидесятиметровых балок размерами (50х0,5х0,3) метров на этаж составляет 750 м³, масса – 1875 тонн. Объем 11 поперечных опор размерами (18х0,5х1,0) метров на этаж составляет 99 м³, масса – 243 тонны. Объем 18 железобетонных столбов-опор диаметром 1 метр и в среднем высотой каждого 5 метров составляет 72 м³, масса – 180 тонн. Объем 18 забетонированных колодцев-фундаментов для столбов-опор глубиной 2 метра и площадью 4 м² составляет 144 м³, масса – 288 тонн.

Таким образом, объем материала первого этажа без дополнительных въездных, съездных и переездных участков в виде готовых блоков и секций составляет 2320 м³, масса – 5800 тонн. При цене одного кубического метра железобетона указанной марки в настоящее время в России порядка 9000 руб. ($300) себестоимость, или затраты на приобретение готовых блоков этажа указанного объема составляют $0,7 млн. Таким образом, масса одного этажа, включая массу пролетных участков, поперечных и продольных опор, за исключением массы столбов-опор и фундамента, составляет около– 5300 тонн.

Второй этаж шириной 20 м монтируется на основе металлопроката. Пролетные участки в виде стальных плит размерами (6х3х0,008) метра укладываются на металлические полые поперечные опоры длиной 20 м, диаметром 15 см, толщиной стенки 8 мм и, закрепляются на вертикальных опорах – металлических полых столбах высотой 4 метра, диаметром 15 см, толщиной стенки 8 мм, которые располагаются на расстоянии 6 метров друг от друга продольно и на расстоянии 9 метров – поперечно. Масса пролетного участка протяженностью 0,5 км и шириной 20 метров при толщине плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составит: 500м х 20м х 0,008м х 7,8т/м³ = 700 тонн.

Диаметр поперечных и вертикальных опор принимается равным 150 мм, толщина стенки – 8 мм, ее сечение – 2000 мм². Протяженность поперечной опоры – 20 метров, число поперечных опор – 84. Масса поперечных опор составляет: 84 х 20 м х 0,002 м² х 7,8 т/м³ = 25 тонн. Высота опор-столбов составляет 4 метра, число опор-столбов 251. Масса столбов-опор составит: 251 х 4м х 0,002м² х 7,8 т/м³ = 15 тонн. В сумме масса опор составляет 40 тонн.

Таким образом, масса второго этажа из металлопроката примерно равна 740 тоннам. При цене металлопроката $1000 за тонну себе стоимость, или затраты на приобретение материалов опор и пролетных участков второго этажа из металлопроката составит порядка $0,74 млн.

Для монтажа вертикальных и поперечных опор могут использоваться также двутавровые и тавровые балки или металлические фермы.

На полукилометровом путепроводе с обеих сторон монтируется по одному въезду, съезду, соединяющих наземный и второй уровни, а также по одному межэтажному переезду с первого уровня на второй.

Объем переездного участка размером (150 х 4 х 0,14) м³ вместе с тремя продольными балками (каждая по объему составляет 150 х 0,3 х 0,3 м³), тремя поперечными опорами (4х0,5х0,3) м³ и тремя столбами-опорами диаметром 0,5 м и средней высотой 5м из железобетона на каждом участке, составляет 127 м³. Его масса – 318 тонн. Протяженность каждого участка соединяющего два соседних этажа, не менее 150 метров выбрана из расчета, что при подъеме или спуске уклон не превысит 4%. Стоимость материала участка при цене кубометра железобетона $300 составит порядка $40 тыс., двух – $80 тыс. Переездные участки могут также быть выполнены из металлопроката и смонтированы на консолях.

Въездной или съездной участок из металлопроката для соединения наземного уровня и второго этажа с перепадом высот до 12 метров включает в себя пролетные участки из металлических плит размером (6 х 4) м и толщиной 0,008 м, поперечные опоры, столбы-опоры. При выводе въезда на второй уровень путепровода на его начальном участке подъема или съезда на конечном участке спуска высота второго уровня может составить порядка 4 метров и, соответственно, – протяженность въездного или съездного участков, соединяющих наземный и второй уровни путепровода составит, как минимум, 100 м. Протяженность каждого участка, соединяющего наземный и второй уровни путепровода-эстакады, выбрана из расчета, что при подъеме или спуске уклон не должен превышать 4%.

Пролетные участки въездного или съездного участков протяженностью 100 метров формируются в виде стальных плит (6 х 4 х 0,008) метра, которые укладываются на металлические полые поперечные опоры на расстоянии 6 метров друг от друга. Их длина 4м, диаметр 15 см, толщина стенки 8 мм. Они закрепляются на вертикальных опорах – металлических полых столбах – высотой от 1,5 до 4 – 5 метров, диаметром 15 см, толщиной стенки 8 мм, которые располагаются на расстоянии 6 метров друг от друга продольно. Число поперечных опор составляет 16, вертикальных – 32.

Масса пролетного участка въезда или съезда протяженностью 100 метров и шириной 4 метра при толщине плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составит: 100м х 4м х 0,008м х 7,8т/м³ = 25 тонн.

Диаметр поперечных и вертикальных опор 150 мм, толщина стенки опор 8 мм, сечение – 2000 мм². Протяженность поперечной опоры – 4 метра, число поперечных опор – 16. Масса поперечных опор составляет: 16 х 4м х 0,002м² х 7,8 т/м³ = 1 тонну. Высота опор-столбов в среднем 3 метра, число опор-столбов 32. Масса столбов-опор составит: 32 х 3м х 0,002м² х 7,8т/м³ = 1,5 тонны. В сумме масса опор составляет 2,5 тонны. Следует отметить, что порядка 2 метров опор-столбов являются частью фундамента, в связи с чем потребуется дополнительно 64 метров столбов по протяженности и масса опор-столбов возрастет до 4 т.

Таким образом, масса съезда или въезда протяженностью 100 м и шириной 4 м, соединяющих наземный уровень с верхним уровнем, составляет порядка 30 тонн. При цене металлопроката $1000 за тонну себе стоимость основных материалов конструкций одного въезда или съезда составит около $30 тыс. Стоимость основных материалов конструкций двух въездных, двух съездных и двух переездных участков на полукилометровом двустороннем путепроводе с восемью полосами движения составит $200 тыс. При увеличении протяженности этих дополнительных участков в полтора раза их масса и стоимость соответственно возрастают.

Пролетные участки второго этажа путепровода, а также съездных, въездных и переездных стальных участков покрываются, как минимум, пятисантиметровым слоем дорожного покрытия – сталефибробетоном. Общая площадь стальных пролетов второго этажа путепровода, а также четырех въездов-съездов и двух межэтажных переездов: 10000 + 4(4х100) + 2(4х150) = 12800 м². Объем сталефибробетона – 640 м³, масса – 1600 тонн, стоимость покрытия при цене кубометра сталефибробетона $300 – $192 тыс. Покрытие открытых стальных поверхностей площадью около 12800 м² антикоррозионным составом со средней стоимостью порядка $10 на квадратный метр можно оценить в сумму $128 тыс. А монтаж гидроизоляции на той же площади с той же стоимостью можно оценить в сумму $128 тыс.

Для двухэтажного путепровода с шириной второго уровня 20 метров и длиной – 500 метров площадь пластиковой крыши составит порядка 10 тыс. м². При цене в среднем 1 м² пластика $10 себестоимость верхнего покрытия составит $100 тыс. Площадь верхнего покрытия двух въездов, съездов, двух переездов составит около 2800 м² и его стоимость – $28 тыс. Общая площадь крыши сооружения – 12800 м², стоимость её покрытия – $128 тыс.

Стоимость основных материалов полукилометрового двухэтажного путепровода, а с учетом въездных и съездных участков с суммарной протяженностью 700 метров (первый этаж на основе железобетона, второй – на основе металлопроката), имеющего на обоих этажах по восемь полос движения и четыре буферных полосы, с двумя въездами, двумя съездами и двумя межэтажными переездами с учетом дорожного покрытия, антикоррозионного слоя, гидроизоляции, пластиковой крыши составит: $0,7 млн. + $0,740 млн. + $0,200 млн. + $0,192 млн. + $0,128 млн. + $0,128 млн.+ $0,128 млн. = $2,226 млн.

Остальные расходные статьи затрат на установку путепровода включают доставку готовых блоков; сборку; аренду кранов, других механизмов и оборудования; оснащение эстакады соответствующим оборудованием и приборами; проведение предварительных геодезических и других вспомогательных работ; а также оплату сертификационных испытаний и др.

Известно, что цена доставки кубического метра железобетона на расстояние 51-55 км автотранспортом составляет 1000 руб. ($33). Таким образом, доставка 2574 м³ железобетона и 640 м³ бетона, из которого изготавливается сталефибробетон, от завода до места монтажа и установки обойдется в $106 тыс. Доставка около 900 тонн металлических конструкций при цене доставки тонны автотранспортом $50 на расстояние порядка 650 км стоит порядка $45 тыс. То есть, в этом случае доставка всех конструкций и материалов обойдется в сумму около $150 тыс.

Сборку 0,5 км путепровода вместе с въездами, съездами, переездами при наличии необходимого оборудования и механизмов, готовых блоков, проведения подготовительных и вспомогательных работ можно осуществить за один месяц 20-ю специалистами при выплате им $100 тыс. В эту сумму входят все налоги, в том числе и НДФЛ, и социальные выплаты. Сравнительно высокий темп сборки обеспечивается своевременно подвозимыми, изготовленными промышленным способом, типовыми секциями и их соединением болтами.

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

Оснащение путепровода необходимыми приборами и оборудованием, ее обкатка и т.п. займет не менее месяца и потребует участия примерно 20 специалистов при выплате им не менее $100 тыс. В эту сумму входят все налоги и социальные выплаты.

Максимальную стоимость оборудования и приборов, включая 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 около $50 тыс.

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

С учетом указанных статей расходы на сооружение 0,5 км двухэтажного путепровода с восемью полосами движения, четырьмя буферными полосами, въездами, съездами, переездами возрастут на следующую сумму: $0,150 млн. + $0,100 млн. + $0,100 млн. + $0,100 млн. + $0,050 млн. + $0,100 млн. = $0,600 млн. и составит: $2,226 +$0,600 = $2,826млн.

Масса двухуровневого путепровода с восемью полосами движения, являющаяся нагрузкой 18 железобетонных опор-столбов диаметром 100 см, сечением 780000 мм² каждый, составляет около 7680 тонн. То есть на общую площадь колонн-опор по сечению 14840000 мм² действует нагрузка силой 76800000 ньютонов, или один квадратный миллиметр подвергается давлению 5,1 н/мм². Предел прочности на сжатие бетона марки М400 составляет 39,3 н /мм². Это означает, что конструкция имеет 8-кратный запас прочности.

На нижнем уровне путепровода указанной конструкции может одновременно находиться в движении около 200 грузовых автомобилей, весящих в среднем каждый 10 тонн, то есть всего – 2000 тонн, на верхнем уровне может находиться в движении около 200 легковых автомобилей, на переездах – около 15 легковых автомобилей массой каждая 2 тонны в среднем и в сумме массой 430 тонн. Если учесть их массу, которая составит 2430 тонн, то конструкция с дополнительной нагрузкой в виде автомобилей и общей массой 10110 т сохранит многократный запас прочности, равный в данном случае 6.

Для сравнения укажем, что стоимость постройки в России четырехполосных одноэтажных железобетонных путепроводов аналогичной протяженности (около 0,5 км плюс подъездные участки) составляет $ 25 – 30 млн., а стоимость строительства аналогичного по протяженности одноэтажного железобетонного путепровода на Украине составляет $ 4 млн. Такая, довольно высокая, стоимость подобных объектов, особенно в России, обусловлена целым рядом факторов, но одним из основных является затягивание строительства путепроводов и соответственно – многократное повышение затрат на заработную плату, аренду оборудования и прочие затраты, зависящие от времени.

При этом пропускная способность действующих одноэтажных путепроводов крайне низка, – намного ниже расчетной пропускной способности модернизированного двухуровневого путепровода. Причем любое ДТП, возникшее на одноэтажном путепроводе, приводит к приостановке или даже длительной остановке движения.

Если в городских условиях каждый этаж путепровода предлагаемой конструкции оснащать вытяжками с разрядниками для нейтрализации токсичных компонентов выхлопного газа, то оснащение 0,5 км двухэтажного путепровода очистными установками обойдется в сумму порядка $300 тыс. Кроме того, к пластиковой оболочке путепровода сверху необходимо добавить пластиковые стенки по бокам. Для двухэтажного путепровода протяженностью 500 м, расстоянием между первым и вторым этажами 4 м, высотой оболочки над вторым этажом – 2,5 м площадь боковых поверхностей составляет 6500 м² и себестоимость – $0,065млн. Стоимость основных материалов верхнего покрытия сооружения выше была определена ($100 тыс.) Таким образом, при цене в среднем 1 м² пластика $10 стоимость оболочки собственно путепровода составит $165 тыс. И, соответственно, стоимость сооружения возрастет до $3,2 млн.

Двухэтажный путепровод на основе стального каркаса и стальных пролетных участков с дорожным покрытием из сталефибробетона с 8-ю полосами движения. Экономическая оценка.

Пролетные участки нижнего уровня путепровода двустороннего движения протяженностью 500 м в виде стальных листов-плит (6х3х0,008) метра укладываются на стальные двутавровые балки – продольные и поперечные опоры, высотой по сечению 200 мм, шириной – 100 мм, которые закрепляются на вертикальных опорах, металлических колоннах, высотой от 2 до 7,2 метров диаметром 30 см, толщиной стенки 20 мм. Колонны располагаются на расстоянии 50 метров друг от друга продольно и 18 метров поперечно. Еще не менее 2 метров каждой колонны являются частью фундамента.

Площадь пролетных участков нижнего уровня составляет 9000 м², число стальных листов-плит – 500. Поскольку по нижнему уровню проезжают автобусы и большегрузные автомобили, постольку необходимо усиления стальной плиты. 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 нижнего уровня протяженностью 0,5км и шириной 18 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 500м х 18м х 0,008м х 7,8т/м³ = 562 тонны.

Пролетные участки верхнего уровня путепровода двустороннего движения протяженностью 500 м в виде стальных листов-плит (6х3х0,008) метра укладываются на стальные двутавровые балки-опоры длиной 18м, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм и закрепляются на продолжении вертикальных опор высотой 4м от уровня первого этажа.

Площадь пролетных участков верхнего уровня составляет 9000 м², число стальных листов-плит – 500. Масса пролетного участка верхнего уровня протяженностью 0,5км и шириной 18 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 500м х 18м х 0,008м х 7,8т/м³ = 562 тонны.

Масса обоих пролетных участков протяженностью каждого из них по 0,5 км и шириной по 18 метров составляет 1124 тонны. Суммарная площадь обоих пролетных участков составляет 18000 м².

Масса пролетного участка межэтажного переезда протяженностью 150м и шириной 4 метра при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 150 м х 4 м х 0,008 м х 7,8 т/м³ = 37 тонн. Площадь пролетного участка переезда равна 600 м². Масса восьми металлических консолей – стальных двутавровых балок длиной 4 м каждая, высотой по сечению 200мм и шириной 100мм составляет 0,7 т, поскольку для данного типа двутавровой балки масса балки протяженностью 44,7 м составляет 1 т. Масса продольной балки длиной 150 м составляет 3 тонны. Общая масса стального межэтажного переезда, – 41 т. Суммарная масса четырех переездных участков путепровода составляет 164 т, а площадь, – 2400 м².

Масса въезда (съезда) с наземного уровня на уровни путепровода протяженностью 100 м и шириной 4 м при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 100 м х 4 м х 0,008 м х 7,8 т/м³ = 25 т. Площадь пролетного участка въезда (съезда) равна 400 м². Масса всех восьми участков въезда и съезда составляет 200 т, а площадь – 3200 м².

Общая масса этих дополнительных участков равна 346 тоннам, площадь – 5200 м².

Диаметр вертикальных опор-колонн 300 мм, толщина стенки 20 мм, сечение – 17600 мм². Число опор-колонн под нижним уровнем – 18. Их высота от уровня земли колеблется от 2 до 7,2 м и в среднем составляет 5 м. Число опор-колонн, удерживающих верхний уровень, равно 18. Их высота составляет 4 метра от нижнего уровня путепровода, их масса – 4т. Число опор-колонн, удерживающих 8 въездов и съездов составляет 16. Их высота от 4 до 2 метров, в среднем 3 м. Общая длина колонн в среднем составляет 148 м. С учетом части колонн, которая находится в фундаменте, длина колонн возрастает до 208м и масса всех колонн составляет 10 тонн.

Количество двутавровых балок – продольных опор нижнего уровня определяется числом их рядов (семь рядов). Общая протяженность двутавровых балок определяется их длиной и количеством рядов: в каждом ряду 10 пятидесятиметровых продольных опор. Стало быть, их общая протяженность равна 3500м.

Девять поперечных восемнадцатиметровых опор-балок имеют длину 162 м, общая длина балок – 3662 м. Совокупная длина балок-опор для двух уровней путепровода составит 7332 м. Два ряда продольных опор-балок восьми въездных и съездных участков имеют общую длину 1600 метров, 16 поперечных балок – 64 м. Всех балок-опор, продольных и поперечных, -1664 м. Один ряд продольных опор-балок межэтажного переезда имеет длину 150 м, 8 балок-консолей – 32 м: всего – 182 м. Их длина для четырех переездов составляет 768 м. Общая протяженность поперечных и продольных опор составляет 9764 м. Исходя из того, что 44,7 м двутавровой балки указанного размера весит одну тонну, вес 9764 метров балок равен 220 т.

Общая площадь пролетных участков полукилометрового двухуровневого путепровода двустороннего движения на основе металлопроката составляет 23200 м².

Общая масса стальных блоков и элементов путепровода составляет порядка 1700 т. При цене одной тонны стального проката $1000 себестоимость стальных блоков и элементов путепровода составит $1,7млн.

Масса блоков путепровода, составляющая нагрузку на опоры-колонны, равна 1470т.

Пролетные участки путепровода покрываются, как минимум, пятисантиметровым слоем дорожного покрытия – сталефибробетоном. Общая площадь пролетов путепровода равна 23200 м². Объем сталефибробетонного покрытия – 1160 м³, масса – 2900 т, стоимость при цене кубометра сталефибробетона $300 равна $0,35 млн.

С учетом массы дорожного покрытия из сталефибробетона, масса путепровода составит 4600 т, а расходы на материалы, – $2,05 млн.

Масса конструкций путепровода, оказывающих нагрузку на вертикальные опоры составит 4370т.

Покрытие открытых стальных поверхностей площадью около 23200 м² антикоррозионным составом со средней стоимостью порядка $10 за квадратный метр можно оценить в сумму $0,232 млн. А монтаж гидроизоляции на той же площади с той же стоимостью можно оценить в сумму $0,232 млн.

Сверху пролетные участки накрыты пластиковой крышей из негорючего материала, площадь которого составляет 13000 м². Его себестоимость при средней цене пластика $10 составляет $0,13 млн.

34 фундамента (1х1х2) метра для опор путепровода потребуют 68 м³ бетона стоимостью $20,0 тыс.

Общая стоимость конструкций и материалов, используемых при сооружении путепровода и приведенных выше, составит порядка $2,66млн.

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 1120 м³ бетона от завода до места монтажа и установки путепровода обойдется в $0,038 млн. Доставка около 1700 тонн металлических конструкций при цене доставки тонны автотранспортом на расстояние порядка 650 км $50 стоит порядка $0,085 млн. В сумме доставка конструкций и материала обойдется в $0,117 млн.

Сборку путепровода-эстакады вместе с въездами, съездами, переездами при наличии необходимого оборудования и механизмов могут осуществить за один месяц 20 специалистов при выплате им в совокупности $100 тыс.

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

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

С учетом указанных статей расходов затраты на сооружение данного путепровода составят: $2,664 + $0,117 + $0,300 = $3,08млн.

Масса двухуровневого путепровода с восемью полосами движения на основе металлопроката, являющаяся нагрузкой 18 стальных колонн диаметром 30 см, сечением 17600 мм², составляет около 4370 тонн. То есть на общую площадь колонн-опор по сечению 316800мм² действует 43700000 ньютонов. Таким образом, один квадратный миллиметр несущих элементов конструкции подвергается давлению 138 н/мм². При пределе прочности стали 600 н/мм² конструкция имеет 4-кратный запас прочности.

На нижнем уровне рассматриваемого путепровода может одновременно находиться в движении до 120 грузовых автомобилей, весящих в среднем по 10 тонн. То есть, всего 1200 тонн.

На верхнем уровне может находиться в движении около 120 легковых автомобилей, каждый из которых в среднем весит 2 т.

Если учесть их массу, которая составит 1480 тонн, то конструкция с дополнительной нагрузкой в виде автомобилей и общей массой 5850 т, подвергаясь максимально возможной нагрузке, сохраняет запас прочности, близкий к 4.

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

Двухэтажный путепровод облегченной конструкции на основе металлопроката, устанавливаемый на переездах через скоростные железнодорожные трассы загруженных малополосных дорог.

Экономическая оценка

Для большинства стран весьма актуальной является решение задачи пересечения скоростных железнодорожных магистралей, а также скоростных автомагистралей (хайвеев) второстепенными дорогами, поскольку строить дорогостоящие фундаментальные эстакады или пробивать под насыпью туннели для многочисленных пересечений второстепенными дорогами скоростных магистралей весьма накладно. Однако устанавливать путепроводы все же необходимо, и не только для целей улучшения коммуникации, но и для безопасности населения, во избежание довольно значительного числа ежегодных катастроф и аварий на наземных переездах со шлагбаумами. Например, в России только на трассах курсирующего ныне скоростного поезда «Сапсан» таких переездов насчитывается около 600.

Если учесть, что в России более 11 тысяч железнодорожных переездов, на Украине их насчитывается почти 6 тысяч, причем, большая их часть относится к второстепенным автодорогам, то дорогостоящими и долго строящимися железобетонными путепроводами и мостами заменить все наземные переезды нереально.

Правда, известна паллиативная технология, которая делает, как кажется, полностью невозможным въезд на переезд на красный свет светофора. Речь идет о так называемых барьерных установках. Они представляют собой специальные металлические листы, которые поднимаются под углом перед автомобилем на высоту 40 см, блокируя выезд. Однако тяжелые грузовики могут все равно пробить это заграждение, его также можно объехать, а пешеходам, велосипедистам и мотоциклистам они совсем не помеха. Кроме того, особенно на оживленных скоростных железнодорожных трассах, поезда идут практически непрерывно. Поэтому неизбежны значительные задержки автомобильных потоков на оборудованных барьерными установками переездах и соответствующие экономические потери.

Таким образом, требуется сравнительно недорогая (наиболее дешевые путепроводы строятся на Украине, но и они стоят порядка $4 млн.), быстро устанавливающаяся, надежная, легкая конструкция, обеспечивающая безопасный, быстрый переезд через железную дорогу или автомагистраль автобусов, грузовиков, легковых автомобилей, велосипедов и переход пешеходов, а также имеющая достаточно большую пропускную способность, чтобы быстро и без возникновения заторов и пробок пропускать автотранспорт в периоды его интенсивной циркуляции.

Такой конструкцией мог бы служить стальной одноуровневый мост, перекинутый через железнодорожные пути. Однако он имеет те же недостатки, что и одноуровневая железобетонная эстакада-путепровод: высокая стоимость, низкая пропускная способность и невозможность организации по нему движения без образования заторов и пробок.

Наш подход к решению этой проблемы основывается на оригинальном техническом решении . Низкая стоимость, простота, эффективность и надежность нового дорожного сооружения обеспечивается использованием двухуровневого путепровода с межэтажным переездом на основе недорогого черного металлопроката, покрываемого на открытых участках антикоррозионным составом, с дорожным покрытием из сравнительно тонкого слоя сталефибробетона. Пролетные участки из стальных листов толщиной 8 мм настилаются на фермы или балки, которые регулярно устанавливаются на опорах-трубах. Пролетные участки на обоих межэтажных переездах шириной 4 метра для проезда на второй уровень легковых автомобилей монтируются на балках-консолях. На каждом уровне этого путепровода двустороннего движения расположены по две полосы движения и по две буферные (резервно-технические полосы) каждая шириной 3 метра. Ширина путепровода 12 метров, а с учетом межэтажных переездов и съездных участков со второго уровня его ширина составляет порядка 20 метров. Максимальная высота нижнего уровня путепровода (расстояние от уровня железнодорожного полотна до нижнего уровня путепровода) равна 7,2 метра. Межэтажная высота, достаточная для проезда трейлеров и автобусов, – 4 метра. Над вторым уровнем на высоте 2,5 метра, которая достаточна для проезда легковых автомобилей, для чего и предназначен второй уровень, монтируется легкий навес из негорючего пластика для защиты пролетных участков от дождя и снега. Велосипедные дорожки и дорожки для пешеходов на нижнем уровне огораживаются на краях буферных полос. Пролетные участки покрываются не менее чем пятисантиметровым слоем дорожного покрытия из сталефибробетона. Открытые поверхности конструкции покрываются антикоррозийной пленкой. Протяженность межэтажного переезда – 150 метров, верхнего уровня и съезда с него – 250м. Длина первого этажа путепровода – порядка 380 метров, а с учетом переездов и съездов, выходящих за пределы первого этажа для путепровода двустороннего движения, не менее 580 м. Уклон участков подъема и спуска – не более 4%.

Проезд по путепроводу автотранспорта осуществляется следующим образом. Автомобили въезжают на путепровод, и на расстоянии не более 100 метров от въезда разделяются на два потока. Первый поток состоит из грузовых автомобилей, автобусов, трейлеров, тракторов. Он следует по полосе движения нижнего уровня. Второй поток, состоящий из легковых автомобилей и мотоциклов, в случае загруженности полосы движения нижнего уровня, переезжает на буферную полосу и с нее поднимается на второй уровень, проезжает по нему и спускается по съезду на буферную полосу, переезжая с нее на полосу движения дороги.

В результате, эта конструкция обеспечивает следующее:

– с помощью межэтажного переезда отделяет поток легковых автомобилей, которые могут быстро проехать по второму уровню, от медленно движущегося грузового транспорта;

– при пропускной способности одной полосы движения, которую обеспечивает эта конструкция, – до 2000 автомобилей в час на скорости движения не менее 30 км/час – по четырем полосам движения путепровода может проехать 8 тысяч автомобилей в час или 192 000 автомобилей в сутки. Это примерно на порядок больше, чем у обычного одноуровневого путепровода, что актуально для густонаселенных регионов с высокой степенью автомобилизации населения;

– наличие буферных (резервно-технических) полос, которые, как кажется, только удорожают конструкцию и делают ее громоздкой, выполняет определенную роль: они обеспечивают свободный переезд автомобилей на другой уровень без торможения автомобильного потока на полосе движения, а также обеспечивают объезд мест возможных аварий автомобилей, сохраняя непрерывность движения автопотока и не допуская образования пробок.

В силу простоты конструкции, состоящей из сравнительно немногочисленных типовых элементов, изготавливаемых из металлопроката, число уровней путепровода может быть увеличено или уменьшено, он также может быть расширен.

Для согласования пропускной способности путепровода-эстакады с пропускной способностью соединяемых частей трассы пересекающей железнодорожные пути, желательно, чтобы число полос движения на этой трассе было не меньше числа полос движения на путепроводе.

Пролетные участки нижнего уровня путепровода двустороннего движения протяженностью 380 м в виде стальных листов-плит (6х3х0,008) метра укладываются на стальные двутавровые балки-опоры длиной 12 м, высотой по сечению 200 мм, шириной – 100 мм и закрепляются на вертикальных опорах – металлических колоннах – высотой от 2 до 7,2 метров диаметром 30 см, толщиной стенки 20 мм, которые располагаются на расстоянии 50 метров друг от друга продольно и на расстоянии 12 метров друг от друга поперечно. Кроме того, частью конструкции этих колонн (опор) является их фундаменты глубиной около 2 метров.

Площадь пролетных участков нижнего уровня составляет 4560 м², число стальных листов-плит – 254. Поскольку по нижнему уровню путепровода проезжают автобусы и тяжеловесные автомобили, постольку необходимо усиление стальной плиты. 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 плоского стального листа.

Масса пролетного участка нижнего уровня протяженностью 0,38 км и шириной 12 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 380 м х 12 м х 0,008 м х 7,8 т/м³ = 285 тонн. Площадь пролетного участка – 4560 м².

Масса пролетного участка межэтажного переезда протяженностью 150 м и шириной 4 метра при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 150 м х 4 м х 0,008 м х 7,8 т/м³ = 37 тонн. Площадь пролетного участка переезда – 600 м². Масса восьми металлических консолей – стальных двутавровых балок длиной 4 м каждая, высотой по сечению 200 мм, шириной – 100 мм составляет 0,7 т. Масса продольных балок длиной 150 м составляет 3 тонны.

Суммарная масса двух переездных участков составляет 82 т, а площадь их пролетных участков, – 1200 м².

Масса пролетного участка для движения в одну сторону второго уровня и съезда протяженностью 150 м и 100 м соответственно и шириной 6 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м³ составляет: 250 м х 6 м х 0,008 м х 7,8 т/м³ =93,6 т. Площадь пролетного участка – 1500 м². Масса второго уровня путепровода двустороннего движения и двух его съездов составляет 187 т, а площадь – 3000 м². Отметим, что второй уровень путепровода и съезды с него, а также межэтажные переезды предназначены для легковых автомобилей, которые в среднем в несколько раз легче грузовиков. Поэтому допустимо использовать стальные листы-плиты в качестве основы пролетов без ребер жесткости.

Диаметр вертикальных опор-колонн 300 мм, толщина стенки 20 мм, сечение –17600 мм². Число опор-колонн, удерживающих нижний уровень путепровода составляет 14, и их высота от наземного уровня колеблется от 2 до 7,2 м. Число опор-колонн, удерживающих верхний уровень, равно 8 и высота их составляет 4 метра, число опор-колонн, удерживающих съездные участки, составляет 6 м, а их высота 2 – 4 м. Масса всех колонн с учетом их фундаментной части составляет 9 т.

Протяженность двутавровых балок – несущих элементов конструкции нижнего уровня составляет – пять рядов и в каждом ряду 7 пятидесятиметровых и одна тридцатиметровая опора – 1900 м. Семь поперечных двенадцатиметровых опор-балок имеют длину 84 м. Три ряда продольных опор-балок верхнего уровня для одностороннего движения и одного съездного участка имеют общую длину 750 метров, а пять поперечных балок – 30 м. Для верхнего уровня двустороннего движения и двух съездов протяженность трех рядов продольных опор равна 1500 м, поперечных – 60 м. Один ряд продольных опор-балок межэтажного переезда имеет длину 150 м, 8 балок-консолей – 32 м. В совокупности – 182м. Их длина для обоих переездов составляет 364 м. Общая протяженность поперечных и продольных опор составляет 3908 м. Известно, что 44,7 м двутавровой балки указанного размера весит одну тонну. Соответственно вес 3908 метров балок – 87 т.

Общая площадь пролетных участков двухуровневого путепровода двустороннего движения – 8760 м².

Общая масса стальных блоков и элементов путепровода составляет 650 т. При цене одной тонны стального проката $1000 стоимость стальных блоков и элементов путепровода составит $0,650 млн.

Пролетные участки путепровода покрываются, как минимум, пятисантиметровым слоем дорожного покрытия – сталефибробетоном. Общая площадь пролетов путепровода 8760 м². Объем сталефибробетонного покрытия – 438 м³, масса – 1100 т. Стоимость покрытия при цене кубометра сталефибробетона $300 – $0,131 млн.

С учетом массы сталефибробетона масса путепровода составит 1750т и общая себестоимость – $0,780 млн.

Покрытие открытых стальных поверхностей площадью около 7800 м² антикоррозионным составом со средней стоимостью порядка $10 за квадратный метр можно оценить в сумму $0,078 млн. Монтаж гидроизоляции на той же площади с той же стоимостью можно также оценить в сумму $0,078 млн.

Сверху пролетные участки накрыты пластиковой крышей из негорючего материала, площадь которого составляет 6000 м². Его стоимость при средней цене пластика $10 составляет $0,06млн.

22 фундамента для колонн потребуют около 50 м³ бетона стоимостью $15 тыс.

С учетом затрат на антикоррозионное покрытие, гидроизоляцию, пластиковое покрытие, работы по фундаменту материальные затраты на сооружение путепровода составят $1,01 млн.

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 1000 руб. ($33). Таким образом, доставка 490 м^3 бетона от завода до места монтажа и установки путепровода обойдется в $0,016 млн. Доставка около 646 тонн металлических конструкций при цене доставки тонны автотранспортом на расстояние 650 км, равной порядка $50, стоит $0,033 млн. В сумме доставка конструкций и материалов обойдется в $0,05 млн.

Сборку путепровода-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.

Стоимость вспомогательных работ можно также оценить в сумму около $100 тыс.

С учетом указанных статей расходов стоимость путепровода двустороннего движения с четырьмя полосами движения, въездами, съездами, переездами составит: $1,01 млн. + $0,050 млн. + $0,300 млн. = $1,36 млн.

Масса двухуровневого путепровода с четырьмя полосами на основе металлопроката, являющаяся нагрузкой 14 стальных колонн диаметром 30 см, сечением 17600 мм², составляет около 1500 тонн. То есть на общую площадь колонн-опор по сечению 246400 мм² действует 15000000 ньютонов, или один квадратный миллиметр подвергается давлению 66н/мм². При пределе прочности стали 600 н/мм² конструкция имеет 9-кратный запас прочности. На нижнем уровне путепровода указанной конструкции может одновременно находиться в движении около 50 грузовых автомобилей весящих в среднем 10 тонн каждый, то есть всего 500 тонн, на втором уровне и переездах может находиться в движении 50 легковых автомобилей массой в среднем 2 тонны, то есть всего 100 тонн. Если учесть их массу, которая составит 600 тонн, то конструкция с дополнительной нагрузкой в виде автомобилей и общей массой нагрузки на опоры 2100 т сохранит многократный запас прочности близкий к 8.

Монтаж над действующими железобетонными одноэтажными путепроводами второго уровня на основе металлопроката для удвоения числа полос движения и создания свойства беспробочности. Экономическая оценка.

При наличии действующих одноэтажных железобетонных путепроводов, как правило, четырехполосных, которые в часы пик не обеспечивают движение автотранспорта без заторов и пробок при их сопряжении с загруженными шести– или восьмиполосными магистралями, целесообразен быстро (около 3-х месяцев) возводимый и недорогой монтаж второго, облегченного, но надежного и сравнительно недорогого, этажа путепровода.

Второй этаж путепровода включает пролетные участки, содержащие четыре полосы движения (возможен монтаж и двух полос) и две буферные (резервно-технические) полосы. Пролетные участки изготавливаются из стальных листов, настилающихся на балки или фермы, которые устанавливаются на металлических вертикальных опорах-колоннах. Сверху на стальные листы наносится не менее чем пятисантиметровым слой сталефибробетона, который используется в качестве дорожного покрытия. Открытые снизу металлоконструкции покрываются антикоррозийным составом, а между слоем сталефибробетона и стальными пролетами монтируется гидроизоляция. Сверху для защиты полос движения от осадков монтируется пластиковая крыша. Кроме того, на путепроводе устанавливаются дополнительные въездные участки, съездные участки и межэтажные переезды для обеспечения более высокой пропускной способности.

В результате использования двух связанных между собой этажей и организации безостановочного движения по второму этажу путепровода, независимо от возможных аварий на нем, пропускная способность путепровода увеличивается до 16 тыс. автомобилей в час или 388 тысяч автомобилей в сутки. На первом этаже путепровода для установления гарантированно безостановочного движения также по бокам на консолях могут быть смонтированы буферные участки из металлопроката.

Таким образом, второй этаж как бы накрывает уже существующий перегруженный одноуровневый путепровод, причем нагрузка от этого второго уровня падает на его собственный стальной каркас с использованием стальных опор-труб, а не на опоры нижнего уровня путепровода.

Стоимость 0,5 км второго этажа из металлопроката вместе с двумя дополнительными въездами, двумя дополнительными съездами, двумя межэтажными переездами, если его монтировать над действующим железобетонным путепроводом, как это видно из приведенных выше расчетов, составит порядка $2 млн. Если исключить для более адекватного сравнения стоимости сооружений сильно (до нескольких раз) колеблющиеся статьи затрат (затраты на оплату персонала специалистов-сборщиков, перевозку материалов и оборудования, арендную плату, вспомогательные расходы, необязательное оборудование), которые могут существенно изменяться при низких или высокий ставках, длительных сроках строительства, при значительной коррупционной составляющей, то «чистая» стоимость второго этажа из металлопроката с четырьмя полосами движения, двумя буферными полосами, двумя дополнительными въездами, двумя дополнительными съездами, двумя межэтажными переездами полукилометрового путепровода составит примерно $1,5 млн.

Для сравнения укажем, что стоимость постройки в России четырехполосных одноэтажных железобетонных путепроводов аналогичной протяженности (около 0,5 км плюс подъездные участки) составляет $ 25-30 млн., а стоимость строительства аналогичного по протяженности одноэтажного железобетонного путепровода на Украине составляет $ 4 млн. Эта, довольно высокая стоимость, особенно в России, очевидно, обусловлена целым рядом факторов. В частности, затягиванием строительства путепроводов и соответственно – многократным превышением запланированных расходов на оплату труда, аренду оборудования и прочих затрат, зависящих от времени.

При этом пропускная способность действующих одноэтажных путепроводов крайне низка – многократно ниже оценки, указанной нами для модернизированного двухуровневого путепровода. При этом любая авария на них приводит к приостановке или даже длительной остановке движения.

Глава 3

Свайные магистрали-эстакады как эффективный антикризисный инструмент.

С развитием современного кризиса начался постепенный переход населения развитых стран на более экономичный режим жизнедеятельности, что уже начинает сказываться в падении спроса на целый ряд товаров потребления. Это, в свою очередь, повлечет снижение добычи нефти, газа, производства стали, цемента и т. д. Эффективных политических или экономических антикризисных инструментов пока никому предложить не удалось. Однако существуют чисто производственно-инновационные инструменты, которые могут существенно смягчить кризис и даже несколько оживить мировую экономику.

Вопрос состоит только в повсеместном широком внедрении таких инноваций, которые, например, смогут в ближайшее время в значительной степени повысить интенсивность грузоперевозок, сократить примерно в два раза потери от пробок и аварий на дорогах, убытки от загрязнения окружающей среды транспортом, создать дополнительный сегмент для потребления стального проката, цемента, различного рода приборов и оборудования на сотни миллиардов долларов ежегодно в течение целого ряда лет, создать сотни тысяч дополнительных рабочих мест.

Такого рода инновацией является новое дорожное сооружение в виде двухуровневой магистрали-эстакады на основе стального каркаса, обеспечивающее благодаря оригинальной конструкции безостановочное движение любых наземных транспортных средств. Подобные эстакады можно использовать как междугородние трассы для непрерывного беспробочного движения легковых автомобилей, в качестве городских магистральных беспробочных сетей для легковых автомобилей, как разгрузочные путепроводы, не блокирующие в часы пик дорожное движение, а также как основу для компактных транспортных коридоров, соединяющих города, регионы и страны.

Приведем в качестве примера магистраль-эстакаду в виде комбинированной транспортно-транспортирующем магистрали (КТТМ) для транспортных коридоров, затраты на строительство которой в несколько раз ниже затрат на проводку транспортного коридора, в котором рядом, но раздельно, находятся железная и автодорога, а также линии связи, трубопроводы.

Главным достоинством КТТМ, совмещающих в одном объеме автомагистраль, железную дорогу, трубопроводы, линии связи и другие навески, на основе магистралей-эстакад новой конструкции – двухэтажных с межэтажными переездами и буферными полосами – является их в разы большая пропускная способность, способность проводить безостановочные транспортные потоки всех типов, обеспечивая повышенный товарооборот. Совмещение в одном сооружении указанных составляющих делает его в несколько раз дешевле обычного транспортного коридора, при этом выделение под него земли практически не требуется, а темпы его установки при наличии заготовленных типовых блоков позволяют строить трассы не за годы, а за месяцы. Возможная установка в закрытом объеме сооружения вытяжек с разрядниками, переводящих вредные составляющие выхлопа в нейтральные, делает его экологически чистым, что очень важно для городов и ряда местностей.

Число полос движения на магистралях-эстакадах согласовано с числом полос движения дорог, подведенных к ним, и не может быть меньше числа последних, что способствует плавному протеканию транспортных потоков по эстакадам без задержек в любое время суток.

Многоуровневые магистрали-эстакады на основе стального каркаса с сталефибробетонным дорожным покрытием, являясь по конструкции близкими к транспортным металлическим эстакадам (для трубопроводов, на шельфах и т.п.) и металлическим мостам, являются такими же надежными и обладающими намного большим ресурсом, чем наземные дорожные сооружения с непрочным асфальтовым или асфальтобетонным покрытием.

Расходы на зарплату и аренду оборудования при проведении подобных КТТМ снижаются в несколько раз даже по сравнению только с автодорожной магистралью. Например, рассчитанная себестоимость изготовления и установки двухэтажных магистральных эстакад для транспортных коридоров (10 автомобильных полос движения, две железнодорожные колеи движения, трубопроводы, линии связи и другие навески) составляет $10млн. (себестоимость полосы движения, включая железнодорожные колеи, в среднем составляет $0,8млн.) при пропускной способности одной автополосы движения 2 тыс. автомобилей в час, или до 480 тысячи автомобилей в сутки при наличии десяти автополос движения, тогда как известные цифры по России, в которые обходится строительство шестиполосной наземной магистрали составляют $10млн. и выше (в США полоса движения стоит порядка $2млн.). Причем пропускная способность их многократно ниже, а пробки на них при их перегрузке возникают регулярно. Например, известно, что планируемая стоимость автодороги Москва-Петербург (684км) – 550млрд. руб. ($18млрд.), а железной дороги – 1трлн. руб. ($33,3млрд.), тогда как себестоимость предлагаемого дорожного сооружения в виде КТТМ – $6,8млрд. и установлено оно может быть при наличии типовых блоков в течение месяцев, а не лет при наличии соответствующей подготовки деталей, блоков, установочных площадок. При этом обеспечивается безостановочная проводка поездов с минимально возможными интервалами, безостановочное движение автомобилей, доставка грузов по трубопроводам, работа линий связи и любых других навесок.

При установке подобных свайных сооружений на основе металлопроката темп строительства, независимо от типа грунта, существенно ускоряется благодаря использованию свайной технологии, когда вместо использования бетонных фундаментов для металлических опор-колонн последние монтируют на предварительно вбитых трубах-сваях или же при сравнительно легких конструкциях сами колонны-опоры вбивают в грунт.

Наиболее налажена технология производства металлоконструкций и цемента для магистралей-эстакад предложенной конструкции в России, Китае, США, Японии, Германии, Украине, Бразилии. Вместе с тем, все эти страны заинтересованы в скорейшей проводке эффективных, надежных и недорогих транспортных коридоров (по «Шелковому пути» от терминалов Восточного Китая до Европы, Транссибирская магистраль от Тихоокеанского побережья до Европы, Трансамериканские грузовые транспортные коридоры от Мексики до Аляски и далее с возможностью замкнуть этот коридор до Европы через Берингов пролив, Трансюжноамериканский транспортный коридор в основном по территории Бразилии от Атлантического до Тихого океана.)

Установка магистралей-эстакад предложенной конструкции, это – существенное увеличение товарооборота, снижение потерь от пробок, аварий, получение десятков миллиардов долларов ежегодных прибылей.

Соответствующими заказами загружаются простаивающие ныне производства, территории сравнительно быстро покрываются сетью эффективных и надежных магистралей, товарооборот увеличивается, экономика растет, а не падает, что особенно важно при наступающем кризисе.

Поскольку межэтажные переезды и буферные полосы обеспечивают беспробочность конструкции, а практически любое число полос движения – нужную пропускную способность, постольку эта конструкция при ее повсеместном внедрении может снять все самые острые транспортные проблемы.Убытки от пробок снизятся, по крайней мере, наполовину. Снизится также число аварий за счет кардинального отделения основных транспортных потоков от потоков пешеходов и велосипедистов. А закрытые по бокам и сверху эстакады с вытяжками и разрядниками для нейтрализации выхлопа сделают эти сооружения экологически чистыми.

Себестоимость этих крайне надежных сооружений крайне низка. В частности, для основных типов конструкции на основе металлопроката себестоимость 1 км полосы движения составляет $ 0,6 – 0,9 млн., тогда как 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. Причем, как правило, в этих затратах не учитывается выкуп дорогостоящей городской земли.

Масса полукилометрового стального двухуровневого – 8 полос движения – путепровода двустороннего движения со сталефибробетонным дорожным покрытием с учетом подводных и переездных участков составляет порядка 4700 тонн: из них 1700 т стального металлопроката, 2900 т цемента для 5-сантиметрового по толщине сталефибробетонного дорожного покрытия на стальных пролетных участках. Себестоимость путепровода с учетом изготовления блоков, их перевозки, аренды оборудования, подготовки участка сборки, монтажа и оснащения путепровода-эстакады необходимым оборудованием составляет порядка $3 млн. (себестоимость полосы движения в один километр – $0,7млн.). Время сборки при наличии типовых блоков и соответствующих механизмов и оборудования для сборки – несколько недель. Пропускная способность восьмиполосного путепровода – 16 тысяч автомобилей в час при скорости от 30 км/час и выше.

Рассчитанная себестоимость изготовления и установки двухэтажных магистральных эстакад двустороннего движения преимущественно для междугороднего сообщения по удельному показателю (1 км) составляет $5млн. (себестоимость полосы движения $0,6млн.) при пропускной способности до 16 тыс. автомобилей в час, или до 384 тысяч автомобилей в сутки (восемь полос движения), тогда как известные цифры по России, в которые обходится строительство шестиполосной наземной магистрали составляют $10млн. и выше (в США полоса движения стоит порядка $2млн.). Причем пропускная способность их многократно ниже, а пробки на них при их перегрузке возникают регулярно. Например, известно, что планируемая стоимость автодороги Москва-Петербург (684км) – 550млрд. руб. ($18млрд.), тогда как себестоимость предложенного нами беспробочного восьмиполосного сооружения – $3,4млрд. Установка в закрытом объеме сооружения вытяжек с разрядниками, переводящих вредные составляющие выхлопа в нейтральные, делает его экологически чистым, хотя и несколько удорожает его.

Масса используемого металлопроката на 1 км – порядка 2600 тонн, масса цемента для сталефибробетонного дорожного покрытия (5 см толщиной) – 4500 тонн, или в сумме – 7100тонн.

Масса километровой стальной двухэтажной (8 полос движения) магистрали-эстакады двустороннего движения, причем верхнее покрытие используется для крытой парковки легковых автомобилей – со сталефибробетонным дорожным покрытием составляет порядка 11500 тонн: из них 4100т стального металлопроката, 7100т цемента для 5-сантиметрового по толщине сталефибробетонного дорожного покрытия на стальных пролетных участках. Себестоимость эстакады с учетом всех стадий от изготовления и транспортировки блоков до подготовки участка сборки, монтажа и оснащения эстакады необходимым оборудованием составляет порядка $7 млн. Время сборки при наличии соответствующих механизмов и типовых блоков с применением преимущественно операции свинчивания для облегчения сборки или разборки сооружения в случае его переноса на другое место – несколько недель. На верхней парковочной площадки (1 км длина, 18 м ширина) можно разместить не менее 600 легковых автомобилей при себестоимости квадратного метра эстакады менее $200.

Пропускная способность восьмиполосного путепровода 16 тысяч автомобилей в час при скорости не менее 40 км/час.

При вводе в эксплуатацию в крупнейших городах мира предлагаемого дорожного сооружения только для легковых автомобилей (90% всех автомобилей) убытки от пробок снизятся более чем в два раза, и составят для 62 крупнейших городов России не $ 8 млрд., а менее $4млрд. В 62 крупнейших городах России потребуется установить над основными наземными магистралями двухэтажные магистрали-эстакады протяженностью в Москве не менее 480 км, в Петербурге – не менее 100 км, в других городах от 20 до 60 км, всего порядка 3000 км.

При себестоимости одного км такой эстакады порядка $7 млн., себестоимость установки этих эстакад можно оценить в $ 21 млрд. Таким образом, строительство эстакад во всех крупнейших городах России «окупится» по предварительным оценкам примерно за три года их действия, если сопоставлять его стоимость со снижением потерь только от пробок. Без этого ежегодные потери от пробок будут только расти.

Рассчитанная себестоимость изготовления и установки двухэтажных магистральных эстакад (10 автополос движения и две железнодорожные колеи, не считая 8-ми буферных полос) для транспортных коридоров, включающая в единый объем (30х11 метров в сечении) авто– и железнодорожную магистрали, линии связи и, по возможности, линии электропередач, трубопроводы, другие навески, составляет $10млн. (себестоимость полосы движения, включая железнодорожную колею, – $0,8млн.) при пропускной способности одной автополосы движения 2 тыс. автомобилей в час, или до 480 тысячи автомобилей в сутки, тогда как известные цифры по России, в которые обходится строительство шестиполосной наземной магистрали составляют $10млн. и выше (в США полоса движения стоит порядка $2млн.). Масса металлопроката для 1 км данной конструкции – 6000 тонн, цемента – 6000 тонн.

Известно, что планируемая стоимость только автодороги Москва-Петербург (684км) – 550млрд. руб. ($18млрд.), тогда как себестоимость предлагаемого компактного сооружения для транспортных коридоров – $6,8млрд и установлено оно может быть в несколько раз быстрее. При этом обеспечивается безостановочная проводка поездов с минимально возможными интервалами, доставка грузов по трубопроводам, устойчивая работа линий связи и других навесок.

Наличие буферной железнодорожной колеи решает проблему безостановочной проводки железнодорожных составов с минимальными интервалами между ними, поскольку остановка и разгрузка (погрузка) составов производится на соседней свободной от движения буферной колее. В результате поток контейнерных грузов в составах при наличии соответствующих терминалов идет непрерывно, подобно пакетам информации, пересылаемым по определенному каналу друг за другом с небольшим разрывом с одинаковой скоростью.

Кроме того, при желании, автомобилисты могут получить дополнительные удобства, переместив свои автомобили на платформы составов, а самим путешествовать в поезде до момента съезда в соответствии с графиком движения, подобно морскому путешествию на пароме.

В дальнейшем в замкнутой конструкции несложно перейти на полную автоматизацию движения как поездов, так и автомобилей, что еще более упростит и обезопасит логистику системы.

При этом полосы движения в закрытой, как минимум, сверху конструкции не подвергаются воздействию дождя, снега, что многократно продлевает их ресурс.

При установке подобных сооружений на основе металлопроката темп строительства, независимо от типа грунта, существенно ускоряется благодаря использованию свайной технологии, когда вместо использования бетонных фундаментов для металлических опор-колонн последние монтируют на предварительно вбитых трубах-сваях или же при сравнительно легких конструкциях сами колонны-опоры вбивают в грунт. Свайная конструкция также не боится землетрясений, наводнений, может быть быстро проведена по любому грунту – от болот до вечной мерзлоты.

Удельные показатели по указанным видам двухэтажной эстакады.

1.Транспортно-транспортирующий коридор (1 км), объединяющий в одном объеме на двух связанных уровнях железнодорожные полосы, автотранспортные полосы движения, трубопроводы, линии связи и т.д.

Масса стали – 6000 т. Масса цемента – 6000 т. Себестоимость – $10,0 млн.

2. Двухуровневая магистраль-эстакада – 1 км – на основе стального каркаса (междугородний вариант).

Масса стали – 2600 т. Масса цемента – 4500 т. Себестоимость – $5,0 млн.

3. Двухэтажный стальной путепровод (0,5 км) с подводами.

Масса стали – 1700 т. Масса цемента – 2900 т. Себестоимость – $2,75 млн.

4. Двухэтажная магистраль-эстакада – 1 км – для проезда легковых автомобилей, включающая дополнительный парковочный этаж на верхнем уровне (городской вариант эстакады).

Масса стали – 4100 т. Масса цемента – 7100 т. Себестоимость – порядка $7 млн.

Оценим потребность в стали и цементе для КТТМ. Известно, что уже началось строительство Китаем по «Шелковому пути» наземного транспортного коридора, основой которого является железная дорога. Известно также, что Россия запланировала строительство дублера Транссибирской магистрали, а Бразилия давно мечтает соединить транспортным коридором берега двух океанов. Кроме того, между Россией и США еще в 90-х годах прошлого века были проведены переговоры относительно строительства транспортного коридора под Беринговым проливом с проводкой его от Аляски в США через Канаду и в Европу через Россию. Протяженность этих транспортных коридоров в совокупности составит порядка 40 тысяч километров. При установке по этим направлениям предложенного КТТМ потребуется порядка 240 млн. тонн стали и столько же тонн цемента. При строительстве этих коридоров в течение 4-х лет ежегодная потребность в стали и цементе для них составит около 60 млн. тонн того и другого соответственно.

Поскольку магистраль-эстакада в ее междугороднем варианте в несколько раз дешевле аналогичной по числу полос наземной магистрали и обладает свойством беспробочности, постольку целесообразно соединить на наиболее напряженных направлениях города и регионы в России, Китае, Японии, США с помощью предложенной стальной магистрали со сталефибробетонным дорожным покрытием. Если в течение 4-х лет по этим направлениям будет установлено порядка 20 тысяч километров стальных эстакад, то ежегодная потребность в стали составит 13 млн. тонн, а цемента – 22,5 млн. тонн.

В большинстве стран мира до сих пор на многих напряженных железнодорожных направлениях отсутствуют путепроводы и действуют наземные переходы со шлагбаумами, что приводит к многочисленным ежегодным жертвам, а там, где путепроводы установлены, они при напряженном движении автомобилей, как правило, создают многочасовые пробки. Если за четыре года на напряженных направлениях смонтировать порядка десяти тысяч двухэтажных стальных путепроводов, пропускающих без заторов и пробок по верхнему этажу легковые автомобили, а по нижнему этажу преимущественно грузовые автомобили, то интенсивность движения увеличится, а число жертв на железнодорожных переездах существенно уменьшится. Если в течение 4-х лет будет смонтировано 10000 двухэтажных путепроводов, то потребность в стали для них ежегодно составит не менее 4 млн. тонн, а в цементе – не менее 7 млн. тонн.

Если ориентироваться на указанную в таблице протяженность городских двухуровневых магистралей-эстакад с парковочным этажом (48,7 тысяч километров) и возможность их установки в течение 4-х лет, то ежегодная потребность в стали составит порядка 50 млн. тонн, а в цементе – порядка 80 млн. тонн.

Известно также, что в большинстве крупнейших городов мира потери от пробок, аварий и экологического загрязнения составляют астрономические цифры, приведенные в таблице ниже. В частности, в 404 крупных городах мира суммарные убытки от нерешенных транспортных проблем составляют ежегодно около 603 млрд. долларов. Эта цифра может быть уменьшена более чем в два раза при условии установки предложенной нами конструкции, а сама установка конструкций окупится в среднем за один год.

Приведенные цифры показывают значимость потерь, возникающих при отставании роста транспортной сети от роста продаж автомобилей даже в самых развитых странах мира. Становится также понятным, что решение проблемы находится в увеличении пропускной способности магистралей в соответствии с ростом числа автомобилей и создании возможности для движения транспортных потоков без возникновения пробок.

Таким образом, если в течение ближайших 4-х лет начать установку всех четырех типов стальных эстакад указанным образом, то ежегодная потребность в стали составит около 127 млн. тонн, а в цементе около 170 млн. тонн.

Если учесть, что только один Китай производит ежегодно порядка 700 млн. тонн стали и порядка 1800 млн. тонн цемента то понятно, что ресурсы для этого найдутся, и вместе с тем падение спроса на сталь и цемент в других отраслях будет в значительной степени компенсировано.

Литература

1.Низовцев Ю.М., Низовцев А.Ю. Комбинированная транспортная магистраль, объединяющая в одном объеме на двух связанных уровнях железнодорожные и автотранспортные полосы движения, трубопроводы, линии связи и другие коммуникации. Экономическая оценка. Россия. Москва. Бюллетень транспортной информации. 02– 03.2013г.

2. Низовцев Ю.М., Низовцев А.Ю. Двухуровневый разгрузочный беспробочный путепровод. Варианты конструкции и их экономическая оценка. Россия. Москва. Бюллетень транспортной информации. 11.2012 – 01.2013гг.

3. Заявка PСТ/RU/2009/000661 (WO 2011/068430) «Эстакада для перемещения и размещения транспортных средств на различных уровнях». 2011г. Макаров Ю. Ф.

4. Низовцев Ю.М. О преобразовании магистралей крупных городов на примере Москвы в магистрали с безостановочным движением и практически неограниченной пропускной способностью. Россия. Москва. Бюллетень транспортной информации. 05.2013г.

5. Низовцев Ю.М. Сравнительный анализ основных вариантов организации безостановочного движения на городских магистралях. Россия. Москва. Бюллетень транспортной информации. 04.2013г.

6. Макаров Ю. Ф., Низовцев Ю.М. Разработка технических решений для реализации принципа безостановочного движения автомобилей по магистралям (без заторов и пробок). Россия. Москва. Бюллетень транспортной информации. 11.2013г.

7. Стивен Паркер «Wisconsin Traffic Operations and Safety Laboratory». 2007г. [битая ссылка] www.topslab.wisc.edu/projects/3-13

8. Макаров Ю. Ф., Низовцев Ю. М., Анцыгин А. В. Способы решения транспортных проблем больших городов с помощью легких объемных магистралей-эстакад, этажи которых связаны переездами для автомобилей. 2010 г. www.ecoguild.ru

Content

Низовцев Юрий Михайлович Cвайные дорожные сооружения безостановочного движения