Юрий Михайлович Низовцев
Конструкции и методики, исключающие формирование пробок и заторов в условиях города
Из этого следует, что ежегодные удельные эксплуатационные расходы на магистраль-эстакаду вполне сопоставимы с расходами на ремонтно-восстановительные работы для аналогичных наземных магистралей.
Если в городе нагрузка (пропускная способность на магистраль) на магистраль в ближайшие годы по расчетам не превысит 10 тысяч автомобилей, то достаточно будет установить над наземной магистралью один уровень эстакады с четырьмя полосами движения и двумя буферными полосами с организацией указанным образом безостановочного движения с пропускной способностью для одной полосы движения 2000 автомобилей в час. Тогда въезды на надземный уровень и съезды с него на наземную магистраль становятся переездами с наземного уровня на надземный и интегральная пропускная способность магистрали будет более 10000 автомобилей в час.
При этом затраты на монтаж и установку одноуровневой эстакады на стальном каркасе по сравнению с двухуровневой уменьшатся примерно вдвое и составят около $2,5млн. на один километр. Удельная себестоимость одной полосы движения на эстакаде останется примерно той же, что и для двухуровневой эстакады – $0,6млн. Средняя скорость движения по надземной магистрали составит порядка 75 м/час.
Известна практика установки одноуровневых эстакад вдоль магистралей и над ними во Вьетнаме. Однако там режим движения на наземной и надземном уровнях остается традиционным, за единственным исключением: направление движения на обоих уровнях устанавливается противоположным. Иначе говоря, к примеру, если по наземному уровню автомобили движутся на юг, то по надземному уровню автомобили движутся на север.
Если же расчеты по величине пропускной способности не оправдаются, то несложно над имеющимся уровнем эстакады смонтировать еще один уровень, увеличив суммарную пропускную способность эстакады до 16 тысяч автомобилей в час.
Глава 3
Надземные городские сети дорожных магистралей с безостановочным движением и практически неограниченной пропускной способностью.
Настоящее техническое решение относится к области организации автодорожного движения в городе посредством размещения и установки надземных магистралей для движения транспортных средств на разных, но связанных уровнях, в частности, эстакад, или надземных магистралей для движения легковых автомобилей в виде сети магистралей, охватывающей территорию города и его ближайших пригородов.
Известна транспортно-коммунальная система города (полезная модель РФ № 36018). Она включает не менее трех кольцевых, охватывающих городскую застройку, автомобильных дорог и радиальные магистрали, пересекающие их. Над магистралями размещены, по крайней мере, в двух уровнях, имеющие въезды и съезды эстакады. Одна из указанных эстакад предназначена для автомобильного движения, предпочтительно легкового транспорта, а другая – для автомобильного движения. Эстакады имеют размещенные на ней или над ней паркинг, офисы, административные, хозяйственные, многофункциональные сооружения. Эстакады связаны с другими эстакадами, магистралями, кольцевой автомобильной дорогой.
Недостатком этого технического решения является то, что оно не обеспечивает достаточно высокой пропускной способности как для всей сети автодорог, так и для отдельных эстакад. В часы пик велика вероятность образования на различных участках сети пробок и заторов, так как различные уровни движения не связаны между собой и представляют всего лишь дополнительные магистрали с ограниченным числом полос движения. Таким образом, предложенная система магистралей не способна вобрать в себя и пропустить через себя в течение суток несколько миллионов автомобилей крупного города, его пригородов и транзитных автомобилей и может служить лишь вспомогательным инструментом для некоторого снижения напряженности автодвижения, но проблемы перегруженности дорожных сетей автомобилями не решает.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является система автотранспортных магистралей Москвы (полезная модель РФ № 95338). Эта система содержит радиально расположенные надземные многоярусные магистрали и, по меньшей мере, одну надземную многоярусную кольцевую автомагистраль, причем въезд в мегаполис на надземные автомагистрали осуществляется перед границей мегаполиса с перестроением и движением по развязкам-пандусам, обеспечивающим изоляцию друг от друга потоков индивидуального, грузового и общественного транспорта на, по меньшей мере, двух ярусах надземной автомагистрали. Первый ярус, содержащий, по меньшей мере, четыре полосы движения, предназначен для проезда грузового и общественного транспорта с остановками в транспортно-пересадочных узлах, а второй ярус, содержащий, по меньшей мере, восемь полос движения, предназначен для легкового транспорта, кольцевая надземная автомагистраль пересекает все радиальные надземные автомагистрали, радиальные надземные автомагистрали пересекаются между собой. В единой сети надземных автомагистралей выполнены развязки в местах пересечений для общественного, грузового и легкового транспорта. В местах пересечений вблизи станций метро и в других местах радиальных и кольцевой автомагистралей размещены транспортно-пересадочные узлы. Несущие конструкции надземных автомагистралей выполнены с возможностью обеспечения эксплуатации наземного транспорта в процессе монтажа надземных автомагистралей.
Недостатком этого технического решения является то, что оно не обеспечивает достаточно высокой пропускной способности как для всей сети автодорог, так и для отдельных надземных магистралей. В связи с этим при пиковых нагрузках, то есть при превышении их максимальной пропускной способности числом стремящихся на них автомобилей, на них образуются, так же как и на наземных магистралях в подобных случаях, заторы и пробки. Таким образом, не обеспечивается непрерывное скоростное движение транспортных средств в сети магистралей.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение непрерывного перемещения в пределах города и его пригородов практически неограниченного количества автомобилей с высокой скоростью в сложившихся для города направлениях, как правило, из одних секторов города и его пригородов в другие в течение десятков минут. Задачей является обеспечение перемещения автомобилей беспрепятственно из пригорода в город утром и вечером из города в пригород, а также создание условий во избежание пробок на всех участках сети надземных транспортных магистралей наиболее дешевыми и эффективными средствами; повышение пропускной способности сети до максимально возможного уровня, создание условий для безостановочного движения в сети надземных магистралей, а также использование в сети надземных магистралей города только экологически чистых участков магистралей.
Техническим результатом технического решения является: высокая пропускная способность всех участков сети надземных магистралей – 16 тысяч транспортных средств в час при двух этажах, восьми полосах движения, четырех буферных полосах, межэтажных переездах в надземной магистрали с двусторонним движением; возможность продолжать движение, обходя места ремонта или аварий на тех или иных участках надземных магистралей; возможность въезжать, например, с улицы на парковочную площадку или сразу на верхний этаж надземной магистрали, и съезжать соответственно на любой или с любого этажа надземной магистрали; возможность удержания непрерывного движения транспортных средств на скорости 30 – 90 км в час в сети надземных магистралей; обеспечение однотипности конструкций всех участков многоэтажных надземных магистралей для их быстрой сборки, установки или трансформирования; обеспечение проводки и разводки многоуровневых надземных магистралей практически над любым пространством, в особенности над дорожными и железнодорожными трассами; обеспечение установки надземных магистралей как для двустороннего движения, так и для одностороннего движения; обеспечение установки надземных магистралей двустороннего и одностороннего движения над перегруженными городскими и пригородными трассами любого типа или рядом с ними; существенное повышение степени безопасности дорожного движения, понижение шума и загрязнения воздуха, многократное повышения ресурса всех участков сети надземных магистралей, а также их существенное удешевление как по себестоимости, так и при эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что сеть транспортных магистралей для крупных городов и их пригородов, содержит надземные магистрали, распределенные по территории города и его пригородов с охватом всех секторов города и пригородов, насыщенных автомобилями, а также с выполнением развязок в единой сети надземных магистралей в местах их пересечения, при этом надземные магистрали установлены предпочтительно над наземными магистралями и выполнены из типовых секций с возможностью трансформации магистралей – с увеличением или уменьшением их этажности, надземные магистрали предназначены для однородных транспортных средств, например, легковых автомобилей, и содержат, по крайней мере, два этажа, надземные магистрали снабжены переездами между этажами, а также парковочными площадками, надземные магистрали связаны с примыкающей к ним дорожной сетью въездами с дорог или улиц на различные этажи надземной магистрали, а также съездами с нее на боковые дороги или улицы, причем средняя пропускная способность примыкающей к магистрали дорожной сети согласована с пропускной способностью надземной магистрали и не превышает ее среднее значение.
Таким образом, транспортные потоки разделяются – один в виде легковых автомобилей направляется в сеть надземных магистралей, другой – в виде грузового и общественного транспорта – остается на наземных магистралях, причем пропускная способность сети надземных магистралей может варьироваться в широких пределах за счет возможности переезда транспортных средств с одной полосы движения на другую и с одного этажа на другой по внешним или внутренним переездам и их перераспределением по всем этажам надземной магистрали. Кроме того, возможно при необходимости наращивание этажей эстакады по вертикали или уменьшение числа этажей с использованием типовых секций и блоков. Непрерывность движения в сети надземных магистралей, несмотря на возможные помехи движению на полосе в виде аварий, ремонтных работ и т.п., обеспечивается объездом этих мест с помощью буферных полос или с помощью переезда транспортных средств на свободные полосы движения на том или ином этаже[1,5].
Таким образом, удается обеспечить беспрепятственное перемещение практически неограниченного числа легковых автомобилей (90% от всего количества автомобилей в среднем) без остановки и с высокой скоростью по всем основным направлениям в городе и его пригородах за счет использования в сети новых дорожных сооружений в виде надземных магистралей в несколько этажей с переездами между этажами и, тем самым, как бы развернуть дорожное полотно не вширь, что, как правило, не позволяет уже сложившаяся городская застройка, а по вертикали, связав все уровни на этой вертикали в единую дорожную систему и распространив ее по всем секторам города и его пригородов.
При этом согласование пропускной способности отдельных участков сети надземных магистралей с пропускной способностью прилегающих к ним дорог и улиц не является затруднительным, поскольку, зная число этих подъездов к тому или иному участку сети надземных магистралей и их пропускную способность, а также зная примерное число транзитных автомобилей, проходящих в часы пик по данному участку сети, и аналогичным образом, зная число съездов с участка магистрали на прилегающие дороги и улицы, нетрудно согласовать максимальное число автомобилей, пропускаемых надземной магистралью, с максимальным числом автомобилей, способных на нее въехать и съехать с нее.
С учетом этого на стадии проектирования выбирается этажность надземной магистрали и, вместе с тем, число полос движения на ней, которое может доходить до нескольких десятков даже при не слишком большой ее высоте, например, высота пятиэтажной магистрали двустороннего движения при ее ширине в 12-ть метров составляет 17 метров (высота пятиэтажного дома), а число полос движения равно 20-ти.
Для обеспечения непрерывности движения по надземной магистрали и плавного подъезда к ней автомобилей со стороны прилегающих дорог, а также плавного съезда с нее на прилегающие улицы предусматривается монтаж соответствующего этому максимальному значению подъезжающих автомобилей количества въездных и съездных участков, а также развязок, особенно в местах пересечения надземных магистралей, а также других узловых пунктах транспортной сети города.
Указанный подход применим к любому крупному городу, независимо от расположения магистралей, которое в основном сводится к радиально-кольцевой структуре, как в Москве или Париже, или системе параллельных магистралей, пересекающихся под тем или иным углом с другой системой параллельных магистралей, как, например в Нью-Йорке.
Максимальная пропускная способность полосы движения магистрали со светофорами (с перекрестками) составляет не более 800 автомобилей в час, а в среднем – около 500 автомобилей в час, что подтверждается опытно-измерительными данными. То есть за час одна шестиполосная магистраль со светофорами может пропустить максимально 4800 автомобилей, а в среднем пропускает около 3000 автомобилей; за сутки магистраль максимально может пропустить около 115 тысяч автомобилей, а в среднем – около 72 тысяч автомобилей.
16 магистралей могут максимально пропустить за час не более 77 тыс. автомобилей, а в среднем за час – около 48 тыс. автомобилей. То есть за сутки, например, 16 радиальных магистралей со светофорами могут максимально пропустить не более 1,85 млн. автомобилей, а в среднем пропускают около 1,15 млн. автомобилей.
По известной статистике в среднем за сутки в любой мегаполис въезжает от нескольких сотен тысяч до более миллиона иногородних автомобилей. Увеличение числа автомобилей до больших величин приводит в часы пик к часовым заторам и пробкам на радиальных магистралях, поскольку их пропускная способность в часы пик становится ниже числа стремящихся на них автомобилей.
Таким образом, верхним порогом для каждой шестиполосной радиальной магистрали со светофорами является пропуск 4800 автомобилей в час, и когда число автомобилей на этой магистрали приближается к этому значению – становятся неизбежными заторы и пробки, которые регулярно проявляются в часы пик. Верхним порогом для всех 16-ти радиальных магистралей со светофорами в сумме, или интегрально, является 1,85 млн. автомобилей в сутки, и когда число автомобилей на этих магистралях приближается к этому значению – становятся неизбежными заторы и пробки на всех радиальных магистралях, которые регулярно проявляются в часы пик.
Известны попытки нормализации дорожного движения. Однако все эти традиционные способы страдают теми или иными недостатками и не могут быть признаны эффективными. Рассмотрим эти способы и выясним, почему они не приводят к нормализации движения, то есть к отсутствию в мегаполисах заторов и пробок.
Во-первых, это может быть административное ограничение въезда автомобилей. По этому пути пошла городская администрация некоторых городов мира, например, Сингапура, Стокгольма. Однако другие города не считают этот путь приемлемым, так как купленные городскими жителями автомобили большей частью как бы изымаются из обращения и это не вызывает в жителях энтузиазма. Тем не менее, частично, эти меры используются в каждом мегаполисе.
Во-вторых, возможно расширение магистралей до 10 и более полос движения. Однако с учетом стоимости земли в мегаполисах, необходимости сноса домов и т. п. этот путь чрезвычайно затратен. Вместе с тем, несколько увеличивая пропускную способность магистралей за счет увеличения числа полос движения, он не спасает от заторов и пробок, которые все равно возникают на магистралях при превышении, как было указано выше, определенного для магистралей со светофорами с соответствующем числом полос движения порога пропускания автомобилей, который не очень высок. Например, для десятиполосной магистрали со светофорами этот порог составляет всего лишь 8000 автомобилей в час. Причем прирост пропускной способности по сравнению с шестиполосной магистралью, несмотря на колоссальные затраты, составляет всего 40%. Тогда как в часы пик в каждом мегаполисе число автомобилей, стремящихся на данную магистраль, может быть намного больше.
В-третьих, возможно строительство на всех радиальных магистралях подземных и надземных переходов для пешеходов и поперечных эстакад для пропускания через магистрали поперечных транспортных потоков. В этом случае старт-стоповый (светофорный) режим ликвидируется и предельная пропускная способность в 800 автомобилей в час для одной полосы движения теоретически может быть увеличена до возможного максимума – 3000 автомобилей в час (реальная пропускная способность составляет порядка 2000 автомобилей в час). Эта пропускная способность характерна для безостановочного движения со скоростью 30-100 км/час. Таким образом, средняя пропускная способность шестиполосной магистрали возрастает с 3000 автомобилей в час до 12000 автомобилей в час. Однако это мероприятие опять же не спасает от пробок. Как показало установление подобного (без светофоров) режима на Третьем транспортном кольце (ТТК) в Москве, он отнюдь не явился препятствием для каждодневного возникновения на ТТК пробок и заторов.
В-четвертых, возможно внедрение на дорогах адаптивного регулирования (умные светофоры), что используется во многих мегаполисах мира. Однако затраты на внедрение адаптивного регулирования велики, а дает оно прирост пропускной способности дорог только в среднем около 20%.
Возможны также и иные варианты нормализации дорожного движения в виде сквозных эстакад, в том числе и по крышам домов (технология Р. Липпа), дешевого метрополитена, скоростных трамваев, как это сделано в ряде городов США и Южной Кореи, и т д. Однако везде в часы пик все равно образуются пробки и заторы, так как жители мегаполисов не хотят отказываться от использования купленных ими комфортабельных автомобилей. А, как это было показано выше, при достижении определенного для каждой магистрали порога пропускания автомобилей на ней неизбежно возникают пробки и заторы.
В среднем ежегодно в мегаполисах строительство дорог и развязок увеличивает их протяженность или число полос движения примерно на 2-3% в год и в среднем на столько же растет их пропускная способность, адаптивное регулирование может увеличить пропускную способность дорожной сети на 10 – 20% на неопределенное время, а число автомобилей ежегодно возрастает на 7-8%.
Это означает, что вышеуказанные меры по увеличению пропускной способности дорожной сети существенно отстают от ежегодного прироста парка автомобилей, который все более и более не умещается в отведенных ему рамках. Выправить положение в крупных городах может только быстрое увеличение пропускной способности магистралей в разы, а не на единицы процентов.
Однако одного роста пропускной способности дорожной сети недостаточно для полной нормализации движения на магистралях, поскольку и при высокой потенциальной пропускной способности магистралей заторы и пробки могут возникнуть, если по целому ряду причин, например, дорожный ремонт, аварии, недостаточное число съездов с магистрали и т.п., падает скорость движения автомобилей до 5-15 км в час. А уменьшение скорости транспортного потока при постоянном притоке автомобилей на трассу автоматически ведет к падению реальной пропускной способности на данном участке и образованию сначала затора, а затем пробки.
