МОДИФИЦИРОВАННЫЙ МОСТОВОЙ ПОДХОД ПЛАТНОЙ АВТОДОРОЖНОЙ ЭСТАКАДЫ

Полезная модель относится к области дорожного строительства, а именно, к созданию искусственных дорожных сооружений для платных автомобильных дорог, а также к эксплуатации платных автомобильных дорог, мостовых и других дорожных сооружений, в частности, эстакад.
В описании полезной модели используются следующие термины:
Мостовой подход - участок насыпи земляного полотна автомобильной дороги, примыкающий к мостовому сооружению эстакады, и служащий для въезда на эстакаду и съезда с нее транспортных средств.
Эстакада - мостовое сооружение для пропуска транспортной магистрали на некоторой высоте над поверхностью земли, чтобы пространство под ней могло быть использовано для различных целей.
Платная автодорожная эстакада - участок автомобильной дороги, включающий пролетное строение мостового сооружения эстакады и рабочую зону пункта взимания платы и эксплуатируемый на платной основе;
Длина мостового сооружения эстакады - расстояние между началом и концом эстакады, измеренное по ее оси. При этом, начало мостового сооружения эстакады - первая по ходу отсчета километража точка пересечения линии, соединяющей концы открылков устоя или других видимых конструктивных элементов устоя или пролетного строения с осью эстакады, без учета переходных плит, а конец мостового сооружения эстакады - последняя по ходу отсчета километража точка пересечения линии, соединяющей концы открылков устоя или других видимых конструктивных элементов устоя или пролетного строения с осью эстакады сооружения.
Полная длина мостового сооружения эстакады - расстояние вдоль оси эстакады между наиболее удаленными друг от друга точками элементов пролетных строений или опор эстакады. Длина переходных плит не учитывается.
Пункт взимания платы (ПВП) - элемент обустройства платной автомобильной дороги (платного участка автомобильной дороги), через который осуществляется проезд транспортных средств, который состоит из пропускных пунктов и включает в себя сооружения для размещения персонала, инженерное оборудование, инженерные коммуникации и технические средства взимания платы за проезд, а также переходно-разгонные полосы движения и охраняемую стоянку для легковых транспортных средств, островки безопасности и другие элементы обустройства.
Рабочая зона ПВП - часть платной автомобильной дороги (платного участка автомобильной дороги), предназначенная для размещения инфраструктуры взимания платы за проезд и включающая пешеходные тротуары, островки безопасности, ограждения, защитные ограждения и другие элементы обустройства, строения, инженерные сооружения, инженерные сети и коммуникации, технические средства и оборудование, обеспечивающие взимание платы за проезд.
Контрольный пропускной пункт - расположенное на территории пункта взимания платы сооружение, обслуживающее одну полосу движения.
Расчетная скорость движения - наибольшая возможная (по условиям устойчивости и безопасности) скорость движения одиночных автомобилей по автомобильной дороге, примыкающей к мостовому подходу, при нормальных условиях погоды и сцепления шин автомобилей с поверхностью проезжей части.
Стоп-линия - указывает место в рабочей зоне ПВП, где водитель должен остановиться для оплаты проезда при наличии знака приоритета "Движение без остановки запрещено" или при запрещающем сигнале светофора на полосе движения через контрольный пропускной пункт.
Из уровня техники известны технические решения, направленные на создание различных инженерно-технических сооружений, таких как мосты, путепроводы, эстакады, которые могут эксплуатироваться в качестве платных участков автомобильных дорог, например, описанные в следующих патентах: RU 2188270 - опубликован 27.08.2002, RU 2181396 - опубликован 20.04.2002, KR 100783019 - опубликован 07.12.2007, US 5655244 - опубликован 12 08 1997, RU 2336569 - опубликован 20.10.2008 и др.
В качестве наиболее близкого аналога выбран мостовой подход Бусиновской эстакады, по которой строящаяся скоростная автомагистраль Москва-Петербург пересечет МКАД. Как сообщает пресса, расположенную на северо-западе Москвы Бусиновскую эстакаду реконструируют до конца 2010 года. Бусиновская эстакада одним из своих ответвлений обеспечит въезд на строящуюся платную автодорогу Москва - Санкт Петербург. Многоуровневая транспортная развязка, расположенная на северо-западе города, после реконструкции позволит организовать беспрепятственное движение для автомобилей, выезжающих и въезжающих в столицу по новой скоростной платной автодороге. http://www.rosbalt.ru/2007/01/22/283119.html
Мостовой подход к эстакаде включает участок насыпи земляного полотна дороги, примыкающий к пролетному строению мостового сооружения эстакады для въезда на эстакаду и съезда с нее транспортных средств. ПВП, относящийся к платному участку автодороги, начинающемуся эстакадой, расположен перед въездом на мостовой подход. Применительно к платной эстакаде, недостатком известной конструкции мостового подхода является неудобство ее использования в стесненных условиях жилой и промышленной застройки города. Ограничение площади для размещения объектов инфраструктуры платной дороги вызывает проблемы с обеспечением безопасности дорожного движения и обеспечением максимальной пропускной способности ПВП. Дело в том, что ПВП содержит несколько пропускных пунктов, обслуживающих несколько полос движения автотранспорта, а также включает в себя пешеходные тротуары, островки безопасности, ограждения и другие элементы обустройства. Таким образом, в районе ПВП происходит расширение дороги с увеличением количества полос движения, а затем - сужение дороги до количества полос движения на примыкающей автомобильной дороге, в частности, до количества полос движения на мостовом подходе. Место сужения дороги с уменьшением числа полос движения является потенциально аварийным и проблемным с точки зрения снижения пропускной способности ПВП. Дополнительно, проблема состоит в том, что автотранспортные средства, выезжающие из рабочей зоны ПВП в направлении мостового подхода, движутся по мостовому подходу на подъем. Наличие уклона увеличивает время разгона и снижает скорость движения транспортных средств, выезжающих с ПВП, что при высокой интенсивности движения может приводить к образованию дорожного затора на ПВП, т.к. скорость транспортных средств, прибывающих к ПВП, оказывается больше скорости транспортных средств, выезжающих с ПВП. С другой стороны, автотранспортные средства, движущиеся к ПВП со стороны мостового сооружения, вынуждены снижать скорость на спуске в условиях относительно низкого коэффициента сцепления φ с дорогой, что увеличивает вероятность дорожно-транспортных происшествий на подъезде к ПВП со стороны мостового сооружения. Пропускная способность ПВП также лимитируется необходимостью остановки транспортных средств для оплаты проезда.
Заявленная полезная модель разрешает противоречие между обеспечением безопасности дорожного движения и требованием максимального увеличения пропускной способности ПВП при создании компактного платного мостового сооружения в виде эстакады.
Полезная модель направлена на решение следующих технических и технологических задач:
1) повышение безопасности дорожного движения при проезде транспортных средств через ПВП платной эстакады или платной автомобильной дороги (платного участка автомобильной дороги), начинающейся или заканчивающейся мостовым сооружением типа эстакады;
2) создание условий для сокращения тормозного пути транспортных средств на подъезде к рабочей зоне ПВП;
3) создание благоприятных условий для разгона транспортных средств, покидающих рабочую зону ПВП и повышение пропускной способности ПВП;
4) создание рабочей зоны ПВП, имеющей минимальную протяженность при компактном размещении инфраструктуры ПВП.
Техническим результатом осуществления данной полезной модели является повышение безопасности дорожного движения при проезде транспортных средств через ПВП платной эстакады, повышение пропускной способности ПВП, повышение пропускной способности платной автомобильной дороги (платного участка автомобильной дороги), начинающейся или заканчивающейся мостовым сооружением, за счет размещения ПВП поднятым на насыпь дополнительного участка мостового подхода и создания условий для сокращения тормозного пути транспортных средств на подъезде к рабочей зоне ПВП, а также для разгона транспортных средств, покидающих рабочую зону ПВП.
Другим техническим результатом является создание рабочей зоны ПВП минимальной протяженности при компактном размещении инфраструктуры ПВП с обеспечением условий безопасности дорожного движения.
Поставленная задача решается следующим образом. Заявленный модифицированный мостовой подход к платной автодорожной эстакаде, включающий участок насыпи земляного полотна дороги, служащий для въезда на эстакаду и съезда с нее транспортных средств, отличается тем, что мостовой подход содержит дополнительный участок, примыкающий к пролетному строению эстакады, служащий для размещения ПВП, выполненный в виде участка насыпи земляного полотна дороги с проезжей частью, имеющей продольный уклон не более 5% относительно горизонтали и соединяющей проезжую часть эстакады и проезжую часть основной части мостового подхода.
Таким образом, заявленный модифицированный мостовой подход имеет удлинение за счет размещения дополнительного участка, соответствующего длине L2 рабочей зоны ПВП, которая меньше или равна полной длине L1 мостового сооружения автодорожной эстакады, L2≤L1.
Дополнительный участок, примыкающий к пролетному строению эстакады, преимущественно, расположен с одной стороны автодорожной эстакады, однако, возможен случай, когда такие участки, примыкающие к пролетному строению эстакады целесообразно разместить с обеих сторон автодорожной эстакады на встречных направлениях движения транспорта.
Дополнительный участок, примыкающий к пролетному строению эстакады, может быть выполнен как с односторонним, так и с двухсторонним продольным уклоном проезжей части. При этом продольный уклон проезжей части может быть направлен как в сторону пролетного строения, так и от пролетного строения. Наличие малого уклона используется в данном решении для продольного стока воды (осадков) и повышения безопасности движения в рабочей зоне ПВП.
ПВП, размещенный на дополнительном участке насыпи земляного полотна дороги, приподнят над уровнем земли на высоту эстакады, что позволяет использовать продольные уклоны мостовых подходов для повышения безопасности дорожного движения при движении на подъем либо для повышения пропускной способности ПВП при движении транспорта под уклон.
Таким образом, для предупреждения образования дорожного затора на ПВП и повышения пропускной способности ПВП используются уклоны мостовых подходов. Наличие уклона мостового подхода обеспечивает дополнительное ускорение транспортных средств, покидающих рабочую зону ПВП в сторону спуска, что позволяет снизить вероятность возникновения дорожного затора на ПВП и увеличить пропускную способность ПВП, а также снизить риск дорожно-транспортных происшествий (столкновений транспортных средств) на выезде из рабочей зоны ПВП. При движении в сторону спуска увеличение уклона продольного профиля проезжей части в диапазоне от 0% до 4% приводит к уменьшению длины разгона до скорости 60 км/ч более чем на 25%.
Оптимальным вариантом данного технического решения для повышения безопасности дорожного движения в рабочей зоне ПВП является выполнение модифицированного мостового подхода с переломом продольного профиля проезжей части по стоп-линии в рабочей зоне ПВП. При этом модифицированный мостовой подход содержит дополнительный участок, примыкающий к пролетному строению эстакады, служащий для размещения ПВП, выполненный в виде дополнительного участка насыпи земляного полотна дороги с проезжей частью, имеющей продольный уклон не более 5% по отношению к горизонтали.
Предложенная конструкция мостового подхода, модифицированного за счет его удлинения (как было показано выше) является универсальной конструкцией и может использоваться со всеми разновидностями автодорожных мостовых сооружений, выполненных в виде эстакады. При этом основная часть мостового подхода может быть прямолинейной, либо иметь повороты, допустимые по требованиям безопасности движения транспорта.
Полезная модель иллюстрируется фигурами 1-5.
На фигурах 1 и 2 показан продольный профиль эстакады с модифицированным мостовым подходом, расположенным справа или слева по отношению к автодорожной эстакаде через другую дорогу или иную преграду.
На фигуре 3 показана зависимость пропускной способности полосы автомобильной дороги от скорости движения равномерного потока легковых транспортных средств при соблюдении установленной дистанции и без учета перестроений транспортных средств в другие полосы движения (из других полос движения).
На фигурах 4 и 5 показан продольный профиль эстакады с модифицированным мостовым подходом, расположенным справа или слева по отношению к автодорожной эстакаде для случая, когда дополнительный участок выполнен с переломом продольного профиля.
Как показано на фиг.1, 2 справа или слева от пролетного строения эстакады 1 размещается модифицированный мостовой подход 2, включающий дополнительный участок 3 насыпи земляного полотна с продольным уклоном профиля проезжей части не более 5% относительно горизонтали и протяженностью L2, которая соответствует длине рабочей зоны ПВП, но меньше полной длины мостового сооружения эстакады L1. Компактность заявленного дорожного сооружения выражается через соблюдение условия L2≤L1.
Дополнительный участок 3 с одной стороны примыкает к эстакаде 1, с другой стороны, - переходит в основной участок 4 мостового подхода, соответствующий применимым строительным нормам и правилам.
Продольный уклон проезжей части дополнительного участка может быть односторонним или двухсторонним. Продольный уклон проезжей части дополнительного участка может быть направлен в сторону пролетного строения или от пролетного строения.
На дополнительном участке размещается рабочая зона ПВП.
Размещение рабочей зоны ПВП между пролетным строением и мостовым подходом позволяет повысить безопасность дорожного движения:
1) на подъезде к рабочей зоне ПВП со стороны основной части мостового подхода (движение на подъем) - за счет дополнительного сокращения тормозного пути транспортного средства и увеличения коэффициента сцепления φ с дорогой, определяемого по формуле:
нач
где υ - начальная скорость движения (километров в час),
т
d - длина тормозного пути (метров),
α - угол продольного уклона проезжей части (градусов),
знак (+), если движение на подъем,
знак (-) - если на спуск.
Влияние уклона проезжей части на значение коэффициента сцепления φ с дорогой и уменьшение длины тормозного пути возрастает со снижением скорости движения по мере приближения к контрольному пункту. При начальной скорости движения 10 км/ч увеличение продольного уклона проезжей части на подъем в диапазоне от 1% до 5% приводит к увеличению коэффициента сцепления φ с дорогой на 17% (в расчетах использовались данные Таблицы 1);
2) на подъезде к рабочей зоне ПВП со стороны пролетного строения - за счет увеличения общей длины пути транспортного средства от начала второго мостового подхода на длину пролетного строения;
3) в рабочей зоне ПВП достигается повышение безопасности при полной остановке транспортного средства для оплаты проезда за счет сокращения уклона проезжей части (автомобиль не скатывается на стоящих сзади);
4) наличие уклона мостового подхода на спуске обеспечивает дополнительное ускорение транспортных средств, покидающих рабочую зону ПВП в сторону спуска, что позволяет увеличить пропускную способность ПВП, снижает вероятность возникновения дорожного затора на ПВП и риск столкновений транспортных средств на выезде из рабочей зоны ПВП. При движении в сторону спуска увеличение уклона продольного профиля проезжей части в диапазоне от 0% до 4% приводит к уменьшению длины разгона до скорости 60 км/ч более чем на 25% (СНиП 2.05.02-85 "Автомобильные дороги").
До 90% транспортного потока в населенных пунктах составляют легковые транспортные средства. Использование автоматов приема монет обеспечивает пропускную способность контрольного пропускного пункта до 600 легковых машин в час (интервал следования машин 6,0 секунд). Максимальная пропускная способность 3-х контрольных пропускных пунктов, обслуживающих одно направление движения (1800 машин в час), превышает пропускную способность полосы автомобильной дороги для всего диапазона скоростей движения. Максимум пропускной способности соответствует скорости движения транспортного потока - 26 км/ч. (см. фиг.2). На фигуре 2 показана зависимость пропускной способности полосы автомобильной дороги от скорости движения равномерного потока легковых транспортных средств (при соблюдении дистанции и без учета перестроений). В этом случае, существенной является скорость убытия транспортных средств из рабочей зоны ПВП, которая должна обеспечивать быстрый набор дистанции, необходимой для безопасного перестроения транспортных средств с учетом установленного скоростного режима. Замедление убытия транспортных средств из рабочей зоны приводит к сокращению пропускной способности ПВП, образованию дорожного затора и увеличению вероятности дорожно-транспортных происшествий на ПВП.
Основным показателем безопасности движения по полосе является динамический габарит D транспортного средства определяемый по формуле:
тс
где l - длина транспортного средства (метров), полагаемая для легкового автомобиля равной 5 метрам,
ост
ост
нач
рв
т
d - длина остановочного пути с учетом времени реакции водителя (метров), равная: d=υ×τ+d, гдe
нач
υ - начальная скорость движения (метров в секунду),
рв
τ - время реакции водителя 0,8…1,2 секунд (п.4.2.4. ГОСТ Р 50905-96 "Автотранспортные средства. Электронное оснащение. Общие технические требования"),
ср
τ - время срабатывания тормозной системы (секунд),
т
d - длина тормозного пути (метров),
a
т
- установившееся замедление (метров в секунду в квадрате),
µ×h×f=φ - коэффициент сцепления шин с дорогой.
В соответствии с ГОСТ Р 51709-2001 "Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки" полагается:
где  - начальная скорость движения (километров в час),
А - коэффициент, характеризующий время срабатывания тормозной системы и имеющий размерность час×метр/километр, и
уст
j - установившееся замедление (метров в секунду в квадрате) (по ГОСТ Р 51709-2001).
В соответствии с ГОСТ Р 51709-2001 для легковых транспортных средств:
A=0,1,
уст
j=5,2 (метров в секунду в квадрате).
При скорости движения легкового транспортного средства на выезде из рабочей зоны ПВП 10 км/ч (2,77 м/с) длина тормозного пути примерно равна:
т
d≈1,74 метра,
рв
а длина остановочного пути в зависимости от времени реакции водителя (τ) изменяется в диапазоне:
ост
d≈3,96…5,07 метра,
рв
соответственно, динамический габарит легкового транспортного средства на скорости 10 км/ч в зависимости от времени реакции водителя (τ) изменяется в диапазоне:
D≈8,96…10,07 метра
С учетом динамического габарита легкового транспортного средства на скорости 10 км/ч, безопасному движению легковых транспортных средств по полосе соответствует временной интервал следования машин не менее 3,23…3,64 секунды, что соответствует интенсивности движения - 989…1114,6 машин в час.
ПВП, имеющий 3 контрольных пункта в каждом направлении движения и оборудованный автоматами для приема монет, имеет максимальную пропускную способность 1800 машин в час, которая ограничивается пропускной способностью наиболее проблемного участка сужения дороги на выезде из рабочей зоны ПВП. В связи с чем, существует необходимость создания условий для ускорения разгона транспортных средств на выезде из рабочей зоны ПВП, что обеспечивается использованием уклонов проезжей части мостового сооружения и мостовых подходов в направлении движения транспортных средств, при этом эффект увеличения тормозного пути при движении транспортных средств под уклон может быть компенсирован:
1) при перестроениях в одну полосу движения на мостовом подходе - за счет увеличения длины переходно-скоростных полос;
2) при перестроениях в одну полосу движения на выезде из рабочей зоны в направлении мостового сооружения - за счет технических средств организации дорожного движения.
В заявленной полезной модели предлагается использовать уклоны мостовых подходов для предупреждения образования дорожного затора на ПВП и повышения его фактической пропускной способности, что обеспечивает повышение безопасности дорожного движения при проезде пункта взимания платы (см. фиг.4-5). На фигуре 4 и 5 показан продольный профиль участка платной автомобильной дороги с модифицированным мостовым подходом, расположенным справа или слева по отношению к автодорожной эстакаде для случая, когда дополнительный участок выполнен с переломом продольного профиля. Наибольший эффект достигается, когда перелом продольного профиля проезжей части проходит по стоп-линии ПВП.
Заявленное решение обладает новизной, оно не известно из уровня техники. Строительные нормы и правила не содержат требований о создании дополнительного участка проезжей части, примыкающего к мостовому сооружению.
Заявленное техническое решение предназначено для использования при строительстве и эксплуатации платных автодорожных эстакад и позволяет использовать уклоны мостовых подходов для предупреждения образования дорожного затора на ПВП, повышения его пропускной способности и повышения безопасности дорожного движения при проезде ПВП. Решение дает возможность сократить длину рабочей зоны ПВП, что существенно при использовании в стесненных условиях городской улично-дорожной сети.
Таблица 1.Значения продольного уклона, угла наклона проезжей части (α), cos(α) и tg(α)<sup>1</sup>
Продольный уклон дороги, %
Угол наклона, α
cos(α)
tg(α)
1,0
0°30
1,0000
0,010
2,0
1°10
0,9999
0,020
2,5
1°25
0,9999
0,025
3,0
1°45
0,9999
0,030
3,5
2°00
0,9999
0,035
4,0
2°20
0,9999
0,040
4,5
2°35
0,9999
0,045
5,0
2°52
0,9999
0,050