СЕТЬ ТРАНСПОРТНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ ДЛЯ КРУПНЫХ ГОРОДОВ И ИХ ПРИГОРОДОВ

Полезная модель 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), включающая не менее трех кольцевые, охватывающих городскую застройку, автомобильные дороги и магистрали, пересекающие, по крайней мере, две из них и расположенные по существу радиально, по меньшей мере, на части их длины, или расположенные, по крайней мере, частично, по отрезкам хорды, имеющие ширину, обеспечивающую, как минимум, двухполосное автомобильное движение в одном направлении, при этом над, по крайней мере, одной магистралью, предпочтительно в плане по ее продольной оси, или над одной из кольцевых автомобильных дорог, размещены, по крайней мере, в двух уровнях, имеющие въезды и съезды эстакады, сооруженные предпочтительно без перекрытия движения по магистрали или автодороге, а, по крайней мере, одна из указанных эстакад предназначена для автомобильного движения, предпочтительно легкового транспорта, а другая - для автомобильного движения или имеет размещенные на ней или над ней, предпочтительно с использованием опор эстакады, паркинг, и/или офисы, и/или административные, или хозяйственные, или многофункциональные сооружения, и связана для обеспечения доступа транспортными коммуникациями с другой эстакадой, или с магистралью, или с 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 осуществлен 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, при этом 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 чем 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, беспрепятственно из пригорода в город утром и вечером из города в пригород, а также создание условий для устранения 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 - от 7-9 тысяч транспортных средств в час при двух этажах и трех полосах движения в надземной магистрали с односторонним движением и до 20-25 тысяч транспортных средств в час при 5-ти этажах с девятью полосами движения в надземной магистрали с односторонним движением; возможность продолжать движение, обходя места ремонта или аварий на тех или иных участках наземных магистралей; возможность въезжать, например, с улицы для парковочную площадку 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.
Кроме того, сеть надземных магистралей повторяет структуру застройки города, например, радиально-кольцевую структуру.
Кроме того, сеть состоит из пересекающихся под прямым углом надземных магистралей.
Кроме того, сеть состоит из пересекающихся надземных магистралей.
Кроме того, въезды на надземные магистрали в пределах города установлены в соответствии со сложившейся дорожной сетью и не реже чем в 500 метрах друг от друга.
Кроме того, съезды с надземных магистралей в пределах города установлены в соответствии со сложившейся дорожной сетью и не реже чем в 500 метрах друг от друга.
Кроме того, парковочные места размещены на верхних площадках надземных магистралей.
Кроме того, парковочные места размещены на крыльях каждого этажа надземных магистралей.
Кроме того, на каждом этаже надземных магистралей размещено, по крайней мере, по одной резервной полосе движения.
Кроме того, наземные магистрали сверху накрыты надземными магистралями, обеспечивающими защиту наземных магистралей от дождя и снега.
Кроме того, наземные магистрали освобождены надземными магистралями для движения грузовых автомобилей и общественного транспорта.
Кроме того, все участки сети в виде надземных магистралей в несколько этажей, связанных между собой переездами для автомобилей, являются трансформируемыми - с возможностью наращивания или уменьшения числа этажей - для обеспечения необходимой в данном секторе города пропускной способности.
Кроме того, полосы движения изолированы от внешней среды.
Кроме того, этажи надземных магистралей сети связаны между собой внешними и/или внутренними переездами для автомобилей.
Кроме того, надземные магистрали городской и пригородной сети для легковых автомобилей дополнены по бокам надземными магистралями для велосипедов.
Кроме того, сеть надземных магистралей снабжена пространством для прокладки городских коммуникаций.
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 переезда транспортных средств на свободные полосы движения на том или ином этаже (см., например, заявку PCT/RU 2009/000661).
То есть 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 со стороны прилегающих улиц к надземной магистрали предусматривается монтаж соответствующего этому максимальному значению подъезжающих автомобилей количества въездных и съездных участков, а также развязок, особенно в местах пересечения надземных магистралей и 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.
Сравним теперешнее состояние транспортной сети города с возможным ее состоянием при использовании предлагаемой сети надземных магистралей на примере Москвы.
2
2
2
Площадь Москвы - около 1100 км, площадь всей дорожной сети Москвы - около 94 км (8,5% площади Москвы), площадь 16-ти сквозных радиальных магистралей в 6-типолосном исполнении от Третьего транспортного кольца (ТТК) до Московской кольцевой автодороги (МКАД) с протяженность каждой около 10 км и шириной каждой полосы движения 3 метра составляет 3 км.
Максимальная пропускная способность полосы движения со светофорами 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 в час, или за сутки магистраль максимально может пропустить около 115 тысяч автомобилей, а в среднем - около 72 тысяч автомобилей. Все 16-ть радиальных магистралей могут максимально пропустить за час не более 77 тысяч автомобилей, а в среднем за час - около 48 тысяч автомобилей. То есть за сутки 16-ть радиальных магистралей со светофорами могут пропустить максимально не более 1,85 млн. автомобилей, а в среднем пропускают около 1,15 млн. автомобилей.
По имеющейся статистике в среднем за сутки в Москву въезжает около 500 тысяч иногородних автомобилей. В Москве зарегистрировано около 4 млн. автомобилей. Увеличение числа автомобилей до таких величин уже привело 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 пропускной способности для каждой шестиполосной радиальной магистрали со светофорами является 4800 автомобилей в час, и когда число автомобилей на этой магистрали приближается к этому значению и начинает его превышать - становятся неизбежными заторы и пробки, которые регулярно возникают в часы пик. Верхним порогом для всех 16-ти радиальных магистралей интегрально является 1,85 млн. автомобилей в сутки, и когда число автомобилей на всех шестнадцати магистралях приближается к этому значению - неизбежными становятся заторы и пробки на всех радиальных магистралях, которые и проявляются регулярно в часы пик.
Известны попытки нормализации дорожного движения в крупных городах. Однако все эти попытки страдают теми или иными недостатками и не могут быть эффективными в основном в силу того, что в часы пик пропускная способность имеющихся магистралей исчерпывается и они не могут принять в себя дополнительное количество автомобилей, выходящее за пороговое значение для этих магистралей.
К одной из таких попыток можно отнести административное ограничение въезда автомобилей. По этому пути пошла городская администрация некоторых городов мира, например, Сингапура, Стокгольма. Однако администрация большинства других крупных городов мира 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.
Возможно также расширение магистралей до 10 и более полос движения, что уже сделано на некоторых радиальных магистралях Москвы. Однако с учетом стоимости земельных участков в Москве и других крупных городах мира 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, особенно в часы пик, которые неизбежно возникают на магистралях при превышении, как это уже было указано, 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 составляет всего 40%, тогда как в часы пик в Москве число автомобилей, стремящихся на эту магистраль, может быть намного больше.
Возможно также строительство надземных сооружений в виде эстакад в несколько этажей или подземных туннелей или строительство на всех радиальных магистралях подземных и надземных переходов для пешеходов и поперечных эстакад для пропускания через радиальные магистрали поперечных транспортных потоков. В этих случаях стартстоповый (светофорный) режим ликвидируется и предельная пропускная способность в 800 автомобилей в час и не более для одной полосы движения может возрасти до возможного максимума, характерного для бессветофорных трасс, - 3000 автомобилей в час. То есть максимальная пропускная способность, например, шестиполосной магистрали может возрасти почти в четыре раза - до 18000 автомобилей в час. Однако это тоже не спасает от заторов и пробок, что, например, каждый день показывает, ТТК в Москве, на котором по несколько раз в день возникают заторы и пробки, которые также ежедневно возникают и на многоэтажных эстакадах Токио и Парижа.
Возможно и внедрение на магистралях адаптивного регулирования (умные светофоры), что уже используется во многих городах мира. Однако она малоэффективна и при больших затратах дает прирост пропускной способности всего на 10-20%.
Возможны и иные варианты нормализации дорожного движения в виде транзитных эстакад, многочисленных веток подземного и надземного метро, скоростных трамваев и т.п., что уже осуществлено в ряде городов США, Японии и Южной Кореи. Однако и там в часы пик образуются заторы и пробки, так как жители мегаполисов и крупных городов не хотят отказываться от использования купленных ими комфортабельных автомобилей, а при большом количестве автомобилей, стремящихся на те или иные магистрали превышается порог пропускания автомобилей этими магистралями и на них неизбежно возникают заторы и пробки.
В среднем ежегодно в Москве строительство дорог и развязок увеличивает их протяженность или число полос движения примерно на 2% 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%. И 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.
Поэтому следует создать условия, при которых движение транспортного потока не замедлялось до низких величин, при которых начинают возникать заторы, то есть, чтобы скорость транспортного потока была не ниже 30 км в час.
Из всего этого следует, что, во-первых, необходимо увеличить пропускную способность основных магистралей, по крайней мере, до значения, большего чем в часы пик, во-вторых, постоянно удерживать режим безостановочного движения автомобилей без резкого падения скорости транспортного потока, по крайней мере, не ниже 30 км в час, и в-третьих, обеспечить согласование пропускной способности всех участков магистральной сети с пропускной способностью прилегающих к этим участкам въездов, так же как и съездов с этих участков.
Именно этими свойствами для нормализации дорожного движения в крупных городах и их пригородах при большом скоплении автомобилей должна обладать новая магистральная сеть. Без них решение проблемы заторов и пробок возможно только административными методами.
Выше мы показали, что предлагаемое техническое решение соответствует этим требованиям. С его использованием ситуации в Москве, как и в других крупных городах, может коренным образом и быстро измениться в лучшую сторону.
Сеть надземных магистралей с полосами движения, развернутыми по вертикали в несколько этажей, или уровней с переездами между ними позволяет, в данном случае легковым автомобилям без остановки переезжать с этажа на этаж, полностью загружая имеющиеся полосы движения, которые могут быть многочисленными, позволяет автомобилям объезжать не только по соседней полосе движения, но и по другим этажам место аварии или ремонта, чем возможность затором и пробок сводится, фактически, к нулю. Предлагаемая магистральная сеть позволяет пропускать по одной полосе движения до 3000 автомобилей в час со скоростью 30-90 км в час. Даже при минимальном количестве уровней движения при наличии только двух этажей, надземная магистраль двустороннего движения с тремя полосами движения в одну сторону и тремя полосами движения в другую может пропустить за час до 18 тысяч автомобилей, а не 4800 автомобилей в час, как обычная шестиполосная магистраль со светофорами, что равноценно увеличению числа обычных полос движения на магистралях со светофорами почти в четыре раза, или расширению дорожного полотна в четыре раза.
Режим безостановочного движения легковых автомобилей по надземным магистралям сети в пределах 30-90 км в час поддерживается автоматически без допущения внезапного падения скорости не только за счет предварительного согласования пропускной способности соответствующего участка сети надземных магистралей и пропускной способности прилегающих к этому участку подъездов, но и, в экстраординарных случаях, за счет применения адаптивного регулирования, ограничения въезда автомобилей на надземную магистраль на тех участках, на которых скорость движения падает ниже 30 км в час, с помощью объединенной системы датчиков скорости транспортного потока и въездных светофоров.
Таким образом, если установить в Москве, как минимум, над 16-ю основными радиальными магистралями хотя бы двухэтажные надземные магистрали с переездами между этажами, то их максимальная суммарная пропускная способность составит почти 300 тысяч автомобилей в час, или 7 миллионов легковых автомобилей в сутки, что примерно в четыре раза выше максимальной пропускной способности всех 16-ти радиальных наземных магистралей в настоящее время. Следует отметить, что при необходимости несложно нарастить надземную магистраль, увеличив число этажей до 3-х или 4-х или расширить ее, введя несколько дополнительных полос движения на этаже. Несложно также разобрать надземную магистраль, смонтированную из типовых блоков с применением в основном операции свинчивания, и перенести ее на другое место. Шум из закрытых надземных магистралей не выходит наружу, выхлопные газы внутри нейтрализуются очистными установками и не попадают в атмосферу города, то есть новая сеть надземных магистралей является экологически чистой. Кроме того, закрытые от внешней среды полосы движения не подвержены воздействию дождя и снега, находятся примерно в одном температурном режиме и поэтому практически не разрушаются от воздействия внешней среды, в отличие от обычного дорожного покрытия наземных магистралей, то есть ресурс надземных магистралей по сравнению с наземными увеличивается многократно. В дополнение к этому надземная магистраль как бы накрывает сверху наземную магистраль сверху, защищая ее дорожное покрытие в значительной степени от снега и дождя.
При наличии над наземной магистралью надземной магистрали, практически все легковые автомобили из смежных с этим участком сети надземных магистралей секторов могут «уйти» в нее, а наземная магистраль может быть предоставлена для движения грузового и общественного транспорта. Таким образом, улицы и дороги, прилегающих к надземным магистралям секторов в значительной степени освобождаются от «ушедших» в надземную магистраль легковых автомобилей и движение по ним становится более свободным.
Сеть надземных магистралей с внешними и внутренними въездами-съездами обеспечивает возможность въезда автомобилей для парковки непосредственно снизу на верхнюю площадку надземной магистрали или на ее крылья. В этом случае на одном километре двухэтажной надземной магистрали может быть припарковано порядка 1000 автомобилей, а на всех 16-ти радиальных надземных магистралях от ТТК до МКАД может быть припарковано до 160 тысяч легковых автомобилей, причем себестоимость одного квадратного метра парковочного места составит менее 3 тысяч рублей.
При продлении сети надземных магистралей за черту города на 20-50 км обеспечивается беспрепятственный и быстрый въезд в Москву или выезд из нее практически любого количества легковых автомобилей, в данном случае до 7 млн. автомобилей в сутки, то есть больше не будет проблем с быстрым подъездом к аэропортам, дачам, подмосковным городкам и поселкам.
Что касается возможности беспрепятственного въезда на 16-ть радиальных участков надземных двухэтажных магистралей легковых автомобилей до 300 тысяч автомобилей в час, то широко развитая сеть поперечных улиц и их избыточное для данного случая количество вполне обеспечивают въезд на каждую радиальную надземную магистраль до 18 тысяч автомобилей в час. Для этого необходимо иметь число подъездных дорог и соответственно полос движения с пропускной способностью до 18 тысяч автомобилей в час. При средней пропускной способности одной полосы движения на дорогах со светофорами 500 автомобилей в час на 10 км надземной магистрали от ТТК до МКАД требуется всего лишь 36 примыкающих полос движения - по 18-ть полос с каждой стороны надземной магистрали, тогда как число прилегающих улиц и дорог к радиальной магистрали, как правило, в несколько раз больше. То же относится и к съездам. И даже в случае недостатка подъездных или съездных участков безостановочное движение по надземным магистралям все равно может поддерживаться без сбоев, например, путем временного ограничения въезда автомобилей на магистраль при их переизбытке.
Радиальные надземные магистрали целесообразно для обеспечения возможности быстрого переезда с одного конца города на другой, минуя его центральную часть, пересечь хотя бы двумя кольцевыми надземными магистралями, например, над ТТК и Малым железнодорожным кольцом столицы.
Так как в Москве зарегистрировано около 4 млн. автомобилей и каждый день в столицу въезжает порядка 0,5 млн. иногородних автомобилей, максимальное количество автомобилей, приходящихся на один из 16-ти секторов Москвы с потенциальной возможностью выезда на магистрали за сутки составляет 280 тысяч, хотя практически это количество в несколько раз меньше. И, тем не менее, даже возможность одной радиальной надземной двухэтажной магистрали по максимальной пропускной способности в сутки в полтора раза больше, составляя около 430 тысяч легковых автомобилей в сутки.
Таким образом, при установке над основными радиальными магистралями надземных магистралей на годы вперед решается проблема поддержания в Москве и в ее пригородах скоростного движения без заторов и пробок, несмотря на многомиллионное число имеющихся у населения автомобилей.
На фиг.1 схематично показана радиально-кольцевая сеть надземных магистралей.
На фиг.2 схематично показана сеть пересекающихся под прямым углом надземных магистралей.
На фиг.3 схематично показана сеть пересекающихся под косыми углами надземных магистралей.
На фиг.4 изображена надземная магистраль одностороннего движения в поперечном разрезе по подсекции первого типа типовой секции.
На фиг.5 показано расположение въездных, переходных и съездных дугообразных наклонных полос движения для подъема или съезда транспортного средства, минуя один или несколько этажей трехэтажной надземной магистрали, вид сбоку.
На фиг.6 показано расположение полос движения трехэтажной надземной магистрали одностороннего движения с двумя полосами движения на каждом этаже, вид сбоку.
На фиг.7 показан фрагмент нижнего этажа типовой секции надземной магистрали с двумя полосами одностороннего движения, въездом и съездом и двумя резервными полосами.
На фиг.8 показан в изометрии внешний вид двухэтажной надземной магистрали с внешними въездами, переездными и съездными участками.
Сеть надземных магистралей с переездами между этажами охватывает все сектора города и его пригородов вне зависимости от системы расположения основных магистралей города - радиально-кольцевой или какой-либо иной, так как она расположена над всеми основными магистралями, по которым распределяются и перемещаются все транспортные потоки (фиг.1, 2, 3). Основной функцией сети надземных магистралей для легковых автомобилей является увеличение порога пропускной способности магистральной сети в несколько раз по сравнению с сетью наземных магистралей с исключением возможности возникновений в надземных магистралях заторов и пробок и созданием условий для безостановочного скоростного движения для легковых автомобилей.
При наличии сети надземных магистралей практически все легковые автомобили из смежных с сетью надземных магистралей секторов могут «уйти» в нее, а наземная магистраль может быть предоставлена для движения грузового и общественного транспорта. Таким образом, улицы и дороги, прилегающих к надземным магистралям секторов в значительной степени освобождаются от «ушедших» в надземную магистраль легковых автомобилей и движение по ним становится более свободным.
Для обеспечения быстрого и беспрепятственного перемещения автомобилей с наземных магистралей в надземные, особенно в пунктах пересечения как наземных магистралей с надземными, так и пунктах пересечения надземных магистралей, в этих пунктах могут быть смонтированы дополнительные развязки различных типов.
Конструкция надземных магистралей представляет собой следующее дорожное сооружение.
Надземная магистраль 1 имеет две полосы одностороннего движения на каждом этаже. Она включает в себя опоры 2, 3, дорожное полотно с полосами движения - правой волнообразной 4 и левой одноуровневой 5 (фиг.4, 6), въездной участок 6 и участок съезда 7 на нижнем этаже (фиг.4, 7). Эта конструкция создает возможность внутренних переездов транспортных средств последовательно с одного этажа надземной магистрали на другой. Надземная магистраль 1 выполнена в виде объемной закрытой магистрали с числом этажей от двух до 10. Одна полоса 4 надземной магистрали 1 является двухуровневой, с разницей в один этаж по высоте между этими уровнями. Продольно-горизонтальные участки 9, 10 полосы движения на этих уровнях являются основными для движения транспортного средства и его перестроения на смежную полосу движения одноуровневой полосы движения 5. Полосы движения в каждом вертикальном ряду полос движения параллельны друг другу (фиг.6). Полосы движения установлены на опорах 2, 3 и отделены от внешнего пространства боковой стенкой 8 (фиг.4). Количество этажей - от двух до 10 - позволяют выбирать при строительстве надземных магистралей необходимую этажность в зависимости от условий движения транспортных потоков, причем высота надземной магистрали и соответственно число этажей могут быть изменены в зависимости от изменения условий движения. Конструкция же полос движения надземной магистрали с образованием для транспортных средств возможности внутренних переездов последовательно с этажа на этаж обеспечивает ее основное свойство - безостановочное движение при возникновении препятствий на отдельных участках надземной магистрали 1. Полосы движения 4 имеют одинаковую, периодически повторяющуюся конфигурацию - волнообразную с уплощением. Соседние полосы 4, 5 в каждом вертикальном ряду состыкованы на каждом этаже на участках 9, 10 волнообразной полосы движения 4 (фиг.4, 6); этаж типовой секции включает отрезок полосы движения с двумя продольно-горизонтальными участками 9, 10 и двумя пологими переходными к ним участками - вогнуто-выпуклым подъемом 11 и выпукловогнутым спуском 12 (фиг.4) волнообразной полосы 4 и отрезок одноуровневой полосы 5. С торцевых кромок нижнего продольно-горизонтального участка 13 нижнего этажа Надземной магистрали 1 на дорожное полотно на уровне земли выведены въездной 6 и съездной 7 участки (фиг.7). На этой же фигуре показаны резервные полосы 14, предназначенные для совершения маневров при различных дорожных ситуациях. Расширение этажей надземной магистрали с созданием дополнительных площадей по краям на одном, нескольких или всех этажах позволяет использовать их не только для движения транспортных средств, но и для парковки последних. Причем парковочные места могут размещаться не только на боковых крыльях надземной магистрали, но и на верхней ее площадке.
В качестве примера отметим, что радиус кривизны как выпуклых, так и вогнутых участков во избежание ощутимых перегрузок, то есть не более 12%, должен составлять не менее 500 метров.
Надземные магистрали могут располагаться по оси автомобильной или железной дороги или на обочине той или иной дороги, а также могут быть самостоятельными трассами.
Общее количество полос движения определяется числом этажей в надземной магистрали и шириной этажа.
В продольном направлении надземная магистраль состоит из однотипных секций. Каждая секция содержит в продольном направлении четыре подсекции.
Нечетная подсекция первого типа представляет собой многоэтажную конструкцию из параллельно расположенных этажей над дорожным полотном. Каждый этаж содержит два состыкованных продольно-горизонтальных участка - один 10 относится к волнообразной полосе движения 4, а второй, соответствующий участку 10 по длине, относится к одноуровневой полосе движения 5 (фиг.4, 6, 7). Межэтажное расстояние составляет величину, достаточную для свободного проезда автомобилей, в частности, в эстакаде для легковых автомобилей межэтажное расстояние составляет порядка 2,5 метров. Протяженность подсекции первого типа - около 400 метров.
Следующая стыковочная подсекция второго типа представляет собой так же конструкцию из параллельно расположенных в каждом вертикальном ряду этажей. Каждый этаж, начиная со второго, включает пологий переходной участок правой полосы движения 4 - подъем 11 - с разделителем (не показан) между волнообразной полосой движения 4 и одноуровневой полосой движения 5. Межэтажное расстояние такое же, как в подсекции первого типа. Угол наклона этого участка 11 составляет 2°. Пологий переходной участок 11 своей кромкой выведен на уровень следующего этажа (фиг.4, 6). В частности, в надземной магистрали для легковых автомобилей длина подсекции второго типа, или протяженность каждого пологого переходного участка полосы движения - порядка 100 метров. Нижний этаж подсекции второго типа отличается от последующих ее этажей только тем, что переходной участок одностороннего движения типовой секции опущен на дорожное полотно и является въездным участком 6 (фиг.4, 6, 7). С противоположной стороны на дорожное полотно выведен съездной участок 7 (фиг.6, 7).
Остальные участки подсекции второго типа являются отрезками левых одноуровневых полос движения 5.
Следующая нечетная стыковочная подсекция третьего типа аналогична подсекции первого типа, но с тем отличием, что на каждом этаже уровень продольно-горизонтального участка полосы движения 4 смещен вверх на расстояние в один этаж и этот участок 9 состыкован торцом с соответствующим пологим участком 11 полосы движения подсекции второго типа (фиг.6).
Следующая стыковочная подсекция четвертого типа аналогична подсекции второго типа, но с тем отличием, что на каждом этаже угол наклона переходного участка 12 полосы движения 4 сменен на противоположный и пологий переходной участок 12 выведен на уровень полос движения 4 подсекции первого типа следующей типовой секции (фиг.6).
Далее надземная магистраль 1 составлена из подобных секций.
В качестве примера рассмотрим надземную магистраль 1 в поперечном разрезе (фиг.4). Надземная магистраль 1 представляет собой для подсекции первого типа каркас, состоящий в поперечном разрезе из двух вертикальных опор 2 и поперечных опор 3, крепящихся на вертикальных опорах 2. Расстояние между вертикальными опорами 2, которые могут быть выполнены в виде столбов или ферм, соответствует ширине двухполосного полотна движения, то есть для надземной магистрали с движением легковых автомобилей - около 6-ти метров. Высота вертикальных опор 2 определяется этажностью надземной магистрали и расположением над дорожным полотном. Если первый этаж надземной магистрали расположен над дорожным полотном на высоте 4-5 метров, то высота 3-этажной надземной магистрали составит около 12 метров. Расстояние между вертикальными опорами 2 вдоль подсекции первого типа того же вида надземной магистрали составляет порядка 6-ти метров. Каждый этаж надземной магистрали 1 опирается на поперечные опоры 3, крепящиеся на вертикальных опорах 2, количество таких поперечных опор 3 соответствует числу этажей. Между поперечными опорами 3 на швеллерах уложено дорожное полотно, представляющее собой металлические рифленые или решетчатые пролеты по шесть метров длиной, а шириной около метра. Дорожное покрытие также может быть выполнено из сталефибробетона и других прочных, легких материалов с хорошим сцеплением с шинами.
Конструкция подсекции второго типа представляет в основе каркас, содержащий в поперечном разрезе две вертикальные опоры 2 и поперечные опоры 3, крепящиеся на вертикальных опорах 2. Расстояние для того же вида надземной магистрали между этими вертикальными опорами около 6-ти метров. Расстояние между каждой парой вертикальных опор 2 вдоль секции второго типа составляет 6 метров. Каждый этаж эстакады опирается на поперечные опоры 3, длиной около 6 метров, крепящиеся на вертикальных опорах 2, количество таких поперечных опор 3 соответствует числу этажей. Переходной участок, или наклонная полоса движения на каждом этаже поддерживается поперечной опорой-перемычкой 3. На поперечные опоры 3 уложено дорожное полотно для полос движения, представляющее собой для того же вида эстакады металлические пролеты по шесть метров длиной и около метра шириной. При этом поперечные опоры 3 между соседними вертикальными опорами 2 крепятся на разных уровнях.
Конструкция подсекции третьего типа аналогична конструкции подсекции первого типа, но с тем отличием, что поперечные опоры 3 находятся на уровне, соответствующем расстоянию в один этаж над подсекцией первого типа.
Конструкция подсекции четвертого типа аналогична конструкции подсекции второго типа, но с отличием в том, что уклон переходного участка 12 полосы движения 4 соответственно изменен на противоположный.
В случае расширения каждого этажа надземной магистрали для создания парковочных мест с каждой стороны надземной магистрали может быть установлен дополнительный ряд вертикальных и поперечных опор (не показано).
Надземная магистраль 1 в зависимости от условий эксплуатации и расположения имеет различные конструкции въездных 6 и съездных 7 участков на дорожное полотно, например, въезд непосредственно с дорожной полосы улицы, съезд на поперечное направление и т.д.
Таким образом, транспортное средство, перемещающееся по волнообразной полосе движения, кроме полосы движения на нижнем этаже, которая связана с дорожным полотном, периодически поднимается на уровень, соответствующий расстоянию между этажами, а затем опускается на предыдущий уровень и тем самым может перестроиться на одноуровневые полосы движения, находящиеся на каждом этаже. Если транспортное средство следует по одноуровневой полосе 5, то оно может перестроиться на один из уровней волнообразной полосы 4 и снова подняться или опуститься на следующий этаж и так далее. То есть, подобным перестроением транспортное средство может последовательно перемещаться с этажа на этаж.
Например, если легковой автомобиль, въехав по пологому въезду 6 на продольно-плоский участок нижнего этажа правой полосы движения, продолжит перемещаться по нему, то он спустится по съезду 7 на дорожное полотно, то есть съедет с надземной магистрали. Если же автомобиль, двигаясь по этому продольно-горизонтальному участку нижнего этажа правой полосы движения 4, перестроится на соседний участок одноуровневой, левой полосы движения 5 и продолжит движение по ней, то, проехав до отрезка, стыкующегося с нижним продольно-горизонтальным участком 10 правой волнообразной полосы движения 4 подсекции первого типа, он может переехать на нее и, продолжая движение по ней, подняться по пологому подъему 11 подсекции второго типа на следующий, верхний, продольно-горизонтальный участок 9 полосы движения 4 подсекции третьего типа и продолжать движение по этой волнообразной полосе или же может переехать на левую одноуровневую полосу движения 5 второго этажа и продолжать движение по ней. С этой одноуровневой полосы движения второго этажа автомобиль также может перейти на любой, стыкующийся с ней нижний продольно-горизонтальный участок 10 правой волнообразной полосы движения 4 следующего уровня и продолжать движение по ней, либо снова на любом верхнем участке этой волнообразной полосы движения переехать на левую одноуровневую полосу движения 5 уже третьего этажа и так далее. Подобным же образом он может спуститься вниз и съехать с надземной магистрали.
Это также означает, что, при движении на скорости 30-90 км/час, а предпочтительно на скорости в интервале от 60 км/час до 90 км/час, по одной из полос движения надземной магистрали, транспортное средство при том или ином заторе (ремонт, авария и т.п.) на этой полосе может загодя перестроиться на другую - свободную полосу движения этого или другого этажа. Таким образом, обеспечивается непрерывность движения на надземной магистрали, без образования заторов и пробок.
Вместе с внутренними переездами в надземной магистрали используются и внешние переезды для транспортных средств, в результате чего появляется, например, возможность быстрого въезда автомобилей с улицы сразу на верхний этаж надземной магистрали для их дальнейшего движения или парковки на этом этаже. Точно так же автомобили могут быстро съезжать с того или иного этажа, а также переезжать с этажа на этаж. Последнее предполагает сравнительно недолгий процесс заполнения всего объема надземной магистрали автомобилями в случае пиковых нагрузок магистралей.
Для этого случая надземная магистраль 1 с полосами одностороннего движения (фиг.5, 6), содержит въездные участки 6 и участки съезда 7, которые могут быть выполнены в виде дугообразных наклонных полос движения (фиг.5, 8), причем в предпочтительном варианте эти полосы закрыты с боков и сверху и напоминают изогнутые объемные рукава (фиг.8). Этажи надземной магистрали 1 могут соединяться между собой с внешней стороны переходными участками 15 с дугообразными наклонными полосами движения (фиг.5, 8), причем в предпочтительном варианте эти полосы закрыты с боков и сверху и напоминают изогнутые рукава (фиг.8).
Безостановочное движение, даже при возникновении препятствий на отдельных участках надземной магистрали, обеспечивается возможностью переезда транспортного средства как на соседнюю полосу движения или на другие этажи надземной магистрали 1, как по внутренним переездам в силу указанной конфигурации и расположения полос движения, так и внешним переездам в виде переходных рукавов 15, регулярно размещенных с внешних сторон надземной магистрали 1 (фиг.5, 8).
Въездные участки 6 и участки съезда 7 так же регулярно размещены по бокам надземной магистрали 1 (фиг.5, 8).
Надземная магистраль 1 в зависимости от условий эксплуатации и расположения имеет различные конструкции въездных 6 и съездных 7 участков на дорожное полотно, например, въезд непосредственно с дорожной полосы улицы, съезд на поперечное направление и т.д.
Для обеспечения безопасности движения боковые поверхности 8 надземной магистрали 1 могут быть защищены жесткими противоударными конструкциями.
Последний этаж на расстоянии около 2,5 метров сверху от полос движения надземной магистрали покрыт жесткой плоской конструкцией, на которой могут парковаться автомобили.
Таким образом, автомобиль может въехать в соответствии с передаваемой информацией о плотности движения на этажах эстакады на этаж с наименьшей плотностью движения и перемещаться, например, по гладкой одноуровневой полосе движения со скоростью 60-90 км/час до момента съезда с надземной магистрали. При этом, в случае аварии на одной из полос движения или обеих полосах на каком-то этаже, автомобиль может объехать место аварии, заранее перейдя по одному из переходных участков на другой этаж с нормальными условиями движения.
Конструктивные особенности надземных магистралей, предпочтительно составленных из металлических типовых блоков на основе металлопроката, предполагают изготовление всех элементов надземной магистрали в промышленных условиях. Поэтому все строительно-монтажные работы, в основном сборочные и сварочные, за исключением подготовки грунта для вертикальных опор, производятся на местах сооружения надземных магистралей. Монтаж надземной магистрали производят над действующими магистралями, либо над любыми земельными участками. Собрать одну типовую секцию надземной магистрали предпочтительно с применением технологии свинчивания элементов, в данном примере 1 км длиной, состоящую из четырех различных подсекций, при наличии необходимого оборудования и специалистов можно в течение 3-х месяцев. Соответственно удесятирение оборудования и числа специалистов предполагает строительство десятикилометрового участка надземной магистрали так же за три месяца.
Конструктивное исполнение надземной магистрали предполагает ее эксплуатацию в различных климатических условиях. При этом закрытые со всех сторон полосы движения от воздействия различных факторов окружающей среды практически не разрушаются, а возможная фильтрация воздуха с примесью выхлопного газа внутри надземной магистрали позволяет сделать закрытые надземные магистрали экологически чистыми. Шум так же, как и выхлопные газы практически не выходит за пределы объема надземных магистралей, что немаловажно для городских жителей.
Аналогичным образом еще более легкие надземные магистрали могут быть использованы для велосипедов и других мускульных средств передвижения, тяжелые - для грузовиков и автопоездов.
Кроме этого надземные магистрали могут комбинироваться, например, по бокам надземной магистрали для легковых автомобилей могут быть смонтированы закрытые секции для движения велосипедов, что обеспечит круглогодичное, безопасное перемещение велосипедистов вне контакта с автомобилями и пешеходами в достаточно теплом и сухом помещении по сети надземных магистралей города и его пригородов.
Охват сетью надземных магистралей всех секторов города и его пригородов позволяет использовать ее для сравнительно недорогого и безопасного проведения различных коммуникаций.