МНОГОУРОВНЕВАЯ МАГИСТРАЛЬ-ЭСТАКАДА ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И ПЕРЕДАЧИ ТРАНСПОРТИРУЕМЫХ СРЕД
MULTILEVEL TRUNK ROAD-VIADUCT FOR VEHICLES TRAFFIC AND TRANSFER OF CARRIED MEDIA

Изобретение относится к области конструирования и установки эстакад для безостановочного движения транспортных средств различного типа на разных уровнях. Конструкция может применяться для движения легковых автомобилей, для движения грузовых автомобилей, для движения железнодорожных составов или автопоездов. Вместе с тем находящиеся над поверхностью земли элементы конструкции магистрали-эстакады приспособлены для проводки линий связи, энергоносителей, а опоры магистрали-эстакады и другие элементы ее конструкции являются элементами конструкции линии электропередачи (ЛЭП), в связи с чем это компактное сооружение может служит единым коридором для одновременного перемещения транспортных потоков, передачи энергии, энергоносителей и информации по линиям связи.
Известна эстакада для перемещения транспортных средств на разных уровнях (патент РФ на полезную модель №105628). Она включает в себя опоры, по крайней мере, две полосы одностороннего движения, участки въезда и съезда. К крайним полосам движения на том или ином этаже многоэтажной эстакады с внешней стороны с дорожных наземных полос движения, а также от одного этажа к другому подведены дугообразные наклонные полосы движения для въезда и съезда с эстакады транспортных средств, а также для их переезда с одного этажа на другой.
Недостатком этого технического решения является то, что оно предназначено в своем наиболее оптимальном варианте для облегченного движения только легковых автомобилей, что может быть наиболее эффективным для больших городов, но не для переброски значительных грузов, энергоносителей и т.д. на большие расстояния.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является эстакада для перемещения и размещения транспортных средств на различных уровнях (международная заявка WO 2011/068430), включающая в себя опоры, по крайней мере, три полосы одностороннего движения, участки въезда и съезда. В нее введены как внешние, так и внутренние переезды для транспортных средств, причем внешние переезды установлены так, что к крайним полосам движения на том или ином этаже многоэтажной эстакады с внешней стороны с дорожных наземных полос движения, а также от одного этажа к другому подведены дугообразные наклонные полосы движения для въезда и съезда с эстакады транспортных средств, а также для их переезда с одного этажа на какой-либо другой, внутренние переезды для перемещения транспортных средств последовательно с этажа на этаж выполнены за счет введения наряду, по крайней мере, с двумя одноуровневыми полосами движения, находящимися одна над другой и параллельными друг другу, смежной с ними волнообразной полосы движения с уплощением.
Недостатком этого технического решения является то, что оно предназначено преимущественно для движения однотипных транспортных средств и его сложно использовать для эффективного перемещения в одном объеме, но на разных уровнях как грузовых, так и легковых автомобилей, а также для движения вместе с тем в этом же объеме магистрали-эстакады автопоездов или железнодорожных составов.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение непрерывного совместного перемещения между городами, странами и континентами практически неограниченного количества наземных транспортных средств различного типа, в том числе грузовых и пассажирских поездов, автопоездов, легковых и грузовых автомобилей, с высокой скоростью в заданном направлении, а также обеспечение транспортировки в объеме конструкции, то есть с соответствующей защитой, энергоносителей, линий связи, а также транспортировки электроэнергии с соблюдением максимально возможной надежности конструкции в любое время года, практически по любой местности, в частности по вечной мерзлоте, болотам, пескам, шельфу и т.д., за счет свайной конструкции магистрали-эстакады с применением, в частности, в качестве свай пустотелых металлических столбов-опор, а также с соблюдением экологической чистоты местности там, где это необходимо, и при минимально возможном сечении занимаемого магистралью коридора от поверхности земли до крыши, составляющего, например, для односторонней двухэтажной магистрали с шестью полосами движения порядка 15-20 метров в ширину и порядка 15 метров в высоту, а для односторонней двухэтажной магистрали с четырьмя полосами движения порядка 12-18 метров в ширину и порядка 15 метров в высоту.
Техническим результатом технического решения является: объединение в едином компактном и защищенном от воздействия окружающей среды коридоре транспортных потоков с транспортируемыми средами, такими как энергоносители, проводная электроэнергия, информация, транспортируемая по линиям связи; обеспечение проводки и разводки многоуровневых магистралей-эстакад практически над любым пространством и по любой местности, в частности и там, где затруднительна или невозможна была бы прокладка дорог, например болота, вечная мерзлота, мелководье и т.п.; обеспечение однотипности конструкций всех участков магистрали-эстакады для их быстрой сборки, установки или трансформирования; повышение пропускной способности всех участков магистрали-эстакады - 10 тысяч грузовых и легковых автомобилей в час (240000 автомобилей в сутки) на пяти полосах движения, расположенных на двух этажах магистрали-эстакады с односторонним движением и 16 тысяч автомобилей в час (400000 автомобилей в сутки) на восьми полосах движения трехэтажной магистрали-эстакады с односторонним движением, что при двустороннем движении составляет около 0,8 миллиона грузовых и легковых автомобилей в сутки; обеспечение возможности безостановочного и высокоскоростного перемещения пассажирских и грузовых железнодорожных составов или автопоездов с минимально возможными интервалами, которые самой конструкцией отделены от окружающей среды, населения, пересечений с другими дорогами и т.п.; обеспечение практически любых стабильных грузо- и пассажиропотоков между крупными городами, а также и регионами; снижение числа аварий, ремонтно-эксплуатационных работ на трассе; увеличение пропускной способности конструкции в случае необходимости за счет наращивания этажности конструкции, обеспечение для автомобилей безостановочного движения с обходом мест ремонта или аварий по резервно-техническим полосам движения или другим этажам на участках магистрали-эстакады; обеспечение возможности въезда с прилегающих дорог сразу на верхние этажи магистрали-эстакады, а также съезда с любого этажа магистрали-эстакады на наземные дороги; обеспечение переезда с одного этажа эстакады на другой; удержание процесса непрерывного движения автомобилей в избранном интервале скоростей, например 40-100 км в час, на полосах движения магистрали-эстакады; обеспечение в объеме одного сооружения движения на разных уровнях или по различным полосам железнодорожных составов или составных автопоездов, грузовых автомобилей, легковых автомобилей; обеспечение установки магистралей-эстакад как для двустороннего движения, так и раздельных магистралей-эстакад одностороннего движения в зависимости от меняющихся условий трассы; максимально возможное повышение степени безопасности дорожного движения вследствие полного разделения пешеходов и транспортных средств, понижение шума и загрязнения воздуха, многократное повышения ресурса всех участков магистрали-эстакады за счет изоляции полос движения от действия климатических факторов и воздействия неблагоприятных сред, а также многократное удешевление прокладки и эксплуатации этой единой транспортной и транспортирующей магистрали по сравнению с прокладкой и эксплуатацией отдельных автомагистралей, железных дорог, ЛЭП, линий связи, трубопроводов и т.п.; возможность обеспечения движения транспортных средств в замкнутом пространстве магистрали-эстакады без участия водителей.
Технический результат достигается тем, что многоуровневая магистраль-эстакада для перемещения транспортных средств и передачи транспортируемых сред включает в себя опоры, полосы движения, участки въезда и съезда на этажи магистрали-эстакады, переезды транспортных средств между этажами, первый этаж включает в себя, по крайней мере, одну полосу для движения автомобилей и, по крайней мере, включает в себя полосу для движения грузовых и пассажирских составов, причем, по крайней мере, две другие полосы первого этажа являются резервно-техническими, по крайней мере, одна из резервно-технических полос первого этажа соединена с одной из резервно-технических полос следующего этажа, который содержит, по крайней мере, две полосы движения для автомобилей и, по крайнем мере, две резервно-технических полосы, причем на элементах конструкции магистрали-эстакады установлены линии, транспортирующие среды.
Кроме того, внутренние переезды для перемещения транспортных средств последовательно с этажа на этаж выполнены в виде волнообразных полос с уплощением и каждая волнообразная полоса имеет переездные пологие участки между соседними продольно-горизонтальными участками, расстояние по вертикали между обоими, верхним и нижним, продольно-горизонтальными участками каждой волнообразной полосы движения магистрали-эстакады составляет межэтажный размер, каждая из полос в соседнем вертикальном ряду является одноуровневой и состыкованной на своем этаже последовательно соответственно с верхними и нижними продольно-горизонтальными участками волнообразных полос движения соседнего ряда.
Кроме того, полоса движения для грузовых и пассажирских составов в виде железнодорожной колеи имеет регулярные отводы на смежную ей резервно-техническую полосу движения.
Кроме того, внешние переезды между этажами, выполненные в виде дугообразных наклонных полос и полосы верхнего этажа магистрали-эстакады, закрыты сверху и по бокам.
Кроме того, уклон каждого внутреннего пологого переездного участка к соответствующему продольно-плоскому участку полосы движения составляет не более 2°.
Кроме того, типовая секция магистрали-эстакады включает, по меньшей мере, два вертикальных ряда этажей с полосами движения - волнообразной и одноуровневой, причем каждая волнообразная полоса движения содержит верхний и нижний продольно-горизонтальные участки и два пологих переездных к ним участка - вогнуто-выпуклый подъем и выпукло-вогнутый спуск, а каждый отрезок одноуровневой полосы является гладким.
Кроме того, типовые секции магистрали-эстакады изготовлены из металлопроката, а опоры выполнены в виде пустотелых металлических труб.
Кроме того, опоры и секции магистрали-эстакады изготовлены с применением бетонных и металлических конструкций.
Кроме того, две магистрали-эстакады одностороннего движения объединены в одну магистраль-эстакаду двустороннего движения.
Кроме того, на элементах конструкции магистрали-эстакады установлены линии электропередачи, нефте- и газотрубопроводы, линии связи.
В результате в закрытом сверху и по бокам, а также отделенном от поверхности земли компактном и надежном транспортном и транспортирующем коридоре на разных уровнях обеспечивается беспрепятственное движение всех основных наземных транспортных средств без прямого контакта с окружающей средой, населением, другими транспортными трассами, а также передача энергоносителей, электроэнергии, информации. Причем этот коридор с двустороннем движением в ширину в среднем занимает несколько десятков метров, не затрагивая близлежащую местность, а влияние этого закрытого коридора на чистоту и безопасность окружающей среды, особенно если объемы магистрали-эстакады очищаются нейтрализаторами-конвертерами, минимально возможно. Поскольку выделяющееся при движении транспорта тепло не дает воздуху внутри магистрали-эстакады охладиться до низких температур, постольку сильные морозы не могут повлиять на движение транспортных средств, а снег на крыше магистрали-эстакады не накапливается. Свайный метод установки подобной магистрали-эстакады позволяет практически не затрагивать при ее монтаже окружающую местность, так как металлоконструкции, другое необходимое оборудование и детали подвозятся последовательно к строящимся участкам по уже установленной платформе за агрегатом, вбивающим сваи, и, таким образом, по мере продвижения этого агрегата, за ним сравнительно быстро вырастает дорожное сооружение, поскольку оно собирается из готовых металлических и/или железобетонных блоков. Свайной магистрали-эстакаде не мешает наличие болот, вечной мерзлоты, поскольку трубы-сваи углублены до уровня твердого грунта или до грунта, который летом не тает, что делает максимально надежной устойчивость сооружения независимо от времени года, климатических условий, землетрясений, наводнений и т.п. в отличие от проложенных по насыпям на неустойчивых грунтах авто- и железных дорог.
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, где для них на металлической платформе выделены соответствующие полосы движения, как минимум одна для грузовиков, другая - для авто- и/или железнодорожных поездов, причем по каждому краю полос движения размещена резервно-техническая полоса, служащая не для проезда, а в качестве буфера. Грузовики сначала без задержек въезжают на эту буферную 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. В случае авто- и железнодорожных поездов резервно-техническая полоса служит перроном при остановках на станциях, погрузке-разгрузке прицепов или вагонов, устранении аварий и т.п., кроме того, через нее может производиться въезд поездов на полосу движения и съезд с нее, причем для организации безостановочного потока поездов по предназначенной для них полосе движения остановки поездов производятся на регулярных отводах от полосы движения на резервно-техническую полосу, что позволяет свести интервалы между составами до предельно возможного минимума. 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, переезда на другие этажи, а также при объезде мест аварий или ремонта. 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.
Многоуровневая магистраль-эстакада 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.
Размещение всех полос движения эстакады в закрытом объеме 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.
Подобные многоуровневые магистрали-эстакады для вновь прокладываемых дорожных трасс делают ненужным строительство обычных дорог с формированием дорогостоящего многослойного дорожного полотна и его последующий дорогостоящий ремонт, причем устанавливать магистрали-эстакады можно на низкой высоте над самой поверхностью земли, поднимая их уровень только при пересечениях 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.
Многоуровневая магистраль-эстакада или не требует дополнительного землеотвода, или потребность в нем минимальна и может быть проведена практически везде без создания помех окружающей среде или городскому экстерьеру.
Предложенная 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 городских магистралей 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.
Использование подобных компактных транспортно-транспортирующих коридоров на больших расстояниях многократно дешевле как по прокладке, так и по эксплуатации, чем прокладка и эксплуатация отдельных автомагистралей, железных дорог, ЛЭП, линий связи, трубопроводов и т.п. Кроме того, замкнутое пространство магистрали-эстакады позволяет организовать с применением уже известных средств движение автомобилей и поездов без участия водителей.
Компактное и надежное совмещение транспортных потоков и транспортируемых сред позволяет не только в сотни раз удешевить соответствующий коридор, например, при его строительстве между Россией и США с проводкой его по болотам, вечной мерзлоте и под водами Берингова пролива, не только обеспечить быструю, безопасную и надежную переправку грузов, доставку энергоносителей, электроэнергии и информации, но и быстро обеспечивать ремонт любых участков трубопроводов, ЛЭП, линий связи благодаря связанности всех систем магистрали-эстакады. В частности, наличие нескольких транспортных линий позволяет быстро доставлять любое ремонтное оборудование независимо от погодных условий и, наоборот, транспортные линии снабжаются при необходимости дополнительной энергией и информацией.
Магистраль-эстакада может быть на отдельных участках - там, где необходимо обеспечить экологическую чистоту трассы, оснащена мощными нейтрализаторами-конвертерами, которые преобразуют вредный выхлопной газ от автомобилей в воздухе объема магистрали-эстакады в нейтральные компоненты, то есть не дают выхлопному газу выйти как за пределы объема эстакады, так загрязнять ее внутренний объем.
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.
На фиг.1 показаны в изометрии фрагмент первого этажа и фрагмент второго этажа многоуровневой магистрали эстакады одностороннего движения, содержащие внешние въезды на этажи эстакады и съезды с них в виде дугообразных наклонных полос, внутренний переезд для въезда на эстакаду, съезда с нее и для перемещения транспортных средств последовательно с этажа на этаж в виде волнообразной полосы с уплощением, а также расположение полос движения, резервно-технических полос, трубопроводов для энергоносителей, линий связи, линии электропередачи в объеме единой конструкции.
На фиг.2 показаны в изометрии фрагмент первого этажа и фрагмент второго этажа многоуровневой магистрали эстакады одностороннего движения, содержащие внешние въезды на этажи эстакады, переезды с этажа на этаж и съезды с них транспортных средств в виде дугообразных наклонных полос, а также расположение полос движения, резервно-технических полос, трубопроводов для энергоносителей, линий связи, линии электропередачи в объеме единой конструкции.
На фиг.3 схематично показано взаимное расположение волнообразной полосы с уплощением, используемой в многоуровневой магистрали-эстакаде для въезда транспортных средств на эстакаду, съезда с нее, последовательного переезда с этажа на этаж эстакады, и одноуровневых полос движения, смежных с уплощенными верхним и нижним участками волнообразной полосы, вид сбоку.
На фиг.4 схематично показано расположение въездных, межэтажных переездных и съездных дугообразных наклонных полос соответственно для подъема, переезда или спуска транспортных средств, минуя один или несколько этажей трехэтажной эстакады, вид сбоку.
Многоуровневая магистраль-эстакада по конструкции представляет собой единое компактное свайное сооружение на основе металлопроката или для ряда местностей железобетона или комбинации металлопроката и железобетона, включающее в себя безостановочную транспортную магистраль с выделенными линиями для перемещения легковых автомобилей, грузовых автомобилей, грузовых и пассажирских составных поездов на тех или иных уровнях, а также включающее в себя системы передачи таких транспортируемых сред, как нефть, газ, электроэнергия, информация в виде закрепленных на каркасе магистрали-эстакады трубопроводов и проводных линий. На платформах магистрали-эстакады также могут устанавливаться газоперекачивающие станции, вертолетные площадки, а также другие технические сооружения и службы. Все системы находятся в сравнительно небольшом по сечению замкнутом объеме, который при наличии нейтрализующих выхлопные газы установок содержится чистым и не воздействует вредным образом на окружающую среду. Подобное единое сооружение создает многофункциональный узкий коридор, заменяющий широкий и дорогостоящий транспортный коридор, в который входят отдельные автономные автомагистрали, железные дороги, трубопроводы для энергоносителей, линии связи и электропередач, к тому же подверженные в силу их открытости различным негативным внешним воздействиям, что делает их зачастую ненадежными и опасными для эксплуатации.
Многоуровневая магистраль-эстакада 1 одностороннего движения с двумя полосами движения 2 для автомобильного транспорта на каждом этаже включает в себя также вертикальные опоры 3, поперечные опоры (не показаны), внешние въезды на этажи эстакады 1 и съезды с них в виде дугообразных наклонных полос, внутренние въезды 4 и съезды 5, внутренние переезды 6 для перемещения транспортных средств последовательно с этажа на этаж эстакады 1 (фиг.1, 3) и внешние подвесные переезды 7 для транспортных средств с этажа на этаж эстакады 1 (фиг.2, 4).
Внутренние переезды 6 выполнены в виде волнообразной полосы с уплощением, причем каждая волнообразная полоса имеет переездные пологие участки между соседними продольно-горизонтальными участками, уклон которых составляет порядка 2°. Расстояние по вертикали между обоими, нижним 8 и верхним 9, продольно-горизонтальными участками каждой волнообразной полосы движения магистрали-эстакады составляет межэтажный размер. Каждая из полос движения 2 в соседнем вертикальном ряду является одноуровневой и состыкованной на своем этаже последовательно соответственно с нижними 8 и верхними 9 продольно-горизонтальными участками волнообразных полос движения соседнего ряда. На первом этаже эстакады 1 также размещена полоса движения для поездов 10, отделенная от полос движения для автомобилей отбойником (не показан). По краю первого этажа эстакады 1 рядом с полосой движения 10 расположена резервно-техническая полоса-перрон 11, через которую на полосу движения для поездов 10 выведена с внешней стороны въездная полоса для поездов 12, на соответствующих участках аналогичным образом от полосы 10 через полосу-перрон 11 с эстакады 1 во внешнюю зону выведена съездная полоса для поездов (не показана) (фиг.1).
В зависимости от условий эксплуатации с противоположной стороны первого этажа по его краю размещена либо внутренняя въездная полоса 4, угол наклона которой составляет 2°, выведенная на продольно-горизонтальную резервно-техническую полосу 13, протяженность которой составляет порядка 400 метров и которая является смежной с крайней полосой движения 2 первого этажа, предназначенной в основном для движения грузовых автомобилей, и в продольной направлении соединена со съездной полосой 5, угол наклона которой составляет 2° (фиг.1), либо внешняя въездная полоса 14, выведенная на резервно-техническую полосу 15, которая состыкована противоположной стороной с крайней полосой движения 2 первого этажа, которая предназначена в основном для движения грузовых автомобилей (фиг.2).
Нижний продольно-горизонтальный участок 8, протяженность которого составляет порядка 400 метров волнообразной полосы внутреннего переезда 6, расположенный по краю первого этажа на той же линии после резервно-технической полосы 13 и над съездной полосой 5, состыкован с крайней полосой движения 2 первого этажа эстакады 1, а верхний продольно-горизонтальный участок 9, протяженность которого составляет порядка 400 метров, этого же периода волнообразной полосы состыкован с крайней полосой движения 2 следующего, второго, этажа. Оба участка 8 и 9 являются резервно-техническими, то есть используются только для переезда с этажа на этаж или объезда мест аварий или ремонта. Далее эта конструкция повторяется, что позволяет изготавливать типовые секции многоуровневой магистрали эстакады 1 для ее быстрой сборки (фиг.1). Отметим, что радиус кривизны как выпуклых, так и вогнутых участков волнообразной полосы с уплощением во избежание ощутимых перегрузок, то есть не более 12%, должен составлять не менее 500 метров. Конструкция с применением волнообразной полосы с уплощением позволяет легко стыковать противоположно направленные магистрали-эстакады и устанавливать таким образом магистрали-эстакады двустороннего движения.
Второй этаж эстакады 1 включает в себя всего три полосы движения 2, используемые в основном для скоростного движения легковых автомобилей, и с противоположного края эстакады 1 еще одну резервно-техническую полосу движения 16, на которую с наземных дорог выведены дополнительные въездные полосы 17 автомобилей и с которой вниз на наземные дороги отведена дополнительная съездная полоса 18. Обе эти дополнительные полосы 17 и 18 целесообразно использовать для быстрого въезда на полосы движения второго этажа легковых автомобилей при необходимости (фиг.1).
На фиг.2 также показаны две дополнительные - въездная 17 и съездная 18 - полосы, использующиеся для непосредственного въезда с наземных дорог на второй этаж и для съезда на наземные дороги с платформы второго этажа эстакады 1 легковых автомобилей, которые во избежание возникновения заторов и аварий сначала из внешнего въезда 17 попадают на находящуюся на краю платформы этажа резервно-техническую полосу 16 и перемещаются по ней до выбора момента удобного переезда на соседнюю полосу движения 2. Точно так же через резервно-техническую полосу 16 во избежание заторов и пробок происходит и съезд автомобилей с полосы движения 2 на наземную дорогу по внешнему съезду 18. Наряду с ними в конструкцию введены внешние переезды 7 в виде подвесных, например на консолях, дугообразных наклонных полос движения, как правило, для переезда легковых автомобилей с одного этажа на другой этаж для перераспределения по этажам при повышенном количестве автомобилей, въезжающих на эстакаду.
Платформы эстакады 1, содержащие полосы движения и резервно-технические полосы, установлены на вертикальных 3 и поперечных опорах (не показаны). Безостановочное движение, даже при возникновении препятствий на отдельных участках эстакады 1, обеспечивается возможностью переезда транспортного средства на резервно-техническую полосу или на другие этажи эстакады 1 по внешним 7 или внутренним 6 переездным участкам (фиг.1, 2).
Въездные участки и участки съезда так же регулярно, как и переездные участки, размещены по бокам эстакады 1 (фиг.1, 2).
Общее количество полос движения определяется числом этажей в эстакаде и шириной этажа. Межэтажное расстояние составляет величину, достаточную для свободного проезда автомобилей, грузовых и пассажирских составов, ширина каждой полосы движения и каждой резервно-технической полосы эстакады составляет не менее трех метров.
Эстакада 1 представляет собой каркас, состоящий в поперечном разрезе из нескольких вертикальных опор 3, число которых зависит от ширины, высоты эстакады, а также от массы перемещающихся грузов и поперечных опор, крепящихся на вертикальных опорах.
Предлагаемая свайная конструкция эстакады в два этажа с использованием в качестве опор-свай пустотелых металлических вертикальных столбов является не только устойчивой при любых климатических условиях на любых грунтах, таких как болота, вечная мерзлота, шельфовые участки, не пригодных или не желательных для магистралей с насыпной основой, но и имеет высокую надежность.
Примером этого может служить двухэтажная эстакада, основным материалом каркаса которой и пролетных участков являются полые трубы и плоские листы черного металлопроката.
2
2
2
Высокопрочная сталь имеет предел прочности порядка 2300 н/мм. При сечении одного пустотелого столба 2000 мм и соответственно трех столбов-опор - 6000 мм масса металлических пролетов, лежащих на этих трех столбах 3, шириной 18 метров, длиной 6 метров и толщиной 0,02 метра, составляет порядка 16 тонн. Масса самого толстослойного дорожного покрытия из бетона составляет при его толщине 10 сантиметров 20 тонн. Суммарная масса труб диаметром два метра, по которым непрерывно перекачивается нефть 19 и газ 20, закрепленных под платформой первого этажа, составляет в сумме 21 тонну. Масса отбойника (не показан) между полосой движения для поездов 10 и смежной с ней полосой движения для грузовиков 2 высотой два метра и толщиной 4 сантиметра составляет 4 тонны. Максимально возможная масса груза, который может одновременно находиться на данном шестиметровом продольном отрезке всех пяти полос в виде легковых автомобилей, частично грузовиков и вагонов, находящихся на первом этаже, составляет 30 тонн. Общая масса, находящаяся на первом этаже и приходящаяся на опоры-столбы 3, составляет 91 тонну.
Масса металлических пролетов второго этажа шириной 18 метров, длиной 6 метров и толщиной 0,01 метра составляет порядка 8 тонн. Масса аналогичного дорожному покрытию первого этажа бетонного покрытия второго этажа составляет 20 тонн. Масса ограждения, легкой пластиковой крыши - 2 тонны. Максимально возможная масса груза, который может одновременно находиться на данном отрезке всех пяти полос в виде легковых автомобилей, находящихся на втором этаже, составляет 10 тонн. Общая масса конструкций и автомобилей второго этажа составляет порядка 40 тонн.
2
Таким образом, полная нагрузка на столбы-опоры составляет 131 тонну. Отсюда нагрузка на каждый мм сечения трех столбов-опор составляет около 218 ньютонов. Таким образом, конструкция имеет 11-кратный запас прочности, что позволяет, например, на том же основании смонтировать дополнительно третий этаж при необходимости и т.д.
Высота вертикальных опор 2 определяется этажностью эстакады и расположением над дорожным полотном. Если первый этаж эстакады расположен над дорожным полотном на высоте 2 метров, высота первого этажа с учетом проводки по нему поездов составляет 8 метров, а высота второго этажа до крыши составляет 4 метра, то высота этой конструкции над землей составит около 14 метров. Расстояние между вертикальными опорами 3 вдоль эстакады составляет порядка 6-ти метров. По ширине на 18 метров платформы эстакады установлено три столба-опоры. Таким образом, на 1000 метров эстакады с односторонним движением приходится примерно 500 вертикальных опор-столбов. В сооружении могут также использоваться длинномерные конструкции и пилоны. Каждый этаж эстакады опирается на поперечные опоры, крепящиеся на вертикальных опорах 3, количество таких поперечных опор соответствует числу этажей. Между поперечными опорами на швеллерах уложено дорожное полотно, представляющее собой металлические пролеты по шесть метров длиной, а шириной около метра. Основным материалом, из которого изготавливаются блоки и элементы эстакады-магистрали, является металлопрокат. Могут также использоваться железобетонные конструкции, а для дорожного покрытия металлических пролетов вместо сравнительно толстого слоя бетона, утяжеляющего конструкцию, могут применяться тонкие слои сталефибробетона, углепластика, стеклопластика и других современных материалов.
Эстакада 1 в зависимости от условий эксплуатации и расположения имеет различные конструкции въездных 4 и съездных 5 участков на дорожное полотно, например въезд непосредственно с дорожной полосы наземной трассы, съезд на поперечное направление и т.д.
В многоуровневой магистрали-эстакаде 1 для грузовых автомобилей, легковых автомобилей, пассажирских и грузовых поездов для создания не только единого транспортного коридора, но и объединенного с ним коридора для транспортируемых сред в виде энергоносителей, электроэнергии, информации часть элементов конструкции эстакады состыкована с трубопроводом 19 для перекачки нефти, трубопроводом для перекачки газа 20, закрепленными под платформой первого этажа эстакады 1 без контакта с поверхностью земли. Оптоволоконная линия связи в соответствующей оболочке 21 также может быть закреплена под платформой первого этажа эстакады 1, а линия электропередачи 22 может быть установлена с использованием верхней части столбов-опор 3 эстакады 1. Отдельные участки магистрали-эстакады могут быть оснащены мощными конвертерами-нейтрализаторами, очищающими воздух внутри закрытого объема эстакады.
Магистраль-эстакада - это сравнительно небольшое в сечении сооружение, заменяющее собой целый ряд отдельных транспортных и транспортирующих магистралей, веток и линий, которое может быть проведено по ранее недоступным территориям, а также может быть проведено не только по поверхности земли или мелководью, но и по сравнительно узким ущельям, внутри горных туннелей и туннелей, проложенных под водой, например под морскими проливами, реками - там, где затруднительно или невозможна надземная проводка трассы.
Для обеспечения безопасности движения боковые поверхности эстакады защищены жесткими противоударными конструкциями, а сама эстакада может быть с боков и сверху закрыта огнеупорными материалами из стеклопластика. Полоса движения или путь для пассажирских и грузовых поездов в целях безопасности отделены от полос движения для автомобилей двухметровым стальным отбойником толщиной не менее 4 сантиметров.
Практическая непрерывность движения пассажирских и грузовых железнодорожных составов по магистрали-эстакаде обеспечивается с помощью регулярных отводов железнодорожной колеи 10 на резервно-техническую полосу 11 для необходимых остановок поездов на ней, чтобы не создавать препятствий прохождению других поездов по основной полосе движения 10. В случае необходимости создания парковочных мест с каждой стороны эстакады, установки оборудования для газоперекачивающих станций и т.п. платформы эстакады могут быть расширены или оборудование может быть установлено на верхней площадке, закрывающей второй этаж.
Въезд на многоуровневую магистраль-эстакаду 1 и проезд по ней транспортных средств производят следующим образом.
Грузовые или пассажирские поезда, это могут быть как железнодорожные составы, так и автопоезда, въезжают на полосу движения 10 по въезду 12 через резервно-техническую полосу - перрон 11. По полосе движения 10 они могут двигаться с минимально возможными интервалами, поскольку никаких препятствий в виде, например, переездов не имеется, кроме поезда, следующего впереди. Остановка поездов производится не на полосе движения 10 магистрали-эстакады, а только после съезда с нее по одному из регулярных отводов на резервно-техническую полосу 11, в связи с чем поток поездов на полосе движения не прерывается.
Грузовые автомобили въезжают на первый этаж эстакады по внутреннему въезду 4, проезжают по резервно-технической полосе 13, переезжают на ближайшую полосу движения 2 и следуют по ней или по соседней полосе движения 2. При невозможности переехать с полосы 13 на ближайшую полосу движения 2 автомобиль, продолжая движение по резервно-технической полосе 13, съедет на наземную дорогу по внутренней съездной полосе 5. Грузовой автомобиль также, проезжая по смежной с резервно-технической полосой 13 полосе движения 2, имеет возможность в случае, например, высокой плотности движения на первом этаже переехать на находящийся на первом этаже нижний 8 участок волнообразной волосы и далее при движении подняться по пологому подъему на верхний 9 участок волнообразной полосы и с него переехать на соседнюю полосу движения 2 второго этажа, грузовой автомобиль также может, не переезжая на полосу движения 2 второго этажа, съехать по полому спуску на следующий нижний 8 участок волнообразной полосы и снова оказаться на первом этаже, съехав далее с резервно-технической полосы 13 на наземную дорогу или переехав на полосу движения 2 первого этажа (фиг.1). Аналогичным образом по магистрали-эстакаде могут перемещаться и легковые автомобили с той лишь разницей, что первый этаж является более предпочтительным для движения тяжелых грузовиков, а второй этаж более предпочтителен для движения более легкого транспорта. Поэтому в среднем так и происходит, однако при малом числе грузовых автомобилей легковые автомобили могут следовать и по первому этажу, равным образом, при избыточном количестве для первого этажа грузовых автомобилей они могут следовать и по второму этажу. Для того чтобы пропускная способность эстакады не была превышена числом по числу стремящихся на нее автомобилей, необходимо предварительно обеспечить согласование пропускной способности эстакады с пропускной способностью въездов на нее и съездов с нее. Интервал скоростей для автомобилей на эстакаде составляет в его предпочтительном варианте 40-100 км/час и для сохранения безостановочного движения автомобилей на эстакаде (без возникновения заторов и пробок) не следует допускать падения скорости ниже установленного предела, в данном случае 40 км/час, и при снижении скорости транспортного потока до 40 км/час с помощью временной приостановки въезда автомобилей на эстакаду на этом участке до момента увеличивать скорость транспортного потока до определенного предела, например 80 или 90 км/час, и только после этого снова разрешать впуск автомобилей на эстакаду.
Грузовые автомобили могут въезжать на первый этаж эстакады 1 и по внешнему 14 въезду, попадая с него на резервно-техническую полосу 15, которая предназначена только для въезда или съезда автомобилей, а также для объезда мест аварий или ремонта, и далее переезжая на смежную с ней полосу движения 2 и постоянно перемещаясь по ней или следующей полосе движения 2 первого этажа. При необходимости грузовой автомобиль может переехать на второй этаж, съехав с полосы движения 2 на резервно-техническую полосу 15, а уже с нее по внешнему переезду 7 подняться на второй этаж, затем въехать на резервно-техническую полосу 16 второго этажа и по ходу движения, выбрав момент, вклиниться в поток автомобилей на соседней полосе движения 2 второго этажа. Съехать на первый этаж автомобиль может по аналогичному внешнему переезду-спуску (не показан) на резервно-техническую полосу 15 первого этажа и с нее переехать на полосу движения 2 первого этажа. Автомобиль также может съехать со второго этажа непосредственно на наземную дорогу и подняться на него соответственно по внешнему съезду 18 и внешнему въезду 17. Дополнительные въезды сразу на второй этаж магистрали-эстакады предполагают сравнительно недолгий процесс заполнения всего объема эстакады автомобилями в случае пиковых нагрузок магистралей, а дополнительные съезды со второго этажа существенно уменьшают время выезда с эстакады (фиг.2).
Аналогичным образом въезжать на эстакаду, перемещаться по ней и съезжать с нее могут и легковые автомобили с той лишь разницей, что для них, как более легких, предпочтительнее перемещение по второму этажу (фиг.2). Если расчет для тех или иных участков магистрали-эстакады покажет недостаточную пропускную способность полос движения двухэтажной эстакады по количеству стремящихся на эстакаду автомобилей, то этажность эстакады может быть соответственно увеличена.
Таким образом, автомобиль может въехать в соответствии с передаваемой информацией о плотности движения на этажах эстакады на этаж с наименьшей плотностью и перемещаться по полосе движения со скоростью 40-100 км/час до момента съезда с эстакады-магистрали. При этом в случае аварии на одной из полос движения или на обеих полосах движения на каком-то этаже автомобиль может объехать место аварии по резервно-технической полосе или по другому этажу. Тем самым исключается вариант с образованием затора и пробки перед местом аварии.
Конструктивные особенности эстакады предполагают изготовление всех ее элементов в промышленных условиях. Поэтому все строительно-монтажные работы, в основном сборочные и сварочные, за исключением подготовки грунта для вертикальных опор производятся на местах сооружения эстакад. Монтаж эстакады производят над действующими магистралями либо над любыми земельными участками. Собрать фрагмент эстакады несколько километров протяженностью при наличии необходимого оборудования, типовых секций конструкции и специалистов можно в течение нескольких месяцев. Соответственно, при наличии достаточного оборудования, типовых секций и специалистов ускоряется и строительство всей магистрали-эстакады.
Конструктивное исполнение многоуровневой магистрали-эстакады 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 выхлопного газа позволяет сделать закрытые эстакады экологически чистыми. Шум также практически не выходит за пределы объема эстакады, что также немаловажно при проведении магистрали-эстакады через населенные пункты.