Cвайные дорожные сооружения безостановочного движения

Введение

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Такими направлениями могут быть следующие.

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

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

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

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

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

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

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

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

Глава 1

Комбинированная транспортно-транспортирующая магистраль для транспортных коридоров.

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

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

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

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

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

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

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

При перегрузке автотрассы возникают заторы и пробки.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сборка магистрали-эстакады осуществляется, как правило, с применением длинномерных конструкций с малым числом вертикальных опор. Каждый этаж эстакады опирается на продольные и поперечные опоры, крепящиеся на вертикальных опорах. На опоры укладываются пролетные участки из металлических листов-плит. На них в качестве дорожного покрытия на полосы движения автомобилей и буферные полосы наносится сравнительно тонкий слой сталефибробетона (не менее 50 мм). Стальные листы-плиты пролетных участков упрочняются ребрами жесткости (ортотропные плиты). Рельсы для железнодорожных путей укладываются на балочно-неразрезные фермы.

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

Площадь пролетных участков нижнего уровня с учетом внутренних переездов составляет порядка 30000 м². Если по нижнему уровню допускается проезд автобусов и большегрузных автомобилей, то стальные листы-плиты усиливаются. Для этого к нижней поверхности плоского стального листа привариваются продольные и поперечные ребра, имеющие разную жесткость, то есть формируется ортотропная плита, цена которой несколько выше цены плоского стального листа из металлопроката. Железнодорожные пути при их наличии монтируются на балочно-неразрезных фермах.

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

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

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

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

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