Юрий Михайлович Низовцев
Конструкции и методики, исключающие формирование пробок и заторов в условиях города
Таким образом, себестоимость квадратного метра пролетов трех этажей (54000м.кв.) составит $140, а в пересчете только на восемь полос движения шириной 3 метра каждая (24000м.кв.) – $300.
При установке полностью оснащенной трехуровневой магистрали-эстакады, например, в Москве по радиальному направлению от ТТК до МКАД (10км) и дальше – в Подмосковье – на 15 км (общая протяженность 25 км) ее себестоимость составит порядка $177,5 млн.
Сборные стальные пролеты двухэтажной магистрали-эстакады с восемью полосами движения и четырьмя буферными полосами. Методика сборки и экономическая оценка километровой конструкции.
Пролетные участки первого уровня магистрали-эстакады двустороннего движения протяженностью 1000 м в виде стальных листов-плит (6х3х0,008) метра укладываются на стальные двутавровые балки – продольные и поперечные опоры, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм, которые закрепляются на вертикальных опорах – металлических колоннах – высотой от 2 до 4 метров, диаметром 30 см, толщиной стенки 20 мм. Колонны располагаются на расстоянии 50 метров друг от друга продольно и 18 метров поперечно. Еще порядка 2 метров каждой колонны являются частью фундамента. Колонны могут устанавливаться и на основе из нескольких свай.
Площадь пролетных участков первого уровня составляет 18000 м.кв., число стальных листов-плит – 1000. Если по первому уровню допускается проезд автобусов и тяжелогрузных 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.
Масса пролетного участка первого уровня протяженностью 1км и шириной 18 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составляет: 1000м х 18м х 0,008м х 7,8т/м.куб. = 1124 тонны. Площадь пролетного участка – 18000м.кв..
Пролетные участки второго уровня магистрали-эстакады двустороннего движения протяженностью 1000м в виде стальных листов-плит (6х3х0,008) метра укладываются на стальные двутавровые балки-опоры, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм, которые закрепляются на продолжении вертикальных опор высотой 4 метра над первым уровнем эстакады.
Площадь пролетных участков второго уровня составляет 18000 м.кв., число стальных листов-плит – 1000. Масса пролетного участка верхнего уровня протяженностью 1км и шириной 18 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составляет: 1000м х 18м х 0,008м х 7,8т/м.куб. = 1124 тонны. Площадь пролетного участка – 18000м.кв..
Масса обоих пролетных участков протяженностью каждого 1км и шириной каждого 18 метров составляет 2248 тонны. Площадь обоих пролетных участков – 36000м.кв..
Парковочная площадка верхнего уровня магистрали-эстакады двустороннего движения протяженностью 1000м выполнена в виде стальных листов-плит (6 х 3 х 0,008) метра, которые укладываются на стальные двутавровые балки-опоры, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм. Балки-опоры закрепляются на продолжении вертикальных опор высотой 5 метров над первым уровнем эстакады.
Площадь парковочной площадки верхнего уровня составляет 18000 м.кв., число стальных листов-плит – 1000. Масса парковочной площадки верхнего уровня протяженностью 1км и шириной 18 метров при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составляет: 1000м х 18м х 0,008м х 7,8т/м.куб. = 1124 тонны. Площадь площадки – 18000м.кв..
Масса пролетного участка межэтажного переезда протяженностью 150м и шириной 4 метра при толщине стальных листов-плит 0,008м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составляет: 150м х 4м х 0,008м х 7,8т/м.куб. = 37 тонн. Площадь пролетного участка переезда – 600м.кв.. Масса восьми металлических консолей – стальных двутавровых балок длиной 4м каждая, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм составляет 0,7т, поскольку для данного типа двутавровой балки масса балки протяженностью 44,7м составляет 1 тонну. Масса продольной балки длиной 150 м составляет 3 тонны. Общая масса стального межэтажного переезда – 41т. Масса двух переездных участков для перемещения автомобилей с первого уровня на второй и наоборот, устанавливаемых по обеим сторонам эстакады в среднем на один-два километра протяженности, так же как и двух переездных участков с второго уровня на парковочный этаж, составляет 82т, а площадь – 1200 м.
Масса въезда (съезда) с наземного уровня на первый этаж магистрали-эстакады протяженностью 100м и шириной 4 метра при толщине стальных листов-плит 0,008 м и плотности стали 7,8 т/м.куб. составляет: 100м х 4м х 0,008м х 7,8т/м.куб. = 25т. Площадь пролетного участка – 400м.кв.. Масса двух поперечных опор – стальных двутавровых балок длиной 4м каждая, высотой по сечению 200мм, шириной – 100мм составляет 0,2т, поскольку для данного типа двутавровой балки масса балки протяженностью 44,7м составляет 1 тонну. Масса продольных балок длиной 200 м составляет 4 тонны. Общая масса стального въезда (съезда) – 30т. Масса двух въездов (съездов) составляет 60т, а площадь – 800 м.кв.. В среднем для городских магистралей-эстакад въезды (съезды) монтируются на один-два километра протяженности эстакады.
Для парковки легковых автомобилей в ряде мест целесообразно вывести въездные (съездные) участки непосредственно на третий – парковочный уровень. Въездной или съездной участок из металлопроката для соединения наземного уровня с уровнем третьего – парковочного – этажа с перепадом высот порядка 9 метров включает в себя пролетные участки из металлических плит размером 4 на 6 метров и толщиной 0,008 метра, поперечные опоры, столбы-опоры. Протяженность каждого участка соединяющего наземный и третий уровень эстакады порядка 300 метров выбрана из расчета, что при подъеме или спуске уклон не превышал 4%.
Диаметр вертикальных опор-колонн 300мм, толщина стенки 20мм, сечение – 17600мм.кв.. Число опор-колонн – 42 и их высота от двухметровой подземной части до уровня парковочного этажа (9м) составляет 11,5 м. Общая длина колонн составляет 483м. Число опор-колонн, удерживающих два въезда (съезда) – 4, высота – от 4 до 2 метров, в среднем 3 м. Всего получается округленно 495м. Их общая масса: 68т.
Протяженность двутавровых балок – продольных опор нижнего уровня магистрали-эстакады – составляет семь рядов, общей длиной 7000м, протяженность 21 поперечной восемнадцатиметровой опоры-балки 378 м, общая длина балок – 7378м. Их масса из расчета: 44,7м соответствует одной тонне, составляет 165т. Общая масса нижнего уровня вместе с горизонтальными опорами составляет 1289т.
Общая масса всех трех уровней вместе с горизонтальными опорами составляет 3900т.
Общая площадь всех пролетных участков километровой двухуровневой магистрали-эстакады двустороннего движения, включая два переезда, два съезда, два въезда – 38800 м.кв.
Общая масса стальных блоков и элементов магистрали-эстакады составляет порядка 4110т. При цене одной тонны стального проката $1000 стоимость стальных блоков и элементов магистрали-эстакады составит $4,11млн.
Масса блоков магистрали-эстакады, составляющая нагрузку на опоры-колонны, равна 3959т.
Пролетные участки и парковочная площадка (она при необходимости может быть преобразована в пролетный участок для сквозного проезда автомобилей) магистрали-эстакады покрываются, как минимум, пятисантиметровым слоем дорожного покрытия – сталефибробетоном. Общая площадь пролетов магистрали-эстакады – 56800м.кв.. Объем сталефибробетонного покрытия – 2840м.куб., масса – 7100 т, стоимость при цене кубометра сталефибробетона $300 – $0,852 млн.
С учетом массы сталефибробетона масса магистрали-эстакады составит 11210т и суммарная стоимость – $4,962 млн., а масса нагрузки на вертикальные опоры составит 11059т.
Покрытие открытых стальных поверхностей площадью около 56800 м.кв. антикоррозионным составом со средней стоимостью порядка $10 на квадратный метр можно оценить в сумму $0,568 млн. А монтаж гидроизоляции на той же площади с той же стоимостью можно оценить в сумму $0,568 млн.
Сверху и по бокам магистраль-эстакада закрыта пластиковой прозрачной негорючей оболочкой общей площадью 33000 м.кв.. Ее стоимость при средней цене пластика $10 за м.кв. составляет $0,33млн.
42 фундамента (1х1х2) метра для опор-колонн потребуют 84 м.куб. бетона стоимостью $25 тыс.
Стоимость указанных конструкций и материалов составит в сумме $6,450млн.
Остальные расходные статьи на установку эстакады включают в себя доставку готовых блоков; сборку; аренду кранов, других механизмов и оборудования; проведение предварительных геодезических и других вспомогательных работ.
Известно, что цена доставки кубического метра бетона на расстояние 51-55 км автотранспортном составляет 1000руб. ($33). Таким образом, доставка 2920м.куб. бетона от завода до места монтажа и установки магистрали-эстакады обойдется в $0,096 млн. Доставка около 4110 тонн металлических конструкций при цене доставки тонны автотранспортом на расстояние порядка 650 км $50 стоит около $0,205млн. В сумме доставка конструкций и материала обойдется в $0,300 млн.
Сборку 1 км эстакады вместе с въездами, съездами, переездами можно при наличии необходимого оборудования и механизмов осуществить за один месяц 20-ю специалистами при выплате им $100 тыс.
Аренда механизмов, включая кран, и остального оборудования на один месяц обойдется в сумму порядка $100 тыс.
Внутренний объем эстакады, а также въезды и съезды контролируются телекоммуникационным оборудованием, в которое входят телекамеры или видеорегистраторы, коммутаторы, сервер. В частности, для данного типа эстакады достаточно 50 телекамер. Общая стоимость этого оборудования составляет $40-50 тыс.
Освещение полос движения эстакады осуществляется светодиодными источниками, например, мощностью 35 ватт со светоотдачей порядка 40 лм/Вт. Ресурс этих источников 11 лет. Источники света не нагреваются. Стоимость одного источника света около $10. Для освещения объемов эстакады и переходов достаточно 200 светильников. Таким образом, стоимость светильников составляет $2000. Стоимость остального электрооборудования, включая святящиеся табло-указатели составляет примерно такую же сумму.
Следует также учесть противопожарное оборудование, эвакуационные сходы, оборудование для мониторинга эстакады и т.п. Общая стоимость этого оборудования для эстакады может составить порядка $100000.
Оснащение эстакады необходимыми приборами и оборудованием займет не менее месяца и потребует участие около 20 специалистов при выплате им не менее $100 тыс.
Стоимость геодезических и других вспомогательных работ можно оценить в сумму около $100 тыс.
В городских условиях каждый этаж необходимо оснащать вытяжками с разрядниками для нейтрализации токсичных компонентов выхлопного газа. Определим эту составляющую.
Основная проблема вентиляционных выбросов из гаражей, паркингов и стоянок в том, что их вентиляция аккумулирует токсичные вещества, образующиеся при работе автомобилей в месте выброса воздуха из вентиляции. Следствием этого является концентрирование выхлопных газов автомобилей внутри тоннеля и вокруг вентиляционных шахт, через которые осуществляется выброс загрязненного воздуха. Наиболее загрязненный выхлоп автомобилей происходит во время запуска двигателя и при его прогреве, т.е. как раз в помещениях гаражей, стоянок и паркингов.
В настоящее время основным и самым распространенным методом нейтрализации вышеуказанного эффекта является метод рассеивания вентиляционных выбросов из тоннелей. Это ведет к образованию значительных загрязненных территорий вокруг вентиляционных шахт.
В отношении суммарного объема выходящих из глушителя легкового автомобиля выхлопных газов в среднем можно ориентироваться на следующую цифру – один литр сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 кубометров смеси различных газов. При скорости 60-70 км/час на прохождение 1 км трассы автомобилем в среднем расходуется около 0,04 литра бензина и выделяется 0,6 м.куб. выхлопных газов. По одной полосе движения в магистрали-эстакаде в среднем за один час проходит 2000 легковых автомобилей, которые могут выделить в объем магистрали-эстакады до 1200 м.куб. выхлопных газов. На одном этаже магистрали-эстакады двустороннего движения протяженностью 1 км, содержащем 4-е полосы движения и 2-е резервно-технические (буферные) полосы, выделяется в четыре раза больше выхлопных газов – 4800 м.куб.. Полный объем 1 км этажа магистрали-эстакады с учетом резервно-технических полос составляет 45000м.куб. и в нем выхлопной газ рассеивается. Для ликвидации токсичных компонентов выхлопных газов требуется установить на каждом этаже столько очистных установок, сколько требуется для очистки указанного объема загрязняемого выхлопным газом воздуха.
Известны газоконвертеры «Ятаган» – газоразрядно-каталические установки для очистки 12000 м.куб./час воздуха с содержанием в нем не более 1000 мг/м3 органических загрязнений – стоимостью за установку «Ятаган 12,0-1000» $50 тыс. То есть на этаж потребуется 4 подобные установки, на два этажа – 8 установок (стоимость $400 тыс.), а на три этажа – 12 установок (стоимость $600 тыс.)
Установки эффективно работают при содержании вредных примесей в 1 м.куб. воздуха не более 1000 мг. При указанной интенсивности движения на каждом километре одного этажа магистрали-эстакады по максимуму может находиться до 200 автомобилей (до 50 автомобилей на каждой из 4-х полос движения), которые выбрасывают в 1 м.куб. воздуха объема эстакады выхлопного газа не более 400 мг токсичных веществ. А это количество вредных веществ в 2,5 раза меньше предельного значения содержания вредных веществ (1000 мг/м.куб.), которые способны удалить из воздуха.
Таким образом, оснащение двухэтажной магистрали-эстакады с парковочным этажом (три уровня) очистными установками обойдется в сумму порядка $600тыс.
В результате, затраты на установку и оснащение магистрали-эстакады по удельному показателю составят $7,850млн.
Стоимость квадратного метра пролетов трех этажей (54000м.кв.) составит $145, а в пересчете только на восемь полос движения шириной 3 метра каждая (24000м.кв.) – $330.
В частности, при установке подобной полностью оснащенной трехуровневой магистрали-эстакады на основе стального каркаса на 25 км ее себестоимость составит порядка $196млн.
Для крупных городов целесообразно по каждому направлению движения ввести дополнительную полосу для надземных автопоездов или электропоездов (аналога метро), а также соответственно буферную полосу, что в значительной степени разгрузит транспортную систему города и составит конкуренцию подземному метро. При этом удельная себестоимость сооружения с учетом наличия на ней дополнительных полос для надземных поездов с учетом себестоимости каждой полосы ($0,650млн.) возрастет до $10,5млн.
Масса двухуровневой магистрали-эстакады с восемью полосами движения на основе металлопроката, являющаяся нагрузкой 42 стальных полых колонн диаметром 30см, сечением по стенкам 17600мм.кв., составляет 11059 тонн. То есть на общую площадь колонн-опор по сечению 739200мм.кв. действует 110590000 ньютонов, или один квадратный миллиметр подвергается давлению 150н/мм.кв.. При пределе прочности стали 600н/мм.кв. конструкция имеет примерно 4-кратный запас прочности. На полосах движения обоих уровней магистрали-эстакады указанной конструкции может одновременно находиться в движении до 400 легковых автомобилей массой в среднем по 2 тонны каждая. На парковочном этаже может находиться 660 автомобилей. Если учесть их общую массу, которая составит 2120 тонн, то конструкция с дополнительной нагрузкой в виде автомобилей и общей массой около 13179т, подвергаясь максимально возможной нагрузке, сохраняет запас прочности близкий к 3,5.
Следует отметить, что, не противореча имеющимся стандартам и нормам, можно существенно (до 60%) уменьшить массу конструкции и ее себестоимость за счет исключения сталефибробетонного дорожного покрытия, заменив его на новые композитные покрытия из угле– или стеклопластика.
Оценим среднегодовые затраты на эксплуатацию 1 км указанной эстакады.
Основные статьи затрат: дооборудование и переоборудование; уборка; техобслуживание, подача электроэнергии; оплата необходимого персонала.
1. Ежегодно могут быть обновлены табло-указатели, часть светильников, часть телекоммуникационной аппаратуры. Если принять это ежегодное обновление за 10% от стоимости имеющегося оборудования данного типа ($50000), то ежегодные расходы составят $5000.
2. Уборка эстакады может проводиться один раз в две недели или месяц в зависимости от времени года с помощью механизмов с разбрызгивателями воды и щетками изнутри и снаружи подобно мойке электропоездов. Расходы на эти операции пренебрежимо малы.
3. Оценка расхода электроэнергии.
3.1. При размещении 160 светодиодных светильников мощностью 35Вт через каждые 50 метров на трех уровнях эстакады и включении их в среднем на 10 часов каждый день для освещения годовые затраты электроэнергии составляют около 20000 кВт•час. При цене электроэнергии $0,1 за один кВт•час оплата этого расхода электроэнергии составит $2000.
3.2. При размещении 160 светодиодных табло-указателей мощностью 35Вт через каждые 50 метров на полосах движения в режиме постоянного включения годовые затраты электроэнергии составляют около 50000 кВт•час. При цене электроэнергии $0,1 за один кВт•час оплата этого расхода электроэнергии составит $5000.
3.3. При постоянной работе очистителей воздуха общей производительностью 135000 м.куб./час с энергозатратами около 0,12Вт/м.куб. годовой расход электроэнергии составляет порядка 142000 кВт•час. При цене электроэнергии $0,1 за один кВт•час оплата этого расхода электроэнергии составит $14200.
4. Кроме вышеуказанного, необходимо учесть оплату персонала, обслуживающего эстакаду. Поскольку практически все работы будут автоматизированы, постольку этот персонал будет состоять из нескольких человек, большинство которых представляет аварийную бригаду. Этот персонал может обслуживать 15-20 километров эстакады. Поэтому годовое содержание этих специалистов, размером около $100 тысяч, в пересчете на удельный показатель в 1 км сводится к $10 тысячам.
5. Необходимо учесть также те или иные непредвиденные расходы. Их размер оценим в $4 тысяч.
Таким образом, общие удельные эксплуатационные расходы за один год в среднем составляют около $40000.
Для сравнения приведем официальные данные удельной стоимости годовых эксплуатационных расходов для наземной восьмиполосной магистрали в России.
По данным журнала-каталога «Транспортная безопасность и технологии 2005 № 2» («Проблемы безопасности российских автодорог») ежегодно на ремонтно-восстановительные работы 1 километра автодорог, производящиеся раз в пять лет (ремонтируется порядка 10 тысяч километров дорог), расходуется 5 миллионов рублей, или около $170 тысяч, то есть $34 тысячи в год. Кроме этого ежегодно на поддержание дорог в надлежащем состоянии в среднем расходуется 13,7 млрд. рублей, или около $1000 на один километр. За 7 лет эта сумма возросла по меньшей мере на треть.
В среднем же в России в настоящее время на ремонт и содержание дорог при протяженности дорожной сети общего пользования 747 тыс. км ежегодно выделяется порядка $6 тыс. на 1 километр, что меньше величины аналогичных затрат в Европе в 2,5 раза.
