База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Примыкания автомобильных дорог в разных уровнях различают полные (см. рис. 18.9, а, б, в), обеспечивающие развязку движения по всем направлениям, и неполные, имеющие зоны пересечения транспортных потоков в одном уровне (см. рис. 18.9, г, д) или зоны переплетения (рис. 18.9, е). В практике отечественного проектирования автомобильных дорог наибольшее распространение получили примыкания в разных уровнях типа «труба» (см. рис. 18.9, а, б). Этот тип примыкания обеспечивает развязку движения во всех направлениях при отчуждении сравнительно небольшой площади земель и невысокой строительной стоимости. Однако примыкание типа «труба» имеет существенный недостаток - не обеспечивает возможность разворота.
18.3. Элементы пересечений автомобильных дорог в разных уровнях
Любое пересечение автомобильных дорог сколь угодно сложного очертания в плане может быть представлено сочетанием весьма ограниченного числа геометрических элементов (рис. 18.10), классификация которых предложена В.А. Федотовым.
Рис. 18.10. Геометрические элементы пересечений автомобильных дорог в разных уровнях:
ПСП - переходно-скоростная полоса; ПКпереходная кривая; КЛ - клотоида; КК - круговая кривая; П- прямая
835
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Переходно-скоростная полоса (ПСП). Элементы пересечений рассчитывают на меньшие скорости движения автомобилей (см. разд. 18.1), чем на пересекающихся дорогах. Для осуществления безопасного въезда автомобилей на пересечение, а также для выезда с пересечения на дорогу устраивают дополнительную полосу, называемую переходно-скоростной, на длине которой осуществляется торможение автомобилей до безопасной скорости въезда на пересечение либо ускорение автомобилей до скорости транспортного потока на дороге. Длину переходноскоростных полос определяют из условия торможения (или разгона) от скорости V1 на автомагистрали до скорости V2 входа на пересечение:
где
V1, V2 - скорости на автомагистрали и на входе на пересечение соответственно, км/ч;
а - ускорение автомобилей, принимаемое в пределах 0,8 - 1,2 м/с2 при разгоне и 1,75 - 2,5 м/с2 при торможении.
Согласно действующим Строительным нормам и правилам длину переходноскоростных полос полной ширины (при 0-м продольном уклоне) принимают:
на дорогах I и II категорий для разгона - 180 м; для торможения - 100 м; отгон уширения - 80 м;
на дорогах III и IV категорий для разгона - 130 м; для торможения - 75 м; отгон уширения - 60 м.
Переходная кривая (ПК). Для обеспечения плавного перехода автомобиля от прямого участка переходно-скоростной полосы (R = ¥) к участку соединительной рампы с максимальной кривизной (R = Rк) и, наоборот, из условия постепенного изменения центробежного ускорения применяют переходные кривые. В отличие от закруглений перегонных участков автомагистралей, где в качестве переходных кривых, как правило, используют клотоиду, характеризуемую линейным законом изменения кривизны и нарастания центробежного ускорения и отвечающую условиям движения по ней автомобилей с постоянной (расчетной) скоростью, на участках ответвлений и примыканий развязок движения в разных уровнях применяют особые типы переходных кривых, законы изменения кривизны которых наилучшим образом отвечают условиям движения автомобилей с переменной скоростью. Эти типы переходных кривых будут подробно рассмотрены в следующей главе.
836
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Клотоида (КЛ) также находит применение при проектировании соединительных рамп транспортных развязок, главным образом, правоповоротных и директивнонаправленных.
Круговая кривая (КК). Участки соединительных рамп с максимальной кривизной описывают в плане по круговым кривым. При этом автомобили в пределах этих участков движутся с минимальной постоянной скоростью.
Прямая (П). Как и при проектировании плана автомагистралей, при трассировании правоповоротных и директивно-направленных соединительных рамп прямую также нередко используют как самостоятельный элемент трассы. При этом прямая сопрягается со смежными круговыми кривыми обычно посредством клотоид.
Наиболее сложными и ответственными местами развязок движения в разных уровнях являются зоны ответвлений и примыканий право и левоповоротных соединительных рамп между пересекающимися автомагистралями (рис. 18.11). Конструктивные решения участков ответвлений и примыканий во многом определяют безопасность движения, пропускную способность и генеральные размеры всей развязки в целом.
Рис. 18.11. Элементы пересечений на ответвлениях и примыканиях: ЗТР - зона транспортной развязки; ЗО - зона ответвления; УО - участок ответвления; ЗП - зона примыкания; УП - участок примыкания; РП -
разделительная полоса; ОУ - отгон уширения; Р - участок разделения кромок и бровок
Зона транспортной развязки (ЗТР) определяется положением створов начала отгона уширения.
837
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Зона ответвления (ЗО) - участок на съезде с автомагистрали от створа начала отгона уширения переходно-скоростной полосы до створа конца разделения кромок проезжих частей.
Зона примыкания (ЗП) - участок на въезде на автомагистраль от створа конца разделения кромок до створа начала отгона уширения переходно-скоростной полосы.
Участок ответвления (УО) - участок на съезде с автомагистрали от створа начала отгона уширения переходно-скоростной полосы до створа начала разделения кромок.
Участок примыкания (УП) - участок на въезде на автомагистраль от створа начала разделения кромок до створа начала отгона уширения переходноскоростной полосы.
Отгон уширения (ОУ) - участок перехода от неуширенной проезжей части автомагистрали до начала переходно-скоростной полосы полной ширины.
Участок разделения кромок и бровок (Р) - участки съездов и въездов, в пределах которых осуществляется разделение кромок и бровок автомагистрали и соединительной рампы.
Планировочные решения развязок движения в разных уровнях включают определенный набор соединительных рамп между пересекающимися автомобильными дорогами. По В.А. Федотову, в зависимости от вида осуществляемых маневров и характера очертания в плане различают следующие виды соединительных рамп (рис. 18.12):
для движения при смене направлений направо - правоповоротные рампы (ППР);
для движения при смене направлений налево - Петлеобразные рампы (ПЕР), правосторонние рампы (ПСР), левосторонние рампы (ЛСР), право-левосторонние рампы (ПЛСР), лево-правосторонние рампы (ЛПСР), кольцевые рампы (КР).
Использование перечисленных типов соединительных рамп дает возможность построения практически любой развязки. Например, применение четырех рамп типа ППР и четырех рамп типа ПЕР приводит к классической схеме «клеверного листа» и т.д.
18.4. Задачи, решаемые при проектировании развязок движения в разных уровнях
Несмотря на известную общность задач, решаемых при проектировании развязок движения в разных уровнях и автомобильных дорог, проектирование
838
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
развязок имеет ряд специфических особенностей. Так, например, если автомобильная дорога является линейным сооружением, то развязки движения размещаются на площадях, размеры которых могут достигать 50 га и более. Многообразие схем развязок, вариантный выбор планировочных и конструктивных решений с учетом местных условий и пространственной геометрии пересекающихся дорог при наличии комплекса ограничений в элементах плана и продольного профиля приводят к решению задач, не свойственных для автомобильной дороги как таковой.
Рис. 18.12. Соединительные рампы сложных транспортных развязок
В последние годы получили большое развитее как в России, так и за рубежом технология и методы автоматизированного проектирования развязок движения в разных уровнях. Этому обстоятельству во многом способствовало, с одной стороны, внедрение вычислительной техники в практику проектирования и, с другой, изучение режимов движения автомобилей на существующих транспортных развязках, позволяющее устанавливать особенности функционирования сложных участков развязок и делать выводы в части необходимости изменения тех или иных параметров и даже принципов решения отдельных задач.
Несмотря на многочисленные выполненные за истекшие полстолетия исследования вопросов повышения надежности функционирования элементов развязок, инженерные расчеты при сложившейся традиционной технологии проектирования выполняют обособленно, без пространственной взаимоувязки элементов и контроля за проявлением физических показателей движения, во многом определяющих уровни удобства и безопасности движения и пропускную способность пересечений и примыканий. Общая картина развязок движения в
839
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
разных уровнях в их пространственном воплощении намного сложнее схематизированных представлений элементов в отдельных плоскостях. Математическое описание взаимодействия геометрии соединительных рамп с сопрягаемыми участками пересекающихся автомагистралей в трехмерном пространстве с одновременным контролем за изменением физических параметров движения (продольные скорости движения и ускорения, степень изменения центробежного ускорения с постоянной и переменной скоростью, изменение угловой скорости поворота автомобиля вокруг продольной оси при движении на вираже и т.д.) приводит к комплексному проектированию, практическая реализация которого возможна лишь при использовании современной компьютерной техники.
Проектирование развязок движения в разных уровнях представляет собой чрезвычайно многодельный процесс (разработка одного проекта пересечения занимает до 5 месяцев), что в рамках традиционной технологии практически исключает вариантный поиск оптимального решения. В связи с этим использование компьютерной техники в расчетах целесообразно на всех стадиях проектирования. Применение компьютеров при проектировании развязок движения в разных уровнях обеспечивает экономический эффект, который выражается в следующем:
снижение сроков, трудоемкости и стоимости проектирования. Использование современных компьютеров, оснащенных быстродействующими и высокоточными графопостроителями планшетного типа и мониторами, позволяет автоматизировать трудоемкие процессы расчета элементов транспортных развязок при решении их в комплексной постановке, подсчет объемов работ, транспортно-эксплуатационных расходов, а также расчеты, выполняемые при технико-экономическом сравнении вариантов планировочных и конструктивных решений, автоматизировать процесс получения проектно-сметной документации в виде готовых чертежей, таблиц, смет и т.д.;
снижении сметной стоимости строительства развязок движения в разных уровнях до 10 % и более. Развязки в разных уровнях весьма дорогостоящие сооружения, и вопрос возможного снижения их строительной стоимости является весьма актуальным. Возможность проработки при автоматизированном проектировании в сжатые сроки большого числа вариантов планировочных и конструктивных решений позволяет выбрать лучший из них в отношении капиталоемкости строительства;
повышении качества проектных решений. Анализ в режиме диалога с компьютером вариантов решения развязок движения позволяет выбирать решения, обеспечивающие необходимую пропускную способность пересечения, наилучшие уровни удобства и безопасности движения, минимальные транспортноэксплуатационные затраты и т.д.;
840
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
исключении ошибок при проектировании. В ходе эскизной проработки развязок движения в разных уровнях на ранних стадиях проектирования в случае использования традиционной технологии (без пространственной взаимоувязки элементов и контроля физических параметров движения) нередко допускаются грубые просчеты, требующие на последующих стадиях детального проектирования вынужденного изменения принципиальных решений планировки пересечения и не предусмотренного ранее увеличения сметной стоимости строительства.
Применение компьютерной техники для решения транспортных развязок движения в разных уровнях не может идти по пути формального заимствования методов традиционной технологии. Прежде всего, это относится: к сопряжению элементов в плане и продольном профиле; к использованию различных типов переходных кривых; к представлению рельефа й геологического строения местности в виде цифровых и математических моделей; к расчету кромок проезжей части, параллельных и непараллельных оси и уширений; к установлению пространственного положения элементов сооружения и т.д. Все расчеты в комплексной постановке должны быть взаимосвязаны.
Вопросы комплексного, автоматизированного проектирования развязок движения в разных уровнях получили в последние годы развитие в работах Союздорпроекта (канд. техн. наук В.А. Федотов), в которых, в частности, обобщен
ив значительной степени развит зарубежный опыт проектирования, строительства
иэксплуатации развязок. В отечественных системах автоматизированного проектирования автомобильных дорог САПР-АД этому важному вопросу посвящены специальные системы и пакеты прикладных программ. Технологическая схема комплексного пространственного проектирования развязок движения на пересечениях и примыканиях автомобильных дорог в разных уровнях с применением компьютерной техники представлена на рис. 18.13.
841
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
Рис. 18.13. Технологическая схема комплексного автоматизированного проектирования развязок движения на пересечениях автомобильных дорог в разных уровнях
В соответствии с технологической последовательностью комплексного проектирования пересечений и примыканий автомобильных дорог в разных уровнях последовательно или одновременно решаются следующие основные группы задач:
сопряжение геометрических элементов плана в осях и кромках проезжих частей;
842