Создания и эксплуатация систем пешеходных, транспортных и инженерных коммуникаций

Пешеходные передвижения, связанные в условиях сложного рельефа с необходимостью совершать подъемы и спуски, приводят к существенному росту интенсивности и количества энергозатрат, затрат времени пешеходов и вызывают их утомление. Поэтому при нормировании пешеходной доступности различных городских объектов и планировочной организации системы пешеходных путей в отличие от равнинных условий должен учитываться не только функционально-временной, но и физиолого-гигиенический критерий оценки условий передвижения.

Имеются различные предложения по учету специфики движения по склонам, основанные на механическом пересчете высоты подъема в удлинение пути, лимитировании суммарных энергозатрат, ограничении продольных уклонов пешеходных путей до 4—6%. В отличие от них в ряде публикаций последних лет была обоснована целесообразность отказа от установления предельных продольных уклонов пешеходных путей и сделан вывод о возможности создания при необходимости путей с уклонами вплоть до 35% (лестничные пути) при ограничении длины обязательных (вынужденных для населения) передвижений по ним к основным объектам обслуживания.

Такой подход, основанный на современных положениях физиологии по проблеме утомления организма и на учете особенностей различных по цели пешеходных передвижений, расширяет возможности планировки городов на склонах, позволяя создавать развитую систему горизонтальных, серпантинных и поперечных к склону пешеходных путей. При этом наряду с прямолинейными, в ряде случаев крутыми путями для деловых передвижений к объектам повседневного обслуживания рекомендуется также создавать систему пологих путей с продольными уклонами не более 5% (в исключительных случаях на коротких участках — до 10%) для передвижений с рекреационными и рекреационно-деловыми целями.

Для определения допустимой длины пешеходных подходов к объектам обслуживания по путям различной крутизны приняты расчетные скорости сообщения по ним, исключающие чрезмерные нагрузки на организм. Эти скорости определены как средние скорости подъема и спуска с учетом необходимых затрат времени на отдых в паузах или после завершения передвижения (рис. 29).

Рис. 29. Зависимость расчетной скорости пешеходного движения с деловыми целями от продольного уклона пути і - продольный уклон пути, %; V - скорость движения, км/ч; А - спуск; Б - подъем; В - двухстороннее движение

Зависимость допустимой длины подходов к некоторым конкретным городским объектам от уклонов пути приведена в табл. 4. Следует отметить, что пути с продольными уклонами свыше 15% требуют обязательного устройства лестниц с поручнями. Применение таких путей допустимо, но отнюдь нежелательно. Как правило, при застройке участков, имеющих уклоны свыше 15%, необходимо создавать кроме пешеходных путей также специальный подъемный транспорт.

При решении многих задач градостроительного проектирования необходимо знать размеры и конфигурацию зон пешеходной доступности объектов, границы которых зависят от величины так называемых радиусов доступности (расстояния до объекта по прямой) . В условиях сложного рельефа радиус доступности одного и того же объекта меняется в зависимости от крутизны склона и угла между направлением от исходной точки движения на объект и направлением горизонталей. Соответственно зона пешеходной доступности приобретает вместо круглой эллиптическую форму.

Соотношение между радиусами пешеходной доступности и допустимой длиной подходов, определяемое вынужденной непрямолинейностью путей движения в городской застройке, также не является постоянным, так как на склоне при огибании препятствий отдельные отрезки пути имеют различные уклоны и, следовательно, преодолеваются с разными скоростями. Расчет различных вариантов трассировки непрямолинейных путей на склонах позволил получить формулу (1) для определения понижающего коэффициента перехода от допустимой (нормативной) длины подхода на ровном месте к радиусу пешеходной доступности на склоне:

где и коэффициенты трудности сообщения по двум отрезкам непрямолинейного пути, соединяющим исходную и конечную точки движения (при среднем коэффициенте непрямолинейности 1,25), имеющим различные продольные уклоны и, как следствие, разные расчетные скорости пешеходного движения.

На рис. 30 приведены эталоны формы зон пешеходной доступности для местностей с различными уклонами, построенные с использованием понижающих коэффициентов .

Рис. 30. Эталоны форм зон пешеходной доступности объектов обслуживания на склонах
Большие круги описаны радиусами, равными допустимой длине подходов до объектов по горизонтали, меньшие круги — радиусами доступности на ровной местности (0,8 от доступной длины подходов).
Тонкие непрерывные эллипсоиды обозначают сокращение допустимой длины подходов на склонах при прямолинейном движении к объекту или от него.
Толстые эллипсоиды ограничивают зоны пешеходной доступности на склонах с учетом вынужденной непрямолинейности движения.
Пунктирные эллипсоиды показывают возможность увеличения зон доступности при применении планировки и застройки по принципу ’’свободных горизонталей”.
Коэффициенты дают отношение площадей зон доступности на склонах и на ровной местности при обычных решениях, при решениях по принципу "свободных горизонталей”, а также отношение второго коэффициента к первому (т.е. эффективность применения принципов ’’свободных горизонталей”)

При проектировании пешеходных путей, соединяющих разновысотные точки, помимо прямых, часто предлагаются более пологие, извилистые трассы либо ’’ступенчатые” трассы, сочетающие участки крутого подъема с горизонтальными участками. Анализ всех возможных вариантов показал, что для путей, рассчитанных в основном на деловые передвижения населения, безусловное преимущество имеют трассы, соединяющие разновысотные точки по прямой, без непрямолинейности как в плане, так и в профиле. Пути для рекреационных передвижений могут иметь и извилистое начертание.

В условиях сложного рельефа из-за необходимости преодоления значительных подъемов и спусков или огибания холмов, гор, оврагов и т.д. сильно затруднена работа городского транспорта: замедляются сообщения, увеличиваются расходы горючего или электроэнергии, ускоряется износ транспортных средств, снижается безопасность движения и т. Д.

В качестве основного критерия оценки системы городских транспортных коммуникаций обычно принимаются приведенные строительно-эксплуатационные затраты, отражающие: стоимость строительства улично-дорожной сети, транспортных сооружений и создания городских транспортных хозяйств, себестоимость осуществления транспортных перевозок и затраты времени населения на передвижения в стоимостном выражении.

Условия рельефа оказывают значительное влияние на строительно-эксплуатационные затраты, обусловленные:
- уменьшением скорости движения по магистралям, имеющим большие продольные уклоны;
- удлинением магистралей (развитием трасс) для обеспечения допустимых продольных уклонов;
- увеличением удельной стоимости строительства магистралей в связи с ростом объемов земляных работ и усложнением инженерных сооружений.

Специалистами по автотранспорту, автодорожному делу и городскому транспорту определены основные зависимости скорости движения, средней ходовой и эксплуатационной скоростей, стоимостей сообщения на различных видах транспорта от продольных уклонов магистралей. Их анализ позволяет сделать вывод, что связь между разновысотными районами города целесообразно осуществлять по максимально прямым трассам с постоянными продольными уклонами без переломов в профиле. При необходимости соединений близко расположенных частей города, разделенных большими перепадами высоты, оптимальными продольными уклонами магистралей являются: для грузового автотранспорта и автобусов — 6%, для легковых автомашин и электротранспорта — 8%.

Установлено также, что степень падения скоростей, роста стоимости строительства и увеличения общих приведенных строительно-эксплуатационных расходов в связи с условиями рельефа определяется величиной уклонов по направлению движения и практически не зависит от категории городских улиц и дорог.

При увеличении продольного уклона магистралей до 5% средняя скорость движения составляет около 0,8 от скорости по горизонтальной трассе, а себестоимость перевозок возрастает в 1,2 раза; при росте уклона до 8% эти показатели составляют соответственно 0,5 и 1,45.

В условиях сложного рельефа часто возникает необходимость трассировки городских магистралей по территориям с уклонами, значительно превышающими 8%. В этих случаях происходит вынужденное резкое удлинение, или ’’развитие” трасс магистралей.

Уменьшение скоростей движения городского транспорта по магистралям, имеющим значительный продольный уклон, и удлинение трасс магистралей при их вынужденном развитии приводят к резкому сокращению приведенной скорости сообщения на направлениях, связанных с преодолением перепадов рельефа (рис. 31). В результате возрастают затраты времени пассажиров и себестоимость эксплуатации городского транспорта, а также стоимость строительства улиц и дорог. При уклоне по общему направлению движения 10% совокупные транспортные затраты возрастают более чем в 2 раза, при уклоне 15% — в 3,5 раза и т.д.

Рис. 31. Зависимость скорости транспортного сообщения от уклона по общему направлению движения (для уличного общественного транспорта): А - спуск; Б - подъем; В - двухстороннее движение; і - уклон по направлению движения (%); Ку - коэффициент падения скорости сообщения

В большом числе случаев транспортные магистрали должны соединять районы города, находящиеся приблизительно на одной высоте, но разделенные выпуклой или вогнутой формой рельефа (грядой, оврагом и т.д.). Преодоление такой складки рельефа может осуществляться путем ее обхода, ’’переваливания” через нее либо использования секущей трассировки с сооружением туннеля или эстакады (а при препятствии небольшой высоты — с созданием глубокой выемки или высокой насыпи). На основе расчета суммарных приведенных строительно-эксплуатационных затрат при различных трассировках, для разной интенсивности движения и с учетом уклона препятствия может быть приближенно определена область рационального применения секущих и огибающих препятствия трасс (рис. 32).

Рис. 32. Номограмма для предварительного выбора трассы магистрали, преодолевающей складку рельефа. По оси ”х” — уклон по общему направлению магистрали, %; по оси ”у” - приведенные строительно-эксплуатационные затраты, млн. руб./ км в год

На представленной на рисунке номограмме каждая кривая соответствует определенной величине расчетного транспортного потока по магистрали в одном направлении (тыс. маш/ч пик). Пунктирные линии показывают коэффициент удлинения магистрали при ее прокладке по огибающей складку рельефа горизонтальной трассе (эквивалентной по затратам прямой перевальной трассе). Утолщенные линии с подштриховкой ограничивают область рационального применения трасс, секущих складку рельефа (левая линия - для магистралей со смешанным движением, правая — для дорог грузового движения). Используя номограмму, можно, например, установить, что на основных городских магистралях устройство туннелей и эстакад (длиной до 1000-1500 м) рационально при укладке пересекаемых препятствий, превышающих 10—12%, и невозможности создания объездов с удлинением пути менее чем в 2—2,5 раза.

Создание городских магистралей, секущих препятствия, разрешает задачу преодоления складок рельефа, но малоэффективно при необходимости преодоления больших высотных перепадов, или ступеней рельефа. Рациональное планировочное решение преодоления больших перепадов высоты возможно, если массовые перевозки пассажиров общественным транспортом смогут осуществляться по коммуникациям, связывающим корреспондирующие точки напрямую без развития трассы и, следовательно, имеющих значительные продольные уклоны. Этому требованию удовлетворяют только специальные виды подъемного транспорта.

Имеющаяся практика и перспектива широкого применения этих видов транспорта в городах как у нас в стране, так и за рубежом потребовали разработки их градостроительной классификации и определения области рационального применения. В основу классификации был принят показатель наклонности трасс. Это позволило выделить три основных класса подъемных транспортных средств (рис. 33): вертикальные (лифты) , наклонные (эскалаторы, фуникулеры) и универсальные (конвейеры, канатные дороги, зубчатые железные дороги).

Рис. 33. Классификация видов специального подъемного пассажирского транспорта 1 - лифт (V = 6, h = 350, П = 70); 2 - фуникулер (L= 2500, І = 90,V =5, n = 150, P = 800): 3 - маятниковая канатная дорога (L = 3500, І = 100 и более, V = 12, П = 80, Р = 800) ; 4 - канатный трамвай (і = 20, V = 5,5); 5 - фрикционный лифт (V = 0,3-0,5, h = 350, п = 2) ; 6 - зубчатая дорога большой крутизны (і = 50, V = 2,2-2,8, п = =40) ; 7 - зубчатая дорога умеренной крутизны (і = 25, V = 4-10); 8 - ’’патерностер” (V = 0,3, Р = 600); 9 - эскалатор (і = 30, V = 1, Р = 10 000); 10 - тележный конвейер (L = 2000, і =50, v =2, Р = 1500); 11 ленточный конвейер (І =20, V= 1, Р = 10 ООО); 12 - кольцевая канатная дорога (і =80, V = 3,5, П =4-6, Р = 1000) Здесь: V - скорость движения, м/с; L - длина трассы, м; h - высота подъема, м; і - продольный уклон трассы, П - вместительность кабины, мест; Р - провозная способность, чел/ч