Проектирование пересечений указанного типа широко практиковалось в целях снижения стоимости строительства на Московской кольцевой автомобильной дороге. На ее пересечениях с важнейшими магистралями, ведущими в Москву, была принята схема полного клеверного листа. На пересечениях со вспомогательными дорогами с малой интенсивностью движению устраивались упрощенные схемы, примеры которых показаны на рис. 11.
Рис. 11. Пересечения неполного типа, осуществленные на Московской кольцевой дороге
При выборе упрощенной схемы пересечения в разных уровнях, допускающей пересечения в отдельных точках транспортных потоков, важно выбрать из возможных вариантов схему, при которой возникает меньше помех для движения и степень его безопасности выше.
Для этой цели может быть рекомендован следующий прием. На основе эпюры интенсивностей движения по разным направлениям, вычерченной в масштабе, выделяются основные и второстепенные потоки движения. Исходя из направлений основных потоков, намечают несколько вариантов схем пересечения, для которых строят эпюры интенсивностей движения. Точки, в которых перекрещиваются потоки движения, называют «точками пересечений». Опасность дорожных происшествий и возможность взаимных помех на каждом пересечении оценивают суммой интенсивностей пересекающихся потоков
На рис. 12 показаны два варианта пересечения по типу неполного клеверного листа.
Рис. 12. Варианты пересечения по типу неполного клеверного листа:
а - схема интенсивности движения в разных направлениях; б - первый вариант пересечения; в - второй вариант пересечения; г - эпюра интенсивности движения по первому варианту; д - то же, по второму варианту пересечения
В первом из них сумма интенсивностей пересекающихся потоков составила 122400 автомобилей, во втором - 6300 и, следовательно, ему должно быть отдано преимущество.
Выбранные указанным способом несколько наиболее выгодных вариантов разных схем должны быть сравнены и по другим показателям - строительной стоимости, занимаемой площади земли, суммарным затратам времени потоков транспорта.
Технические условия на элементы пересечений
Применение на съездах пересечений в разных уровнях тех же радиусов, что и при трассировании дорог, потребовало бы отвода под транспортные развязки весьма больших площадей и крайне удорожило бы стоимость постройки в связи с большой длиной съездов. Поэтому элементы пересечений рассчитывают на меньшие скорости, чем элементы основной трассы дорог
Это не приводит, однако, к сколько-нибудь значительному ухудшению транспортно-эксплуатационных качеств дороги, так как при больших радиусах кривых на съездах путь поворачивающих автомобилей очень сильно возрастает.
Рассмотрим условия движения автомобиля по пересечению типа клеверного листа и проанализируем, как меняется время, затрачиваемое автомобилями на проезд при изменении скорости движения на съездах (рис. 13).
Рис. 13. Схема к анализу продолжительности движения автомобилей по съездам.
Продолжительность проезда по левоповоротному съезду
T = Tlт + Tкр + Tlр,
где Тlт и Тlр - продолжительность движения по «скоростным шлюзам» - полосам разгона и торможения;
Tкр - продолжительность проезда по кривой петли съезда.
При расчетной скорости движения vкр и коэффициенте поперечной силы μ радиус петли съезда
Длина петли съезда практически равна трем четвертям окружности
Время, необходимое для проезда петли съезда,
При движении по полосе торможения скорость автомобиля должна изменяться от vрасч (расчетная скорость движения по дороге) до vкр.
При отрицательном ускорении a м/сек2, величину которого нормируют по соображениям удобства движения, путь, проходимый автомобилем*
а продолжительность проезда по полосе торможения
* В.Ф. Бабков и М.С. Замахаев. Автомобильные дороги. Ч. I. Автотрансиздат, 1959, стр. 71.
Аналогично определяется и продолжительность движения по участку разгона. Допуская в данном анализе, что ускорения торможения и разгона одинаковы, получаем продолжительность проезда по транспортной развязке автомобилей, поворачивающих налево,
При расчетах пересечений в разных уровнях обычно принимают коэффициент μ = 0,15 ÷ 0,20. Интенсивность разгона или торможения такова, что ускорение или торможение a равно 1,0 - 1,5 м/сек2.
При этих значениях выражение в скобках всегда положительно, что приводит к принципиально важному выводу - увеличение радиуса петли левоповоротного съезда ухудшает транспортно-эксплуатационные характеристики пересечения, увеличивая продолжительность проезда по нему автомобилей. Одновременно возрастает и стоимость строительства.
Таким образом, фактором, определяющим выбор радиуса кривых на съездах, являются условия удобства и безопасности проезда. Это подразумевает соблюдение следующих условий:
а) допустимая из удобства движения величина коэффициента поперечной силы μ = 0,10 - 0,15 (принимаемую до сих пор в СССР при проектировании пересечений в разных уровнях величину μ = 0,20 следует считать завышенной);
б) удобство вписывания в петлю съезда автомобилей с прицепами;
в) удобство управления автомобилем при вписывании автомобилей в кривую во время входа с прямого участка на полосы съездов. Въезд, сопровождающийся необходимостью крутого поворота с основной полосы движения, создает затруднения при управлении автомобилем. Водителю приходится быстро поворачивать рулевое колесо, прилагая заметное физическое усилие. При сравнительно небольшом превышении допустимой скорости въезда автомобиль может вылететь с полосы проезжей части. Такие аварии характерны для некоторых из осуществленных в СССР пересечений в разных уровнях.
Поэтому, несмотря на соображения экономики и снижения стоимости строительства, различие в расчетных скоростях движения по основной автомагистрали vрасч и на полосах съездов vсъезда не должно быть слишком большим.
За границей отношение vсъезда к vрасч принимают равным 0,7 - 0,8.
В СССР допускают меньшие значения, так как при проектировании пересечений ориентируются на средние скорости автомобилей в потоке движения.
Согласно «Техническим указаниям по проектированию пересечений и примыканий автомобильных дорог» ВСН 103-64 Государственного производственного комитета по транспортному строительству СССР рекомендованы следующие расчетные скорости на въездах и съездах:
|
Категория дороги |
I |
II |
III |
|
Расчетная скорость на съездах, км/ч: |
|
|
|
|
левоповоротных |
60 |
60 |
40 |
|
правоповоротиых |
80 |
80 |
60 |
|
Отношение скорости на пересечениях к расчетной скорости по дороге |
0,4 - 0,53 |
0,5 - 0,67 |
0,4 - 0,6 |
|
Радиусы кривых, м: |
|
|
|
|
левоповоротных |
100 |
100 |
75 |
|
правоповоротных |
200 |
900 |
125 |
Для I и II категорий расчетные скорости на съездах следует считать заниженными.
Для четкой и безопасной организации движения по пересечениям в разных уровнях важно разделить автомобили, продолжающие движение прямо, от автомобилей, сворачивающих на съезд. Если полоса съезда примыкает непосредственно к проезжей части, что иногда допускают в целях снижения стоимости строительства, то поворачивающие автомобили начинают интенсивно притормаживать перед съездом, задерживая общий поток движения и подвергаясь опасности наезда.
Чтобы устранить это явление, на пересечениях устраивают дополнительные полосы разгона и замедления («скоростные шлюзы») (рис. 14).
Рис. 14. Схема устройства полос разгона и торможения («скоростные шлюзы»)
На полосах замедления автомобили, съезжающие с дороги, притормаживают до скоростей проезда по петлям пересечений. Длину полос замедления рассчитывают исходя из величины отрицательного ускорения при торможении 1,5 м/сек2.
Длину участков разгона определяют исходя из меньших ускорений - от 0,6 до 1,2 м/сек2. Это различие вызывается соображениями комфортабельности движения, поскольку ускорения при торможении легче воспринимаются едущими, чем при разгоне. Кроме того, большая длина полосы разгона желательна и для того, чтобы водитель имел время приспособиться к темпу движения по основной дороге и вклиниться в выбранный промежуток в потоке автомобилей.
Примыкания полос разгона к основной дороге осуществляют под возможно меньшим углом, постепенно сужая покрытие на расстоянии не менее 50 м.
Переходные кривые на съездах пересечений в разных уровнях должны разбиваться по специальным кривым. Обычно применяемые на кривых в плане переходные кривые по радиоидальной спирали, которую в последнее время все чаще называют клотоидой, в данном случае не соответствуют условиям движения. Вывод уравнения радиоидальной спирали, как известно из курса проектирования автомобильных дорог, основан на допущении, что при движении автомобиля по переходной кривой его скорость остается неизменной, а поперечная сила возрастает прямо пропорционально пройденному пути.
Движение автомобилей по переходным кривым съездов происходит с изменяющейся скоростью. В зависимости от проходимого участка пересечения автомобили движутся или с торможением, или с разгоном. Наблюдения на съездах показали, что траектория движения автомобилей существенно отличается от радиоидальной спирали.
Поэтому переходные кривые на съездах целесообразнее разбивать по так называемой «тормозной переходной кривой». Уравнение ее выводится следующим образом.
Пусть на протяжении переходной кривой L скорость автомобиля уменьшается путем притормаживания от v0 на прямом участке до vR на кривой, осуществляемого с постоянной величиной замедления.
Постоянное по величине отрицательное ускорение при торможении
(1)
где Т - продолжительность проезда кривой.
По закону равномерно замедленного движения
тогда
(2)
Скорость автомобиля в промежуточной точке переходной кривой, соответствующей длине l и радиусу r,
(3)
При линейном изменении центробежного ускорения по длине переходной кривой его величина пропорциональна продолжительности движения, т.е.
(4)
Для конца переходной кривой
(5)
Учитывая найденное выше значение отрицательного ускорения, получаем из уравнения (5)
(6)
Подставляя значения a и k из уравнений (2) и (6) в уравнение (4), получаем значение радиусов кривизны в промежуточной точке переходной кривой, соответствующей скорости движения автомобиля vr
или, учитывая выражение (3),
(7)
Введя для упрощения написания обозначения
можно привести уравнение (7) к виду
(8)
При конструировании плана пересечений в разных уровнях желательно обеспечивать единообразие их планировки на всем протяжении дороги. Для удобства пользования дорогой очень важно, чтобы водители знали, что во всех случаях прямому направлению соответствует определенная полоса дороги, а левый поворот на всех пересечениях начинается в одном месте, например сразу после проезда путепровода.
На рис. 15, а показаны примеры, когда пересечения на дороге были запроектированы с различным числом въездов и съездов. Водитель, заметивший во время первой поездки по пересечениям А и Д, что для правого и левого поворотов он должен следовать по первому ответвлению, при следующем рейсе на пересечениях С и Е может поехать по неправильному пути. На пересечении В у него до завершения маневра могут оставаться сомнения в правильности избранного маршрута.
На рис. 15, б показаны мероприятия, которыми может быть обеспечена однородность маневров на всех пересечениях того же маршрута, несмотря на разнотипность их конструкции.
Водитель, которому необходимо съехать с дороги, во всех случаях должен пользоваться правым поворотом, начинающимся перед мостом на пересекающей дороге. Маневр осуществляется по дополнительной полосе, не мешающей транспортному движению.
Всегда необходимо применять наиболее простое и понятное размещение съездов с дороги.
Наиболее рациональны пересечения, у которых ответвления совмещены вместе. Это облегчает ориентировку водителей на пересечении, упрощает перестроения автомобилей и расстановку указательных знаков.
Рис. 15. Схема расположения пересечений на маршруте:
а - неудачная (бессистемное расположение въездов); б - удачная (однотипное расположение)
Для подчеркивания главного направления дороги полосы разгона и торможения целесообразно отделять от основных полос проезжей части разделительной полосой шириной 0,5 - 1,0 м, отличающейся от них по цвету. Наиболее целесообразно использовать готовые бетонные плитки, укладывая поочередно плиты из белого и темного бетона.
Для большего различия от основных полос движения покрытия на съездах должны отличаться от покрытия основной проезжей части. За границей иногда устраивают их из мостовых усовершенствованных типов - брусчатки или мозаики. Асфальтобетонные покрытия съездов должны иметь повышенную шероховатость.
§ 5. Проложение автомагистралей в районе населенных пунктов. Городские автомагистрали
