Комплексное исследование и перспективы применения новейших типов транспортных развязок на пересечениях дорог со средней инстенсивностью движения

Одним из наиболее ключевых факторов, влияющих на условия дорожного движения, является его интенсивность. Высокая загруженность автомобильных дорог приводит к ряду отрицательных последствий, таких как снижение скоростей движения, образование заторовых и аварийно-опасных ситуаций. В связи с чем крайне необходимо эффективно управлять дорожным движением на уличнодорожной сети и предупреждать потенциальные проблемы, вызванные ростом уровня автомобилизации [1, 2, 3].

Для северо-западного региона наиболее загруженной магистралью является федеральная автомобильная дорога А-118 «Кольце- вая автомобильная дорога» (далее – КАД) с интенсивностью движения, на некоторых участках превышающей 200 тысяч автомобилей в сутки (по данным на 2023-2024 гг.), в то время как она относится к категории IА, что на основании СП 34.13330.2021 соответствует интенсивности движения более 14000 приведенных единиц в сутки [4].

На федеральных дорогах Санкт-Петербурга и Ленинградской области, в том числе на магистрали А-118 наиболее распространены такие конфигурации развязок, как «Клеверный лист» – один из немногих типов вариантов, который может быть подвержен реконструированию в зависимости от объема выделяемой для

EDN MHZBQT его обустройства территории и плотности потоков без радикального переустройства, а также развязка «Труба», являющаяся основным типом полных простых развязок для трех направлений (рисунок 1).

Рисунок 1 – Многообразие типов развязок на Кольцевой автомобильной дороге

При разработке проекта с целью определения наиболее соответствующей схемы организации движения в конкретных условиях необходимо производство изысканий и технико-экономических расчетов с использованием программ математического моделирования.

Также немаловажными аспектами в данном вопросе являются особенности рельефа территории и характер и показатель плотности застройки в месте будущего строительства.

Применяемые на дорогах общего пользования типы развязок имеют ограниченный потенциал, что в совокупности с постоянным ростом интенсивности формирует нагрузку, превышающую пропускную способность исследуемых транспортных развязок [5]. В связи с чем возникает необходимость разработки новейших решений по разделению транспортных потоков в пространстве. Изучение опыта других стран может быть полезным для поиска неизвестных решений и их дальнейшего применения в современных российских условиях.

Во Франции на пересечении улицы Авелен и шоссе Нор можно встретить такой вид развязки, как Double crossover diamond interchange или так называемый расходящийся ромб с изменением сторонности движения (представлено на рисунке 2) [6]. В таких условиях транспорт меняет направление движения на пересечении основных магистралей. Также необходимо отметить компактность пересече- ния, так как все съезды вытянуты вдоль главной дороги, что делает его достаточно узким и позволяет вписать в стесненные условия.

Рисунок 2 – Ромбовидный перекресток со сменой сторонности

Аналогичным перспективным решением, встречающимся зачастую за рубежом, является транспортная развязка по типу «Двойная слеза» или «Собачья кость», изображенная на рисунке 3.

В рамках исследования изучены применяемые виды ромбовидных транспортных развязок на дорожной сети Российской Федерации по сравнению со схожими по устройству пересечениями на дорогах США, а также произведена оценка их сложности. На схематичных изображениях пересечений для этого традиционно используются следующие обозначения конфликтных точек: красным цветом обозначены места слияния транспортных потоков, синим – пересечений, а оранжевым – отклонений.

Рисунок 3 – «Двойная слеза»

При изучении модели классической ромбовидной развязки на примере пересечения улицы Подольских Курсантов и Варшавского шоссе в городе Москва можно заметить возникновение и накапливание очередей из ав- томобилей по нескольким направлениям движения, что видно из анализа загруженности транспортной сети (рисунок 4).

Рисунок 4 – Дорожная ситуация на перекрестке Подольских Курсантов и Варшавского шоссе в Москве

На рисунке 5 представлено схематичное движение транспортных потоков по данной транспортной развязке в каждую из 4 фаз светофорного цикла и возникающие при этом конфликтные точки.

Рисунок 5 – Конфликтные точки на транспортной развязке «Ромб»

Рассматривая опыт западных стран, был приведен пример использования ромбовидной развязки с изменением сторонности. Для данного типа пересечения используется всего две фазы светофорного регулирования, но непривычность технологии перенаправления транспортных потоков затрудняет ее внедрение в дорожную сеть РФ.

На рисунке 6 представлено схематичное движение транспортных потоков по данной транспортной развязке в каждую из двух фаз светофорного цикла и возникающие при этом конфликтные точки.

Рисунок 6 – Конфликтные точки на транспортной развязке «Ромб с изменением сторонности»

Другой пример транспортной развязки находится на федеральной автомобильной дороге А-181 «Скандинавия» на территории Выборгского района Ленинградской области. Узел, представленный на рисунке 7, представляет собой интерпретацию такого типа развязок как ромб, где поворотное движение выполняется при помощи движения по кольцевой дороге. При этом прямой транспортный поток по главной и второстепенной дорогам развязки проходят в разных уровнях

Рисунок 7 – Двухуровневая развязка «Кольцевой ромб»

На рисунке 8 представлено схематичное движение транспортных потоков по данной транспортной развязке и возникающие при этом конфликтные точки, преобладающими из которых являются точки отклонения от транспортного потока, а точки пересечения исключены.

Рисунок 8 – Конфликтные точки на транспортной развязке «Кольцевой ромб»

Альтернативным вариантом отечественных транспортных развязок ромбовидного типа является «Двойная слеза». Данный вариант, иногда также именуемый развязкой с двойным круговым движением, возникает в том случае если кольцевые участки дороги не образуют полный круг, а имеют каплевидную форму или же форму «слезы». Таким образом, два кольца сливаются вместе, образуя единую «раздавленную» кольцевую развязку. На рисунке 9 представлена схема организации дорожного движения автомобильных потоков по данной транспортной развязке и возникающие при этом конфликтные точки.

Рисунок 9 – Транспортная развязка «Двойная слеза»

Эта конфигурация уменьшает конфликты между транспортными средствами, въезжающими на «кольцевую» развязку с прямых участков дороги, сокращая очереди и задержки по сравнению с другими развязками, использующими в своей конфигурации круговое движение. Прямые развороты невозможны, но такой маневр возможен путем объезда обоих круговых секторов развязки.

Оценивая сложность представленных транспортных развязок по критерию конфликтности, были установлены следующие значения:

• -    классической ромбовидной развязки – 18;

• -    ромбовидной развязки с изменением сторонности – 16

• -    кольцевой ромбовидной развязки – 24

• -    «Двойной слезы» – 16.

Таким образом, данные значения соответствуют транспортным узлам малой сложности. Учитывая то, что наиболее низкий показатель сложности наблюдается у неиспользуемых в нашей стране развязок, можно судить о том, что они еще более безопасны, чем применяемые на территории России.

Несмотря на то, что движение по Кольцевой автомобильной дороге эффективно организовано и сама по себе магистраль формирует комфортные условия, в границах, непосредственно соприкасающихся с ней территорий возникает много новых жилых территорий и комплексов, которые влияют на формирование автомобильных потоков и также заслуживают повышенного внимания при обустройстве транспортной инфраструктуры. В связи с чем необходимо моделировать и строить развязки имеющие определенный потенциал пропускной способности, но и в то же время не занимающие много места. В свою очередь, основным преимуществом исследуемых развязок является небольшая необходимая площадь. Таких видов транспортных развязок немного, и каждое решение требует уникального подхода.

Ярким примером обозначенной транспортной задачи является транспортное обеспечение новых застраивающихся жилых комплексов вблизи Кольцевой автомобильной дороги Санкт-Петербурга.

Согласно Генплану Санкт-Петербурга, выпущенному в 2023 году, готовится планировка территории строительства Васнецовского проспекта от перспективной пробивки Северного проспекта до Чарушинской улицы с путепроводом через КАД. По проекту компании-застройщика данного района (рисунок 10) путепровод не будет подразумевать съезды с кольца, что является проблемой для данного района, в котором планируется застройка многоэтажными жилыми домами [7].

Рисунок 10 – Планируемый путепровод в составе Васнецовского проспекта через КАД

Было установлено, что среднее приведенное суточное количество транспортных средств, движущихся по участку КАД, пролегающему вблизи территории исследования, составляет более 65 000 автомобилей в сутки. Кроме того, жители перспективного района будут формировать дополнительную транспортную нагрузку на улично-дорожную сеть окружающей территории, а также на внутриквартальных дорогах без учета общественного транспорта, который будет вносить весомый вклад в транспортный поток. В связи с чем необходимо предусмотреть транспортное обеспечение всех слоев населения.

В рамках исследования проведены полевые обследования существующей обстановки и условий движения на перекрестке Васнецовского проспекта и Муринской дороги.

В рамках практической реализации результатов исследования целесообразно рассмотреть перспективность замены планируемого к строительству путепровода Васнецовского проспекта над КАД на транспортную развязку по типу «Двойная слеза», что позволит связать автомобильные потоки жилого комплекса и кольцевую автомагистраль.

В результате разработана схема разделения транспортных потоков, представленная на рисунке 11.

Рисунок 11 – Схема организации дорожного движения

Так как съездов с Васнецовского проспекта нет, то ближайший путь до кольцевой дороги лежит через Муринскую дорогу, что обуславливает накопление большого потока транспортных средств при пересечении проспекта с улицей. Именно из-за этой существующей проблемы предложено внедрение развязки «Двойная слеза», преимущества которой были рассмотрены ранее.

На рисунке 12 видно, что накапливаемые потоки транспорта на пересечении Васнецовского проспекта и Муринской дороги могут сократиться в случае перенаправления маршрутов транспортных средств, которым требуется съезд на КАД.

С целью подтверждения большей эффективности развязки «Двойная слеза», для сравнения с ней была разработана модель данного проекта с использованием типа ромбовидной развязки со сменой сторонности. (схема на рисунке 13).

Рисунок 12 – Транспортная ситуация при проведении симуляции в случае реализация транспортной развязки по типу «Двойная слеза»

В результате апробации предлагаемых решений путем математического моделирования установлено, что наличие светофорного регулирования на данном пересечении увели- чивает время задержек транспорта, что является дополнительной причиной формирования заторов, максимальный из которых для данной развязки – 184 м (рисунок 14).

Рисунок 13 – Схема организации дорожного движения

Дополнительным препятствием в реализации такого подхода необходимо отметить, что технология временной смены стороны движения не исследована в России, что усложняет ее ввод в правила дорожного движения и поведенческие принципы водителей.

Рисунок 14 – Транспортная ситуация при проведении симуляции в случае реализации ромбовидной развязки

В результате экспериментального исследования перспектив реализации проекта по внедрению развязки типа «Двойная слеза», становится возможным утверждать, что транспортные потоки перераспределились, тем самым создав благоприятные условия для передвижения. Благодаря использованию программ математического моделирования можно определить эффективность в конечных единицах измерения, таких как сокращение времени задержек и уменьшение конфликтности. Параметрами сравнения являются средняя длина формирующихся заторов, средняя длина за- держки при движении автомобилей и количество транспортных средств, проходящих через заданный узел на период действия симуляции. Согласно анализу выбранных показателей выделенных узлов, на транспортной сети в каждой из двух ситуаций составлена таблица 1. Красным выделены ухудшения показателей, а зеленым - улучшения.

По сравнению с результатами внедрения развязки «Двойная слеза», тип пересечения «Ромб со сменой сторонности» не сильно улучшил показатели исследуемых параметров, но в свою очередь, на самой развязке было зафиксировано увеличение времени задержки.

Таблица 1 - Результаты анализа узлов

и а ^ 1© О	Узел	К 5 g я и	Ср. длина затора, м	Д ,%	Ср. время задержки, с	д ,%	Кол-во ТС	д ,%
«Двойная слеза»	Дорога над КАД	До	0	-	0	-	618	-25,6
		После	74		28		460
	Пересечение Мурин-ской дороги и Васнецовского пр.	До	36	-75	67	-6	222	-5,4
		После	9		63		210
«Ромб со сменой сторонно-сти»	Дорога над КАД	До	0	-	0	-	618	-15,4
		После	57		35		523
	Пересечение Мурин-ской дороги и Васнецовского пр.	До	36	-77,8	67	-13,4	222	-0,5
		После	8		58		221

В результате проведенного численного эксперимента по оценке существующей ситуации и модифицированных микромоделей, было установлено:

• -    несмотря на возрастающее количество заторов и длительности задержек на двойном кольце, этот метод разгружает пересечение Муринской дороги и Васнецовского проспекта: длина заторов уменьшается на 75%, а время задержки – на 6%;

• -    внедрение светофорного регулирования на пересечении увеличивает длительность времени задержки, что отрицательно сказывается на системе в целом.

Строительство предлагаемого способа организации движения транспортных потоков требует не значительно больше места, чем строительство путепровода, предусмотренного утвержденным проектом: отличие заключается в наличии съездов, для чего требуется обустройство переходно-скоростной полосы КАДа.

Заключение

Для внедрения современных решений по организации движения на дорожной сети необходимо актуализировать и гармонично объединить отечественные и зарубежные стандарты в сфере транспортного строительства [8].

Они должны включать в себя:

• -    технические требования, предъявляемые к транспортной развязке;

• -    необходимые организационно-правовые меры, при ее использовании;

• -    аспекты экономической части, такие как расчет эффективности проекта;

• -    требования по обеспечению безопасности при движении по данному типу пересечения;

• -    систему контроля и технического обеспечения транспортной развязки.

Также необходимо обратить внимание на проблему малоизученности смены сторон движения, технология которой используется за рубежом. Данное мероприятие не регламенти- ровано, так как Правилами дорожного движения РФ установлено правостороннее движение транспорта [9]. В связи с этим целесообразно исследовать возможность включения уточняющего комментария в нормативно-правовую документацию о частном изменении на участке дороги для организации дорожного движения на транспортных развязках, предполагающих в своем устройстве смену сторонно-сти движения, когда их внедрение целесообразно в конкретном случае.

Таким образом в рамках исследования доказана перспективность и необходимость реализации новейших типов транспортных развязок для решения существующих и предупреждения возможных проблем, связанных с неизбежным ростом уровня автомобилизации и урбанизации в целом.