СТЮ: Новости

Объект ЭкоТехноПарка: концевая анкерная опора

Анкерные опоры служат для крепления предварительно напрягаемых элементов рельсо-струнной эстакады - арматуры (арматурных канатов и стальных высокопрочных проволок), головки и корпуса рельса. Большие продольные усилия в путевой структуре, которые должна воспринять анкерная опора, будут также создаваться при изменении температуры окружающей среды. Например, изменение температуры на один градус приведёт к возникновению усилия в 24 килограмма на каждый квадратный сантиметр поперечного сечения стальной конструкции. Кроме того, на опору будут действовать и продольные усилия, возникающие в путевой структуре при разгоне и торможении подвижного состава.

В общей сложности, горизонтальные усилия, действующие на концевую анкерную опору, обусловленные как преднапряжением путевой конструкции, так и температурными и иными воздействиями, с вероятностью один раз в 100 лет (эстакада SkyWay проектируется по нормативам капитальных мостов и транспортных эстакад на срок службы 100 лет), могут достигать значений в 1 000 тонн. Это усилие, приложенное на высоте порядка 10 м, будет стремиться опрокинуть опору (опрокидывающий момент - порядка 10 000 т×м) и сдвинуть фундамент опоры в грунте (усилие сдвига - порядка 1 000 тонн). Вследствие этого концевые анкерные опоры являются достаточно сложными инженерными сооружениями, рассчитанными и проектируемыми на значительные нагрузки.

При этом необходимо отметить, что стандартные промежуточные анкерные опоры, которых в любом адресном проекте будет большинство (более 90% всех анкерных опор), устанавливаемые через каждые 3-5 км, за весь срок эксплуатации (100 лет) ни разу не испытают расчётных нагрузок. Дело в том, что усилия с одной и с другой стороны такой анкерной опоры будут равны и будут уравновешивать друг друга. Поэтому промежуточные анкерные опоры, в отличие от концевых, могут быть выполнены менее прочными и более дешёвыми, так как они будут выполнять чисто страховочные функции - в случае полного обрыва эстакады с одной стороны такой опоры, разрушение эстакады не должно перекинуться по "принципу домино" на эстакаду, размещённую по другую сторону от опоры.

Промежуточных анкерных опор нет на территории ЭкоТехноПарка по очень простой причине - все трассы SkyWay очень короткие, длиной порядка 1 км. Но такие опоры появятся за пределами участка, когда в 2016 г. начнётся строительство выносной высокоскоростной трассы (скорость до 500 км/ч) длиной 15 км.

Анкерные опоры могут выполняться в виде металлоконструкций и железобетонных сооружений - как сборных, так и монолитных. Опоры выполняются жёсткими и прочными и устанавливаются на специальных пространственных фундаментах.

Анкерные опоры могут иметь конструкцию двойного назначения - они могут быть совмещены с несущим каркасом различных строительных сооружений и зданий - торговых, развлекательных, жилых, производственных и др. Это, например, могут быть станции, вокзалы, депо, помещения для технологического оборудования, разворотные участки пути и другие сооружения, обеспечивающее работоспособность транспортно-инфраструктурного комплекса SkyWay в целом.

Концевые анкерные опоры (как и промежуточные анкерные опоры) позволяют выполнить рельсо-струнную эстакаду предварительно напряжённой, неразрезной (без технологических и температурных швов), прочной, лёгкой и ажурной. Это позволяет снизить стоимость транспортной эстакады в несколько раз, а в отдельных случаях - и на порядок. Например, традиционный мост или эстакада в основном несут сами себя - 90% и даже 95% - это собственный вес, а 5-10% - это полезная нагрузка, то есть подвижной состав. Поэтому традиционные эстакады так дороги.

Рельсо-струнные эстакады устроены наоборот - собственный вес пролётного строения составляет менее 40% общей нагрузки, а подвижной состав - более 60%. Это подтверждено и на полигоне первого поколения SkyWay в г. Озёры Московской области (2001-2009 гг.) - путевая структура массой 120 кг/м несла полезную нагрузку массой до 15 тонн (модифицированный грузовой автомобиль ЗИЛ-131). То есть, например, на пролёте 36 м вес путевой структуры (пролётного строения) составлял только 4.320 кг (22% от общей нагрузки), а вес подвижного состава - 15.000 кг (78%). Наиболее нагруженные элементы рельсо-струнной эстакады SkyWay - это именно концевые анкерные опоры. Но, тем не менее, они выполнены лёгкими, прочными и недорогими.

Поскольку анкерные опоры SkyWay не имеют аналогов в традиционных транспортных эстакадах, то в качестве прототипа для сравнения возьмём обычную (одну из тысяч) опору эстакады высокоскоростной железной дороги, построенной японцами на Тайване около 10 лет назад. Опоры такой эстакады испытывают столь чудовищные нагрузки, что под каждой опорой в грунте устроены четыре буронабивные сваи диаметром 2 м (!) и длиной до 60 м (!). Масса только свайного фундамента такой рядовой опоры может достигать 1800 тонн (для сравнения: масса железобетонного фундамента концевой анкерной опоры SkyWay не превышает 500 тонн). Поэтому рядовая опора такой дороги, построенная по "передовым японским технологиям", не может стоить менее 1 млн USD. При этом следует обратить внимание на тот факт, что концевых анкерных опор на любой трассе SkyWay будет всего 2 штуки, а опор эстакады, построенной по японским технологиям (опоры стоят через каждые 35 м), например, на трассе "Минск - Москва", было бы 20 000 шт.

Преимущества, которые даёт анкерная опора, можно увидеть на конкретном примере. Эстакады могут быть традиционными балочными, с температурными швами, а могут быть и инновационными - неразрезными, то есть непрерывными, без швов. Последние, только благодаря неразрезному характеру пролётных строений, имеют в два раза меньшую материалоёмкость и, соответственно, в два раза меньшую стоимость эстакады. Что это даст при строительстве адресного проекта, например, высокоскоростной транспортной эстакады длиной в 700 км между Минском и Москвой? Традиционная эстакада стоила бы не менее 70 млрд долларов (то есть 100 млн USD/км), эстакада SkyWay, только за счёт своего неразрезного характера, - 35 млрд долларов, то есть на 35 млрд долларов дешевле.

К сведению:
за счёт других ноу-хау, описанных в других лотах объектов ЭкоТехноПарка, стоимость высокоскоростной транспортной эстакады в этом адресном проекте "Минск - Москва" удастся снизить ещё на порядок - до 2,5 млрд долларов.

Это первоначальное удешевление в 50 млн USD/км и даст анкерная опора, так как она замыкает на себя все продольные усилия, возникающие в неразрезной путевой структуре, и уменьшает, при прочих равных условиях, материалоёмкость и стоимость эстакады в 2 раза.