Технологии и машины для зимнего содержания городских дорог
В зимний период проблема обеспечения нормативной пропускной способности городских дорог и улиц обостряется. Снег на проезжей части под воздействием колес автомобилей и погодных условий резко меняет свои механические и физические свойства, быстро уплотняясь и затвердевая. При этом даже небольшое количество снега на покрытии значительно ухудшает условия движения за счет увеличения скользкости и нарушения ровности покрытия. Эти факторы, в свою очередь, влекут за собой снижение скорости, безопасности и комфорта дорожного движения. Борьба со скользкостью, зимняя уборка проезжей части и утилизация снежной массы сейчас проводятся дорожниками довольно эффективно. Но подобные операции всегда связаны и с некоторыми неудобствами для водителей и пешеходов.
Особенности уборки снега в городе
Несмотря на примерно одинаковую величину выпавшего снега, зимнее содержание дорог в городе отличается от содержания загородных дорог. Высокая, неравномерная по часам интенсивность городского движения, неоднородный поток диктуют повышенные требования к организации данного вида работ. Технология уборки на загородных дорогах позволяет отбрасывать снег на обочины или откосы. В городах подобная технология может применяться в основном на окружных дорогах, да и то только на участках с подходящим поперечным профилем.
Значительное отличие от внегородских магистралей также связано с ограниченной шириной улиц и наличием так называемых «красных линий» – условных границ, в которых лежит улица, чаще всего это стены зданий. Сказывается также и высокая плотность населения в городе, что требует своевременной очистки пешеходных зон и остановок общественного транспорта. Не представляется возможным складировать или перекидывать снег за пределы проезжей части ввиду наличия там газонов, тротуаров, велодорожек и подобных конструктивных элементов улиц.
Технология зимнего содержания городских дорог предусматривает значительно больший расход химических противогололедных материалов по сравнению с загородными участками. В городе выпадение даже небольшого количества снега требует обязательного предупреждения его уплотнения за счет использования реагентов. В загородных же условиях снег убирается преимущественно безреагентно или с минимальным их количеством.
Таким образом, снегоочистка дорог города базируется на технологической последовательности применения средств механизации с использованием химических реагентов, которые, попадая в снег, образуют растворы. Растворы распределяются в снежной массе по поверхности кристаллов снега и создают пленку, которая способствует увеличению подвижности и перемещению этих кристаллов при воздействии внешних усилий. Подобная смесь реагента и снега, находясь в сыпучем состоянии, длительное время не уплотняется под действием колес транспортных средств, не смерзается, легко раздвигается, обеспечивает контакт колеса с покрытием и остается подвижной, что обеспечивает эффективную работу снегоуборочных машин в течение нескольких часов.
Работы по зимнему содержанию улично-дорожной сети в городе проводятся на больших площадях, при различных погодно-климатических условиях, отличаются большой трудоемкостью и должны выполняться в нормативные сроки, а в ряде случаев – в аварийном порядке. Эти особенности обусловливают и определяют сложность организации работ с необходимостью широкого и целевого применения средств механизации, последовательного выполнения технологических операций при соблюдении временн’ых параметров.
С целью скорейшей обработки реагентами и удаления снежной массы с поверхности покрытия используется высокопроизводительная дорожная техника с соответствующими характеристиками по мощности базовых машин, ширине рабочей зоны, максимальной скорости движения при обеспечении должного качества уборки дорожного покрытия. Как правило, все модели современной дорожной техники для зимнего содержания дорог оснащены как узлами распределения твердых и жидких противогололедных реагентов, так и плужно-щеточным оборудованием.
Технологии очистки от снега
Технологию очистки от снега городских магистралей и улиц высоких категорий определяют следующие условия.
• При выполнении технологических операций по уборке снега необходимо обеспечить минимальные помехи движению транспорта. Требуется выполнять операции со скоростью, близкой к скорости транспортного потока, а также за минимально короткий срок и количество проходов.
• Значение коэффициента сцепления колеса с покрытием при применении противогололедных реагентов должно обеспечивать безопасное движение автомобилей.
• Применяемые противогололедные материалы не должны оказывать вредного влияния на экологию, а утилизацию снежной массы необходимо выполнять с минимальным воздействием на окружающую среду.
При получении метеоинформации об ожидаемом снегопаде до его начала проводится превентивное распределение жидких противогололедных материалов по всей ширине проезжей части (табл. 1). При уже начавшемся снегопаде (в случае отсутствия прогнозирования) в течение часа проводится распределение твердых реагентов. В процессе движения транспорта происходит перемешивание выпавшего снега с реагентами, в результате чего образуется снежная масса.
| Вид реагента | Единица измерения | Расход реагентов при температуре воздуха, °С | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0…–2 | –2…–4 | –4…–6 | –6…–8 | –8…–10 | ||
| Жидкий | мл/м2 | 25–35 | 35–45 | 45–55 | 60–70 | 70–80 |
| Жидкий | г/м2 | 30–44 | 44–56 | 56–68 | 75–87 | 87–100 |
Далее в зависимости от интенсивности снегопада и движения автомобилей при выпадении каждых 2–3 см снега недостаток реагента восполняется новым распределением твердых реагентов. Плотность распределения определяется температурой воздуха (табл. 2).
| Вид реагента | Единица измерения | Расход реагентов при температуре воздуха, °С | ||||
| 0…–2 | –2…–4 | –4…–6 | –6…–8 | –8…–10 | ||
| Твердый | г/м2 | 20–30 | 30–50 | 50–60 | 60–70 | 70–80 |
Распределители реагентов движутся по проезжей части уступом, перекрывая всю ее ширину, водитель каждой следующей машины контролирует распределение реагентов по границе прохода предыдущей. Первый проход осуществляется по крайней правой полосе движения, где проходят маршруты городского пассажирского транспорта, вторым и последующими проходами обрабатывают остальные полосы движения. Рабочая скорость современных распределителей составляет до 50 км/ч с возможной шириной распределения реагента до 12 м. Время, за которое необходимо обработать проезжую часть, не должно превышать 1 ч с начала технологического цикла обработки на магистральных дорогах города и центральных улицах и 3 ч на районных и местных улицах.
Далее к работе приступают плужные снегоочистители – сгребают снежную массу, и эта работа должна завершиться в течение 2 ч. При обслуживании улиц районного и местного значения с небольшой интенсивностью движения основными средствами механизации для обеспечения движения автотранспорта в зимний период являются плужно-щеточные снегоочистители КО-713, КДМ-130 и аналогичные им машины. Но их применение на многополосных магистралях с высокой интенсивностью движения нецелесообразно из-за небольшой ширины рабочей зоны (2,3–2,5 м) и, как следствие этого, большого требуемого количества машин в колонне. При этом малая рабочая скорость движения (до 25 км/ч) создает проблему многокилометровых заторов. Характер и важность поддержания непрерывного движения на широких скоростных дорогах, таких как МКАД и 3-е транспортное кольцо в Москве, заставляют дорожников искать другие технологии с применением более мощных машин.
Для скоростной уборки МКАД с середины 1990-х гг. применяются комплексные дорожные машины Mercedes-Benz 2638А. Их снегоочистительное оборудование включает в себя фронтальный отвал Schmidt Vector M, рабочая ширина которого при угле поворота 30° составляет 3200 мм, и боковой снегоуборочный отвал GPS 5.3 с рабочей шириной 2370 мм (при угле поворота 40°). Высота фронтального отвала – 920 мм, бокового – 970 мм. Использование бокового отвала позволяет уменьшить количество снегоочистителей и обеспечить наибольшую рабочую скорость 45– 55 км/ч при сгребании снежной массы, что близко к скорости максимальной пропускной способности автомобильных дорог. Также широкое применение находят машины МКДС на базе автомобилей МАЗ или «КамАЗ».
Перед выходом на дорогу основной колонны техники для удаления снежной массы с поверхности покрытия сначала производится очистка от снега элементов осевого ограждения отдельной машиной с боковым манипулятором, на котором установлена специальная щетка. При очень интенсивных и длительных снегопадах, когда для обеспечения движения автотранспорта нужно быстро очистить дорогу от основного объема снега, применяется такая технологическая операция, как сгребание снежной массы. В этом случае перемещение снега к краю проезжей части производится только плугами, а оставшийся на поверхности покрытия небольшой слой сметается последующими проходами или расплавляется реагентами.
При сгребании снега колонна из шести-семи широкозахватных снегоочистителей (достаточно для перекрытия проезжей части на МКАД), оснащенных фронтальными плугами и боковыми отвалами, обеспечивает быструю и качественную однопроходную очистку покрытия магистрали и отбрасывание снежной массы в лотковую часть. Ширина убираемой полосы MB 2638 (первого в колонне) составляет 5,4–5,5 м, последующих – несколько меньше за счет перекрытия следа. Колонна уборочной техники после выхода на магистраль выстраивается с дистанцией между отдельными снегоочистителями в 15–20 м. Данное расстояние представляется оптимальным с точки зрения качества уборки, когда перекрытие контролируется каждым следующим водителем, а также данная дистанция предупреждает обгон колонны попутными транспортными средствами. Дело в том, что при увеличении дистанции и при отсутствии сопровождения патрульной машины ГИБДД возрастает число водителей, стремящихся обогнать колонну путем проезда в дистанции между снегоочистителями, что приводит к авариям и нарушению процесса уборки. Попутным автомобилям нельзя пересекать снежный вал, образуемый при сгребании снежной массы.
На крайнюю правую машину в колонне приходится наибольший объем снежной массы, сдвигаемый другими снегоочистителями со всей ширины проезжей части. Также она осуществляет объезд остановившихся автомобилей на крайней правой полосе или обочине, и ее рабочий проход целесообразно осуществлять с убранным боковым отвалом. Такое технологическое требование обеспечивает большую безопасность работ. Движение колонны осуществляется со скоростью 40–45 км/ч. После сгребания на поверхности покрытия обычно остается 1–1,5 см снежной массы.
Далее следом за колонной снегоуборочной техники (синхронно) идут распределители жидких или твердых реагентов, которые обрабатывают поверхность покрытия с необходимой плотностью в зависимости от температуры воздуха.
По мере накопления на поверхности покрытия 2–2,5 см снежной массы или при информации метеослужбы об окончании снегопада производится окончательное подметание проезжей части, которое могут проводить по нескольким немного различающимся технологиям.
• Прометание машинами MB 2638 с замененным на базе передним отвалом на фронтальную щетку, но с боковым отвалом в рабочем положении. Фронтальная щетка снегоочистителя отбрасывает снежную массу справа по ходу движения на соседнюю полосу в валик шириной 1–1,5 м, который перехватывается боковым отвалом и отбрасывается им еще на 1,5–2 м в рабочую зону следующего в колонне снегоочистителя.
• Прометание колонной машин, состоящей из MB 2638 с фронтальными щетками и отечественных МКДС, которые сгребают снег отвалами и дополнительно прометают покрытие центральной щеткой.
При небольшой интенсивности снегопада масса снега с проезжей части в лотковую часть одновременно сгребается и сметается. Оборудование машин при этом – одноотвальный плуг или фронтальный и боковой снегоуборочные отвалы и цилиндрическая щетка. При работе снегоочистителя основная масса снега сдвигается в сторону, а оставшийся небольшой слой сметается щеткой.
Ранее, до резкого роста интенсивности движения на МКАД, можно было не делать сметание щеткой с поверхности покрытия, но теперь сгребание не позволяет полностью очистить проезжую часть от снега. Причина здесь кроется в интенсивном образовании колеи на асфальтобетонном покрытии, удалить из которой снежную массу можно только с использованием щеток.
Скорость машин при подметании достигает лишь 35–40 км/ч, и для повышения пропускной способности магистрали технологией работ предусматривается разрыв между парами машин. По ширине прохода щетки на покрытии остается чистая «черная» поверхность. После прохода колонны в зависимости от погодных условий проводится обработка проезжей части противогололедными реагентами. Таким образом, в зависимости от интенсивности снегопада может быть различное количество операций зимнего содержания – от трех до четырех (сгребание; сметание; распределение жидких реагентов; распределение твердых реагентов).
Совершенствование техники и технологии зимней уборки
В последние годы наметилась тенденция к совершенствованию технологии зимней уборки скоростных магистралей, таких как МКАД, которая заключается в применении машин, выполняющих большее число технологических операций за один проход. Новая технология обеспечивается применением соответствующей современной техники с комплексным набором операций с заданными параметрами и ее оптимальной расстановкой в колонне. Скорость движения колонны составляет 35–40 км/ч, что позволяет проводить очистку поверхности покрытия и в часы наибольшей интенсивности движения, т. е. при скорости, достаточно близкой к скорости транспортного потока в зимних условиях.
Среди образцов такой техники можно назвать комбинированную машину для скоростного зимнего содержания ЭД-700. Базовое шасси Volvo FM-400, двигатель 294 кВт, колесная формула 6х4. Ширина плуга в рабочем положении – 3600 мм, в наличии также имеется межосевая щетка с рабочей шириной 3390 мм. Вместимость бункера твердых реагентов – 9 м3, емкости для жидкого реагента – 3 м3. Рабочая ширина распределения реагентов – 4–16 м. Возможна работа раздельно с жидким, твердым и увлажненным реагентами, плотность распределения твердого реагента – 5–350 г/м2, плотность распределения жидкого реагента – от 10 до 150 г/м2.
У уборочной машины Boschung Jetbroom с двигателем 315 кВт, колесной формулой 6х4 рабочая ширина многолемешного снегового плуга (отвала) с подвеской для автоматического приспособления к профилю дороги составляет 7125 мм, подвижные сегменты отвала компенсированы натяжными пружинами. Отвал оснащен системой защиты от наезда на выступающие препятствия, сменные изнашивающиеся ножи в зависимости от модели выполнены из листовой износоустойчивой резины или сменных металлических пластин, в последнем случае ножи секционные, т. е. нож крепится шарнирно и имеет предохранительный демпфер, что особенно важно для скоростной уборки. Для уборки снега в режиме подметания со сдувом применяется подметально-сдувочный агрегат с радиальным вентилятором и щетками кассетного типа для высококачественной скоростной уборки снега, слякоти, шуги, воды, скорость вращения высокооборотной щетки составляет до 1300 об/мин, в зависимости от модели рабочая ширина щеточного агрегата – от 3,6 до 5,8 м. Вместимость емкости для твердого реагента – 6 м3, для жидкого реагента – 10 м3. Плотность распределения реагентов – 10–200 г/м2. Ширина распределения реагентов – от 4 до 10 м.
Применение колонны уборочных машин типа Boschung Jetbroom или их сочетания с другими снегоочистителями в значительной мере повышает качество очистки проезжей части магистрали. Данная организация работ также в минимальной степени создает помехи движению, так как работы выполняются со скоростью, близкой к скорости насыщенного транспортного потока. Рекомендуемая скорость уборки Jetbroom (при работе в городских условиях) в соответствии с регламентом – до 40 км/ч. При данной скорости обеспечивается высокое качество очистки, т. е. щетка выметает снежную массу из неровностей покрытия и, что не менее важно, отбрасывает ее на расстояние до 2 м на соседнюю (правую) полосу. Подметально-сдувочный агрегат позволяет также подсушивать проезжую часть. Последнее особенно целесообразно, так как на покрытии с раствором реагента коэффициент сцепления колес ниже, чем на влажном покрытии. Также возможна очистка щетки от налипшей грязи и обеспечение наибольшей эффективности сметания. Данная машина снабжена датчиками температуры воздуха и температуры покрытия, которые автоматически задают плотность распределения реагентов.
Недостатком данной машины является невозможность при скорости выше 25 км/ч контролировать с помощью имеющихся датчиков состояние проезжей части, в результате чего снижается качество очистки. Исходя из объема снега, сгребаемого отвалом, следует рассчитывать перекрытие следа в 0,7–0,8 м. Обработка реагентом заданного сектора благодаря возможностям Jetbroom возможна при выполнении основной операции.
Таким образом, однооперационный проход снегоочистительной техники при скорости до 35 км/ч и интенсивности снегопада до 3 мм/ч обеспечивает чистое (черное) покрытие, при необходимости обработанное жидким реагентом.
Работа Volvo FM-400 также обеспечивает однооперационность и высокое качество очистки за один проход. Использование Volvo FM-400 в одной колонне с Boschung Jetbroom при движении последних машин в правых крайних полосах, где скапливается значительный объем снежной массы, позволяет повысить производительность колонны и оптимизировать использование наиболее дорогой техники типа Jetbroom. Данное построение колонны особенно эффективно при больших снегопадах: скорость ее движения останется стабильной и будет составлять порядка 25 км/ ч, в то время как колонна, состоящая из менее мощных машин Volvo FM-400, будет вынуждена двигаться с меньшей скоростью из-за большого скопления снега перед плугом на крайних правых полосах движения.
В целом можно отметить, что развитие снегоочистительной техники для скоростной уборки магистралей имеет следующие тенденции:
- повышение производительности техники за счет увеличения рабочей скорости при выполнении операций и ширины рабочей зоны отвала и щетки;
- увеличение числа операций за один рабочий цикл. У Volvo FM-400 это сгребание, сметание и распределение реагентов за один проход, у Boschung Jetbroom – сгребание, сметание, подсушивание, распределение реагентов;
- повышение качества выполняемых работ за счет интенсификации работы рабочих органов (высокооборотные щетки) и новых технологических решений для повышения качества работ (подсушка покрытия);
- автоматическая дозировка противогололедных реагентов в зависимости от температуры и состояния покрытия, а также скорости движения машины.
Уборка снежных валов
В городских условиях снежная масса сдвигается уборочной техникой в лотковую зону проезжей части для временного складирования. Сформированный вал снижает эффективную ширину проезжей части, исключая из использования бо’льшую часть крайней правой полосы движения, перекрывает перекрестки и примыкания, что снижает пропускную способность городской магистрали. Его необходимо в кратчайшие сроки убрать, и в первую очередь на всех пересечениях, остановках транспорта, съездах и в других местах, определяемых индивидуально для каждого участка работ. Разрывы в валах выполняются снегоочистителями, фронтальными погрузчиками, которыми снежная масса перемещается в основной вал.
На тех участках магистралей, где в силу конструкции поперечного профиля разрешена переброска снега за пределы проезжей части, могут работать роторные снегоочистители. На оставшейся протяженности дороги снежный вал необходимо вывозить и складировать или утилизировать.
После выполнения работ по разрывам производится формирование снежного вала: создается более компактный вал с шириной в основании до 1,5–2 м, который удаляется от борта тротуара по низу на 0,3–0,5 м. Это необходимо для повышения качества работы снегопогрузчика, так при захвате снежного вала лопатой снегопогрузчика остается меньше неубранного снега и не повреждается бортовой камень. Формирование снежных валов выполняется автогрейдерами: либо двумя машинами, идущими последовательно, либо одним автогрейдером двумя проходами. При первом проходе нож автогрейдера сдвигает снежный вал, лежащий вплотную к тротуару в направлении к оси дороги, при втором проходе – к борту тротуара, чтобы создать свободное пространство между тротуаром и валом снега.
В настоящее время дорожными службами довольно широко применяется самый высокопроизводительный из всех применяемых снегопогрузчик СНП-18. У погрузчика шнекороторный рабочий орган со сплошным ленточным транспортером в форме желоба. Производительность – до 600 м3/ч. Высота погрузки – 3,8–4,2 м, вылет транспортера – 4,7 м.
Отличительной особенностью этой машиной является то, что погрузка снега в самосвал происходит по ходу движения через кабину самосвала. При данной технологии сокращается число маневров, водитель самосвала двигается только вперед (исключен задний ход, как наиболее опасный маневр). Другое преимущество заключается в том, что все работы проводятся по ходу движения.
Повышение эффективности технологии содержания городских магистралей связано с развитием прикладных разделов инженерной деятельности и науки, внедрением в систему эксплуатации новых машин и технологических процессов, проверенных практикой. Показатели, которые достигаются при внедрении научно обоснованной технологии, позволяют повысить производительность труда, снизить стоимость работ и значительно повысить их качество при соблюдении необходимых экологических требований. Кроме того, требуется учитывать возможные проблемы, возникающие при содержании дорог еще на этапе проектирования транспортных объектов. Особенно остро это касается многоуровневых развязок, так как организация их содержания является очень серьезной проблемой для служб эксплуатации дорог.
