УНИКАЛЬНЫЕ КОНКУРЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЮ
Технические характеристики
СТЮ является, по существу, рельсовой транспортной системой, которая, однако, имеет ряд существенных отличий от обычной железной дороги. Главное отличие — рельсы-струны натянуты между опорами на некоторой высоте над землёй (от метра и выше). Они являются предварительно напряженными (натянутыми) структурами — жёсткими нитями — до усилий 200–500 тонн и более, поэтому в механическом отношении они совмещают в себе свойства и струны и балки, а не просто балки, уложенной на опоры. Это обеспечивает высокую жёсткость структуры (отношение стрелки прогиба к длине пролёта конструкции) до 1/1000 и лучше (не хуже, чем у стандартных виадуков и мостов, а также традиционных рельсов) при существенно меньшей материалоёмкости, так как для прокладки трасс не требуются насыпи, выемки, путепроводы, виадуки, мосты, водопропускные трубы и другие сооружения.
Предварительно напряжённые сталежелезобетонные конструкции — это отработанный метод проектирования и строительства мостовых конструкций и эстакад. Поэтому для проектирования и строительства рельсо-струнной путевой структуры, включающей опоры и пролётные строения, необходимо использовать требования российского СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы». При этом конструкция получается существенно менее материалоёмкой, чем традиционный мост, путепровод или эстакада, так как между опорами не нужно создавать сплошного перекрытия — транспорт движется по узким рельсам-струнам, а не по сплошному дорожному полотну.
Предварительное напряжение позволяет обеспечивать укладку рельса-струны без стыков. При этом термические деформации зимой и летом отсутствуют, т.к. компенсируются изменением силы натяжения элементов струны-рельса на 15–20% от номинальной силы натяжения, что изменяет жёсткость конструкции незначительным образом — в пределах расчётных требований.
Сам рельс-струна представляет собой композитную конструкцию: металлический короб, в котором располагаются натянутые струны — арматурные проволоки или стальные невитые канаты, набранные из отдельных высокопрочных проволок, заливаемый бетоном или, например, эпоксидным наполнителем, и закрываемый головкой рельса, по которому и происходит качение стального колеса. Такая конструкция обеспечивает как защиту от коррозии несущих стальных струн, так и низкую добротность колебательной системы — колебания затухают за времена порядка 0,1 сек. Учитывая, что резонансная частота рельса-струны выводится за разумные возможные скорости движения транспортного модуля (более 800 км/час), то это повышает надёжность системы.
Для движения по такой рельсо-струнной трассе необходимо создание специального колёсного транспортного средства. Это может быть реализовано на базе существующих автомобилей с модификацией ходовой части (установка специального стального колеса), а для движения на высоких скоростях — и модификацией корпуса. Такой вариант апробирован в 2001 г. на испытательном полигоне СТЮ в г. Озёры Московской области. Кроме того, разработчик создал более эффективный рельсовый автомобиль — юнибус — с использованием выпускаемых промышленностью узлов, агрегатов и оборудования, по своим технико-экономическим показателям не имеющий аналогов в мире.
По сравнению с традиционным автомобилем юнибус обладает большей экономичностью, как и любое другое рельсовое транспортное средство, так как сопротивление качению стального колеса по стальному же рельсу существенно меньше, чем у пневмошины по асфальтобетону. При высоких скоростях движения — 200 км/час и выше — значительный выигрыш получается и в аэродинамике. При скоростном движении у поверхности земли, из-за взаимодействия воздушного потока с поверхностью земли и с движущимся корпусом транспортного средства (эффект экрана), коэффициент аэродинамического сопротивления не может быть лучше, чем 0,2. При движении на высоте, превышающей характерный размер модуля (например, выше 6 м) этот показатель может быть улучшен до 0,1 и ниже. Суммарный выигрыш по мощности привода и расходу топлива (энергии) может составить в данном случае минимум 2 раза.
У разработчика есть наработки по различным конструкциям путевой структуры (варианты конструкции рельса-струны, анкерных и промежуточных опор, юнибусов, систем организации движения и др.).
Сама транспортная система предлагается к реализации в скоростном (до 150 км/час), высокоскоростном (до 350 км/час) и сверхскоростном (до 500 км/час) вариантах.
Таким образом, с технической точки зрения любой проект СТЮ является тщательно проработанным, непротиворечивым и реализуемым, так как опирается на хорошо известные методы расчётов в статике, динамике, строительстве, аэродинамике и др., которые использовались для инженерных расчетов струнной транспортной системы с привлечением специалистов соответствующих профилей. Кроме того, в г. Озёры уже реализован экспериментальный 150 м участок одного из возможных вариантов грузовой трассы, который продемонстрировал конкретные расчетные характеристики движение грузового модуля (модифицированный автомобиль ЗИЛ-131 весом до 15 тонн) со скоростью до 60 км/час при длине рельсо-струнных пролётов от 12 м до 48 м, высоте опор от 1 м до 15 м, натяжении в рельсе-струне до 300 тонн и уклоне пути 10%. Экспериментальный участок был спроектирован и построен с учетом требований СНиПа 2.05.03-84 «Мосты и трубы».
Трассы СТЮ могут пройти по болотистой местности, тундре, вечной мерзлоте, шельфу моря, пересечённой местности и горам с температурным перепадом (зима – лето) 120° С.
СТЮ устойчив к неблагоприятным погодным условиям (проливной дождь, обильный снегопад, туман, град, оледенение и др.), стихийным бедствиям (наводнение, землетрясение, цунами и др.), террористическим актам (подрыв опор, минирование путевой структуры, выстрел из ружья, стрелкового оружия и др.), а также — вандалоустойчив.
Основные усреднённые технико-экономические показатели серийных трасс среднего класса СТЮ представлены в табл. 1.
Таблица 1
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕРИЙНЫХ ТРАСС
СРЕДНЕГО КЛАССА СТЮ
|
Наименование показателя
|
Ед.
изм.
|
Параметры
|
|
НАВЕСНОЙ СТЮ
|
ПОДВЕСНОЙ СТЮ
|
|
до
100 км/ч
|
до
200 км/ч
|
до
300 км/ч
|
до
400 км/ч
|
до
500 км/ч
|
до
50
км/ч
|
до
100 км/ч
|
до
150 км/ч
|
|
1. Пропускная способность двухпутной трассы среднего класса СТЮ (вместимость пассажирского модуля – до 25 пасс., грузоподъемность грузового - до 5 т):
|
|
• пассажирская
|
млн.пасс./год
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
15
|
20
|
25
|
|
• грузовая
|
млн.т/ год
|
3
|
4
|
6
|
8
|
10
|
10
|
15
|
20
|
|
2. Минимальный радиус кривых:
|
|
• на станции (в депо)
|
м
|
10
|
20
|
50
|
100
|
200
|
7,5
|
7,5
|
7,5
|
|
• на трассе
|
м
|
500
|
3000
|
6000
|
12000
|
20000
|
200
|
500
|
1500
|
|
3. Средний расход топлива (при переводе электрической энергии в топливо):
|
|
• пассажирские перевозки
|
л/100 пасс.×км
|
0,2
|
0,4
|
0,6
|
1,1
|
1,9
|
0,05
|
0,1
|
0,15
|
|
• грузовые перевозки
|
л/100 т×км
|
0,3
|
0,5
|
0,8
|
1,5
|
2,4
|
0,1
|
0,2
|
0,4
|
|
4. Себестоимость перевозок по скоростной трассе:
|
|
• пассажирские перевозки
|
USD/100 пасс.×км
|
0,6
|
0,8
|
1,0
|
1,5
|
2,0
|
0,3
|
0,5
|
0,7
|
|
• грузовые перевозки
|
USD/100 т×км
|
0,5
|
1,0
|
1,5
|
2,5
|
3,0
|
0,3
|
0,5
|
0,7
|
|
5. Себестоимость строительства усреднённой двухпутной трассы СТЮ (без инфраструктуры и подвижного состава) при серийном производстве в РФ:
|
|
• на равнине
|
тыс. USD/км
|
1,0
|
1,3
|
1,6
|
1,9
|
2,3
|
0,7
|
1,1
|
1,4
|
|
• на слабопересеченной местности
|
тыс. USD/км
|
1,1
|
1,4
|
1,7
|
2,0
|
2,4
|
0,8
|
1,2
|
1,5
|
|
• на сильнопересеченной местности
|
тыс. USD/км
|
1,5
|
1,8
|
2,1
|
2,4
|
2,8
|
0,9
|
1,3
|
1,6
|
|
• в горах
|
тыс. USD/км
|
2,0
|
2,5
|
3,0
|
3,5
|
4,0
|
1,2
|
1,6
|
1,9
|
|
6. Скорость поточного строительства двухпутной трассы СТЮ
|
м/сутки
|
1000
|
800
|
600
|
400
|
300
|
1000
|
800
|
600
|
|
Наименование показателя
|
Ед.
изм.
|
Параметры
|
|
НАВЕСНОЙ СТЮ
|
ПОДВЕСНОЙ СТЮ
|
|
до
100 км/ч
|
до
200 км/ч
|
до
300 км/ч
|
до
400 км/ч
|
до
500 км/ч
|
до
50
км/ч
|
до
100 км/ч
|
до
150 км/ч
|
|
1. Пропускная способность двухпутной трассы среднего класса СТЮ (вместимость пассажирского модуля – до 25 пасс., грузоподъемность грузового - до 5 т):
|
|
• пассажирская
|
млн.пасс./год
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
15
|
20
|
25
|
|
• грузовая
|
млн.т/ год
|
3
|
4
|
6
|
8
|
10
|
10
|
15
|
20
|
|
2. Минимальный радиус кривых:
|
|
• на станции (в депо)
|
м
|
10
|
20
|
50
|
100
|
200
|
7,5
|
7,5
|
7,5
|
|
• на трассе
|
м
|
500
|
3000
|
6000
|
12000
|
20000
|
200
|
500
|
1500
|
|
3. Средний расход топлива (при переводе электрической энергии в топливо):
|
|
• пассажирские перевозки
|
л/100 пасс.×км
|
0,2
|
0,4
|
0,6
|
1,1
|
1,9
|
0,05
|
0,1
|
0,15
|
|
• грузовые перевозки
|
л/100 т×км
|
0,3
|
0,5
|
0,8
|
1,5
|
2,4
|
0,1
|
0,2
|
0,4
|
|
4. Себестоимость перевозок по скоростной трассе:
|
|
• пассажирские перевозки
|
USD/100 пасс.×км
|
0,6
|
0,8
|
1,0
|
1,5
|
2,0
|
0,3
|
0,5
|
0,7
|
|
• грузовые перевозки
|
USD/100 т×км
|
0,5
|
1,0
|
1,5
|
2,5
|
3,0
|
0,3
|
0,5
|
0,7
|
|
5. Себестоимость строительства усреднённой двухпутной трассы СТЮ (без инфраструктуры и подвижного состава) при серийном производстве в РФ:
|
|
• на равнине
|
тыс. USD/км
|
1,0
|
1,3
|
1,6
|
1,9
|
2,3
|
0,7
|
1,1
|
1,4
|
|
• на слабопересеченной местности
|
тыс. USD/км
|
1,1
|
1,4
|
1,7
|
2,0
|
2,4
|
0,8
|
1,2
|
1,5
|
|
• на сильнопересеченной местности
|
тыс. USD/км
|
1,5
|
1,8
|
2,1
|
2,4
|
2,8
|
0,9
|
1,3
|
1,6
|
|
• в горах
|
тыс. USD/км
|
2,0
|
2,5
|
3,0
|
3,5
|
4,0
|
1,2
|
1,6
|
1,9
|
|
6. Скорость поточного строительства двухпутной трассы СТЮ
|
м/сутки
|
1000
|
800
|
600
|
400
|
300
|
1000
|
800
|
600
|
Стоимостные показатели
Усреднённая стоимость СТЮ (трасса «второго уровня», подвижной состав и инфраструктура «второго уровня») — 40–70 млн. руб./км.
Для сравнения (другие транспортные системы «второго уровня»):
- монорельсовая дорога — 900—1500 млн. руб./км и более;
- системы с магнитным подвешиванием поездов — 1600–1800 млн. руб./км и более;
- высокоскоростные железные дороги в эстакадном исполнении — 1500–1700 млн. руб./км и более;
- традиционные автомобильные и железные дороги в эстакадном исполнении — 900–1500 млн. руб./км и более.
Энергетические характеристики
Расход топлива (или электрической энергии в переводе в топливо) в СТЮ при скорости 360 км/час составляет 0,5–0,7 литра на 100 пассажиро-километров, а мощность привода — 6–8 кВт/пасс.
Для сравнения:
- высокоскоростная железная дорога — 3,5–5 л/100 пасс.-км (40–60 кВт/пасс.);
- авиация — 6–9 л/100 пасс.-км (70–100 кВт/пасс.);
- системы с магнитным подвешиванием поездов — 5–7 л/100 пасс.-км (60–80 кВт/пасс.).
Ресурсный аспект
Характерные затраты материалов на струнную трассу:
Расход металлоконструкций на двухпутную трассу — 200–250 т/км, железобетона — 200–300 куб. м/км.
Для сравнения:
- железная дорога: металлоконструкции — 400–800 т/км, железобетон — 500–800 куб. м/км, щебень — 2000–3000 куб. м/км, объём земляных работ — 10–50 тыс. куб. м/км и более;
- монорельс: металлоконструкции — 1500–3000 т/км, железобетон — 500–1500 куб. м/км.
Струнная транспортная система отнимет под опоры только около 0,01 га/км земли, поэтому практически не уничтожает самый ценный биоресурс на планете — плодородный слой почвы.
Стоимость основных минеральных ресурсов, необходимых для сооружения 1 км усредненной серийной высокоскоростной двухпутной струнной трассы оценивается разработчиком в 30–40 млн. руб. Низкоскоростная трасса будет стоить существенно дешевле. При этом характер территории, по которой (над которой) проводится трасса, не сказывается существенным образом на её стоимости, так как удельный вес опорных конструкций составляет 15–20% в общей стоимости транспортной системы.