Метрополитены мира: Тенденции развития
Метрополитены мира: Тенденции развития
Гарбер В. А. – д-р техн. наук, НИЦ «Тоннели и метрополитены», филиал ОАО ЦНИИС
Одной из основных проблем развития современных городов является создание эффективной сети транспортных коммуникаций, обладающей возможностью оперативного обслуживания мощных пассажиропотоков между промышленными зонами, жилыми районами и культурными центрами.
Важнейшую роль в развитой системе пассажирских коммуникаций играют общественные виды транспорта. В условиях плотной городской застройки наиболее современным и рациональным решением транспортной проблемы представляется сооружение развитой сети метрополитена, прокладываемой в тоннелях, на поверхности земли или на эстакадах.
Главные преимущества метрополитена как внеуличного вида транспорта – высокая (до 100 км/ч) скорость и регулярность движения маршрутных поездов (с интервалами до 1,5 – 2 мин), определяющие большую провозную способность (до 50 – 60 тыс. человек в час в одном направлении). Это позволяет при соответствующем развитии транспортной сети города и организации перевозок обеспечить нахождение в пути на работу и обратно в пределах 15 % рабочего времени, удовлетворяя тем самым одному из основополагающих современных критериев эффективности городского транспорта.
С момента открытия в Лондоне в 1863 г. первой линии метрополитена длиной 3,6 км действующая сеть метрополитенов мира к настоящему времени увеличилась до 6 тыс. км (в более чем в 100 городах мира, в 30 странах) с общей протяженностью линий 4,7 тыс. км и 4,3 тыс. станциями. В метрополитене 1 км линий принято считать в двухпутном исчислении, т. е. в обоих направлениях движения; таким образом, фактическая длина тоннелей вдвое больше и составляет 9,4 тыс. км. Ежегодно в мире строится порядка 160 км линий метрополитена с 175 станциями, а сумма среднегодовых расходов на сооружение и обустройство метрополитенов составляет около 17 млрд. долларов США.
Наиболее крупные метрополитены построены в Лондоне и Нью-Йорке (по 400 км), Париже (300 км), Москве (264 км). На территории бывшего СССР эксплуатируется 15 метрополитенов, из них: в России – 7, Украине – 3, Белоруссии, Грузии, Армении, Азербайджане и Узбекистане – по 1. Ведутся проектные работы и начато строительство метрополитенов еще в пяти городах России.
Наибольший объем работ запланирован в Токио (Япония), где уже к настоящему времени имеется проект увеличения протяженности сети на 150 км. Ведется строительство метрополитенов в Сингапуре, Мадрасе, Гаване, Анкаре, Тегеране и других городах, проектируется – в Алжире, Багдаде, Дамаске, Триполи, Боготе, Лиме.
Характерно при этом, что до недавнего времени строительство метрополитена считалось оправданным в крупных агломерациях с численностью населения не менее 1 млн. человек. Однако в последние 15 лет новые технологии обеспечили возможность быстро и без ущерба для окружающей среды прокладывать линии метро, сочетающие комфорт, безопасность и скорость передвижения пассажиров (при наличии современного подвижного состава и высокого уровня автоматизации управления и диспетчерской службы), и обусловили строительство метрополитенов в отдельных административно-культурных и промышленно-торговых центрах Европы (Франкфурт-на-Майпе, Нюрнберг, Ньюкасл, Ливерпуль, Лилль, Роттердам, Стокгольм, Хельсинки, Осло и Амстердам) и Северной Америки (Кливленд, Вашингтон, Балтимор, Бостон, Буффало) со значительно меньшим числом жителей.
Процесс сооружения метрополитенов и тоннелей транспортных коммуникаций в силу специфики подземного строительства и требований эксплуатации представляет собой одну из наиболее технически сложных и трудоемких областей современного строительного производства. В этом процессе можно выделить два основных этапа:
- первый, наиболее трудоемкий и дорогостоящий, включает проходку выработок и возведение постоянной несущей конструкции-обделки; на этом этапе решается задача обеспечения надежности и долговечности сооружения;
- второй, призванный обеспечить условия для устойчивой и комфортабельной эксплуатации сооружения, предполагает устройство путей, архитектурно-отделочные работы и оснащение выработок постоянными технологическими устройствами (электротехническими, сантехническими, связи и автоматики).
В комплекс подземного транспортного сооружения в общем виде входят:
- при строительстве тоннеля – основной тоннель, вспомогательные выработки (разведочные и транспортно-дренажные штольни, сбойки, руддворы и т. п.) и вертикальные шахтные стволы;
- при строительстве линий метрополитена – станционные, перегонные и эскалаторные тоннели, шахтные стволы, камеры различного назначения (водоотливной установки, вентиляционные, санузлы, медпункты, камеры съездов, службы пути, ДСП, тягово-понизительные подстанции), кабельные ходки, наземные вестибюли станций.
Конструкции постоянных эксплуатационных устройств и подвижного состава также требуют своего решения на уровне мировых достижений. В их развитии определяющим направлением в мире является создание экономичных комфортабельных и безопасных систем с оптимальными малогабаритными характеристиками и структурой тягового подвижного состава, повышенные требования к безопасности движения, которые реализуются в странах Европы, США и Японии путем внедрения автоведения, автоматического управления и диагностики оборудования, а на ряде новых метрополитенов (Лилль, Ванкувер и др.) – путем полной автоматизации всех систем эксплуатации метрополитена на базе ЭВМ и микропроцессоров.
Ниже приводятся некоторые основные показатели крупнейших метрополитенов мира.
По годовому объему перевозок первое место среди зарубежных метрополитенов занимает Токийский, который перевозит более 2100 млн. человек ежегодно. Парижский перевозит более 1400 млн. человек, Нью-Йоркский – более 1100 млн. человек, метрополитен Мехико – более 1050 млн. пассажиров в год.
Техническая скорость на зарубежных метрополитенах сравнительно невысока. В метро Филадельфии она составляет 60 км/ч, Вашингтона – 56, Сан-Франциско – 53, на экспрессной линии Парижа – 48, в Хельсинки – 43 км/ч.
Решающим условием, влияющим на доходность зарубежных метрополитенов, является комфортабельность перевозок, культура обслуживания пассажиров. Для этого станции оборудуются новейшей системой информации, которая основывается на применении символов, индексов, пиктограмм, световых табло. Широкое распространение получают билетные автоматы, принимающие бумажные деньги и дающие сдачу. В условиях постоянно растущих цен на проезд в метрополитенах эти автоматы весьма перспективны. Широко также внедряются на станциях движущиеся тротуары, преимуществом которых является сокращение расходов на сооружение просторных пешеходных переходов, так как горизонтальные эскалаторы требуют меньших площадей. Устанавливаются также системы телевизионного контроля за вестибюлями, платформами, эскалаторами.
Значительно изменился за последнее время и подвижной состав. Вагоны, как правило, имеют принудительную вентиляцию. Кузова сооружаются из сверхпрочной коррозионностойкой стали или алюминиевых сплавов. Главная задача, которая решается при конструировании вагонов, – это снижение расходов электроэнергии и повышение комфортабельности. Усиление условий пожаробезопасности осуществляется по двум направлениям: во-первых, за счет расширения применения несгораемых и огнестойких материалов на подвижном составе и при оборудовании станций, во-вторых, путем оснащения подвижного состава средствами защиты от токов высокой частоты, которые могут привести к возгоранию вагона. Этим же целям служит оборудование станций и поездов автоматическими, централизованными системами противопожарной сигнализации, установка специальных датчиков, температурных детекторов и систем автоматического огнетушения.
Метрополитен Лондона Первая в мире подземная железная дорога. Метрополитен работает с 5 ч утра до 1 ч ночи. Техническое обслуживание производится за 4 ч ночью. В часы пик интервал между поездами достигает 100 – 120 с. Для посадки пассажиров поезд стоит на станциях 20 – 25 с.
Рис. 1. Схема метрополитена Лондона
Токосъем осуществляется, как правило, с третьего контактного рельса, установленного сбоку вдоль путей. В середине рельсового пути уложен еще один контактный рельс для обратного тока. Контактные рельсы токосъема и обратного тока устанавливаются на фарфоровых изоляторах, что в значительной степени препятствует возникновению блуждающих токов, вызывающих коррозию металла и снижающих надежность работы устройств СЦБ и связи.
Путевые рельсы уложены на деревянных шпалах, «одетых в бетонные рубашки».
Для доставки пассажиров к поездам и обратно используются лифты и эскалаторы.
Метрополитен Нью-Йорка
Нью-Йорк – один из крупнейших городов мира, финансовая, торговая и транспортная столица США. В городе сосредоточена значительная часть обрабатывающих, машиностроительных, электротехнических предприятий.
Рис. 2. Схема метрополитена Нью-Йорка
В его составе 27 линий протяженностью 369,8 км и 461 станция, принадлежащая компании НИКТА. Значительный объем перевозок осуществляется по участкам компании ПАТХ протяженностью 22,4 км с тринадцатью станциями, которые построены в более поздний период.
Метрополитен обслуживает общую площадь 770 км2. Густота его сети 0,5 км/км2. Первый тоннельный участок построен в 1904 г. Большинство линий – двухпутные, но есть немало трехпутных и даже четырехпутных участков. На линии Лонг-Айленд тоннель выполнен в два этажа, один из которых используется для поездов метрополитена, другой – как железнодорожный. Перроны расположены сбоку от путей. На четырехпутных линиях перроны – островные, к ним ведут подземные переходы. На глубокие станции можно спуститься с помощью эскалаторов или лифтов. Основной способ обеспечения безопасности движения поездов – путевая автоматическая блокировка, начато внедрение автоведения
Метрополитен Торонто
Население канадского города Торонто составляет более 2,1 млн. человек. Первый канадский метрополитен был сдан в эксплуатацию именно в Торонто в 1954 г. Сейчас две его двухпутные линии имеют протяженность 56,9 км с 61 станцией.
Особенностями транспортной сети города, являющегося крупнейшим промышленным городом страны, являются:
- перпендикулярное расположение линий, которые пересекаются в центре города;
- тесное взаимодействие метрополитена с наземным транспортом, маршруты которого замыкаются на станциях метро, являющихся, в свою очередь, пересадочными.
Линии, в основном, проходят в открытых и закрытых выемках и лишь небольшая их часть – в тоннелях. Максимальная пропускная способность – 30 пар поездов в 1 ч, в состав которых входит от четырех до восьми вагонов.
Все станции метро оборудованы эскалаторами. Контроль входа на станции осуществляется автоматическими контрольными пунктами, обрабатывающими билеты с магнитной закодированной пленкой. В вестибюлях станций установлены денежные автоматы и автоматы для приобретения проездных билетов.
В течение всего времени работы метрополитена входы на станции находятся под постоянным наблюдением телевизионных камер.
При входах на станции установлены громкоговорители для передачи информации пассажирам, находящимся в вестибюле.
Под станцией «Киил» расположены поворотные петли трамвайных путей и автобусных линий. Другой особенностью этой станции являются движущиеся тротуары, по которым пассажиры доставляются на платформу.
Движущийся тротуар оборудован лентой конвейера шириной 1220 мм, длиной 30 м. Скорость движущегося тротуара приблизительно 27,5 м/мин, провозная способность 7200 пассажиров в 1 ч.
Метрополитен Мехико (Мексика)
Население мексиканской столицы превышает 10 млн. человек и постоянно растет. Плотность составляет 18 тыс. жителей на 1 км2. Главным городским видом транспорта является метрополитен, сеть которого в настоящее время имеет протяженность около 112 км со 105 станциями. На 10 станциях расположены пересадочные узлы. По количеству перевозимых пассажиров он находится в числе 10 крупнейших метрополитенов мира, им ежегодно пользуются более 900 млн. пассажиров. В сутки метрополитеном перевозится от 2,8 до 3,1 млн. человек.
В одном направлении в течение часа может быть максимально перевезено 51,4 тыс. человек.
Минимальный интервал между поездами 115 с, участковая скорость 30 км/ч. В часы пик на линии курсируют до 140 поездов.
Вождение поездов производится одним машинистом без помощника. Токосъем осуществляется с третьего рельса, находящегося под напряжением 750 В постоянного тока,
Перегоны оборудованы автоблокировкой. Управление осуществляется из центрального поста. В одном из помещений поста установлены аппаратура и световое табло для управления первыми шестью линиями. Диспетчер может, используя связь с машинистами, регулировать интервалы движения, обеспечивать работу энергетического оборудования, контролировать работу автоблокировки.
Управление работой остальных трех линий осуществляется из второго диспетчерского зала.
На метрополитене действует система автоматического ведения поездов и система авторегулирования скорости их движения.
Токийский метрополитен Столица Японии Токио – самый крупный город мира. Вместе с Иокогамой и пригородами население города составляет около 30 млн. человек. Метрополитен Токио перевозит большое количество пассажиров, которые предпочитают собственному транспорту общественный, поскольку он доставляет их на работу или с работы значительно быстрее. По годовому объему перевозок Токийский метрополитен уступает только Московскому метрополитену, перевозя ежегодно более 2,1 млрд. пассажиров.
Рис. 3. Схема метрополитена Токио
Около 85 % линий метрополитена проходят в тоннелях и лишь 15 % – на эстакадах или по поверхности. Это объясняется, прежде всего, дороговизной земли, стоимость которой из года в год возрастает и сейчас превышает 8 млн. иен (около 25 тыс. руб.) за 1м2.
На большинстве линий действует автоматическая блокировка с трехзначной сигнализацией и автостопами, а подвижной состав оборудован системами ограничения скорости. Вождение поездов осуществляется непосредственно машинистом, только одна линия оборудована системой автоматического ведения поездов.
На японских метрополитенах эксплуатируется подвижной состав, отвечающий современным техническим требованиям. Кузов выполнен из нержавеющей стали или алюминиевых сплавов, торможение – рекуперативное. Длина состава – от 5 до 10 вагонов в зависимости от пассажиропотока. Минимальный интервал между поездами 110 с, вместимость вагона 140 – 160 пассажиров.
Метрополитен Парижа
Рис. 4. Схема метрополитена Парижа
На Парижском метрополитене впервые в мире стал использоваться подвижной состав на пневмошинах. В настоящее время такие вагоны эксплуатируются на четырех линиях. Подобные вагоны, построенные французскими фирмами, работают также в Мехико, Монреале, Сантьяго, на одной из линий в Милане.
На многих участках Парижского метрополитена работает система автоматического ведения поездов, которая обеспечивает автоматическое, безопасное движение метровагонов по участку. Автоведение обеспечивает также регулирование скорости в зависимости от заданной схемы движения и ситуации на участке и высокую точность остановки на станции. Для того, чтобы машинист не потерял навыков управления, в поездах устанавливаются устройства ручного контролируемого управления, которое позволяет машинисту периодически отключать автоведение и самому вести поезд. Система автоведения позволяет в случае возникновения в ней неисправностей обеспечить автоматическую остановку поезда и переход на ручное управление.
Метрополитен Мадрида
Движение поездов на первой линии Мадридского метрополитена было открыто в 1919 г. С тех пор построено и введено в эксплуатацию еще 9 линий. В настоящее время протяженность линий (все с левосторонним движением) составляет 105 км со 145 станциями. Средняя длина перегона примерно 800 м.
Длина станций рассчитана на 4- и 5-вагонные поезда. На некоторых, менее загруженных, линиях эксплуатируются поезда, состоящие из трех вагонов.
Ежедневно метрополитен Мадрида перевозит 1, 2 млн. пассажиров при населении города около 3 млн. человек.
В последние годы на ряде линий внедрено автоведение и система автоматического регулирования скорости. При автоведении машинисты только открывают и закрывают двери, а также отправляют поезд, нажимая на кнопку «пуск», остальную работу по ведению поезда осуществляет автоматика.
Система автоматического регулирования скорости не позволяет машинисту превысить скорость (в этом случае произойдет электроторможение), а также обеспечивает остановку поезда у запрещающего сигнала. При неисправном устройстве сигнализации машинист может нажать на специальную кнопку на пульте управления и вручную вести поезд со скоростью не более 20 км/ч.
На линиях, оборудованных автоведением и системой автоматического регулирования скорости, ведение поезда осуществляется одним машинистом, на неавтоматизированных участках – машинистом и его помощником.
Все поезда оборудованы поездной радиосвязью машиниста с диспетчером. Передача радиосигналов осуществляется по волноводу, проложенному на протяжении всего участка.
Метрополитен Мюнхена
Метрополитен столицы Баварии, насчитывающей 1,8 млн. жителей, состоит из трех основных и нескольких ответвляющихся линий радиального направления, которые в целях рациональных пересадочных возможностей многократно пересекаются друг с другом.
Строительство метрополитена было значительно ускорено в связи с подготовкой к проведению Олимпийских игр (1972 г.).
Среднесуточное число пассажиров 600 тыс. человек. Рекордная перевозка была отмечена во время Олимпиады – 30 тысяч пассажиров в 1 ч в одном направлении.
Путь имеет колею 1435 мм, деревянные или бетонные шпалы, уложенные на щебеночном балласте толщиной 22 см. На некоторых участках для снижения шума под щебеночной подушкой уложены эластичные прокладки с резиновым наполнителем.
Энергоснабжение осуществляется на постоянном токе напряжением 750 В.
Изоляторы контактных рельсов изготовлены из полистирола, усиленного стекловолокном.
Сигнальная система, благодаря непрерывному контролю скорости движения и автоматическому вождению поездов, обеспечивает надежное движение поездов с интервалами 90 с.
Линия оборудована автоматическими устройствами по переводу стрелок, которые выполняются установленными в системе управления ЭВМ.
Диспетчер, контролирующий движение, видит на цветном мониторе, также связанном с ЭВМ, положение поездов на схеме дорожной сети, их маршрут, длину поезда, положение стрелки и т. д.
Участки оборудованы двусторонней автоблокировкой с автостопами, что гарантирует бесперебойную работу при неисправности системы автоматического вождения поездов.
Мини-метро
Одним из путей снижения стоимости строительства метрополитена, его капиталоемкости, трудоемкости и материалоемкости является сокращение размеров подвижного состава, тоннелей и модернизация.
Отсюда возникло понятие «мини-метрополитен» (мини-метро), которое определяется как малогабаритный автоматизированный внеуличный скоростной вид городского пассажирского транспорта.
В настоящее время малогабаритные с той или иной степенью автоматизации метрополитены эксплуатируются, строятся и проектируются в 31 городе 14 стран мира: Франция (7 городов), Япония (5 городов), США (4 города), Канада, Швейцария, Италия и Испания (по 2 города), Колумбия, Тайвань, Великобритания, Дания, Словакия, Мексика, Малайзия (по 1 городу).
По имеющимся данным суммарная протяженность мини-метрополитенов, находящихся в эксплуатации, не превышает 160 км и составляет не более 3 % от общей протяженности существующих в мире метрополитенов.
Анализ мирового опыта проектирования, строительства и эксплуатации систем мини-метро выявил следующие характерные особенности таких систем:
- меньшее, по сравнению с обычным метрополитеном, поперечное сечение перегонных тоннелей: в Великобритании внутренний диаметр 1-путных тоннелей 3,6 – 3,8 м; в Японии – 4,3 м; во Франции диаметр 2-путного тоннеля 6,8 м;
- меньшие, по сравнению с обычным метрополитеном, габариты подвижного состава:
система «VAL» (Франция): ширина вагона 2,06, высота 3,25 м; система «Sку Train» (Канада): ширина вагона 2,5, высота 3,125 м;
система «Метеор» (Франция): ширина вагона 2,448, высота 3,47 м;
система 12 (Япония): ширина вагона 2,5, высота 3,15 м;
система «Бреда» (Италия): ширина вагона 2,65, высота 3,255 м;
- применение вместо роторных линейных индукционных двигателей;
- количество вагонов в составе – не более 6;
- средняя эксплуатационная скорость, включая время на остановки, – не менее 30 км/ч;
- пассажиропотоки – не более 15 тыс. пассажиров в 1 ч;
- провозная способность – до 30 тыс. пассажиров в 1 ч;
- минимальный радиус кривых в плане для главных путей 150 м;
- максимальный продольный уклон трассы 60 %;
- среднее расстояние между станциями 500 м;
- проложение обособленных путей – без пересечений в одном уровне;
- высокая степень автоматизации управления движением, вплоть до полностью автоматической системы управления движением поездов (без машиниста);
- меньшая, по сравнению с обычным метрополитеном:
стоимость строительства работ составляет примерно 50 % от стоимости строительства обычного метрополитена;
полная стоимость строительства и эксплуатации сокращается примерно на 20 % относительно обычных метрополитенов;
- повышенная безопасность пассажиров на станциях: закрытая платформа, на которой имеются прозрачные постоянно закрытые двери; двери открываются только при остановке за ними поезда. Открытие дверей на станции и в поезде происходит синхронно;
- применение на ряде мини-метро подвижного состава на пневмошинах.
Статья опубликована в журнале «Транспортное строительство», № 4 стр. 35-36 и в № 5 стр.28-30 за 2011 г.,
