馬 晉

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

列車速度目標(biāo)值是短距離城際軌道交通的重要技術(shù)指標(biāo),它直接影響土建工程規(guī)模及設(shè)備系統(tǒng)的選擇。它的選擇與線路長(zhǎng)度、客流構(gòu)成、站間距離以及服務(wù)水平密切相關(guān),過高或過低的速度目標(biāo)值都會(huì)給運(yùn)營(yíng)帶來不利的影響。過高的速度目標(biāo)值,會(huì)造成工程投資的增加,對(duì)于站間距并不大的線路,會(huì)影響行車效率,對(duì)縮短運(yùn)行時(shí)分的效果并不明顯;而過低的速度目標(biāo)值,不利于吸引客流,同時(shí)造成運(yùn)用車數(shù)量的增加。因此,合理確定各線的速度目標(biāo)值,對(duì)運(yùn)營(yíng)組織意義重大。結(jié)合沈陽(yáng)至撫順快速鐵路客運(yùn)工程(以下簡(jiǎn)稱沈撫線),分析短距離城際軌道交通工程速度目標(biāo)值的選擇方法。

1 沈撫線的功能定位及時(shí)間需求綜合分析

1.1 功能定位

通過研究分析國(guó)內(nèi)外城市群發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)可知,當(dāng)城市群內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展到較高水平時(shí),就有必要研究城際軌道交通來承擔(dān)區(qū)域內(nèi)城市、城鎮(zhèn)間中短途旅客運(yùn)輸,以實(shí)現(xiàn)同城化發(fā)展,縮短各城市、城鎮(zhèn)之間的時(shí)空距離,是一種以人為本、環(huán)境友好的新型公交化運(yùn)輸工具。沈撫線是連接沈陽(yáng)市至撫順市的快速線,該項(xiàng)目的實(shí)施將加快沈撫兩地同城化進(jìn)程。

1.2 時(shí)間需求綜合分析

沈撫線起點(diǎn)位于沈陽(yáng)市黎明文化宮,與地鐵 1號(hào)線在此形成換乘,終點(diǎn)為撫順市盛城街。由于本項(xiàng)目定位為實(shí)現(xiàn)沈撫同城化的城際骨干交通,通過調(diào)查客流對(duì)時(shí)間的要求及參考相關(guān)的短距離城際軌道交通項(xiàng)目,全程旅行時(shí)間控制在 45min左右較為適宜。

通過調(diào)查沿線的公交服務(wù)系統(tǒng),由沈陽(yáng)市開往撫順市的高速客車,從黎明文化宮至撫順南站,全程共需時(shí) 60min左右。相比之下,本線 45min左右即可到達(dá)撫順市盛城街,在節(jié)省 15min旅行時(shí)間的情況下,還能多走行 7km左右,大大提高了運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量。

2 線路長(zhǎng)度及車站分布

沈撫線全長(zhǎng) 43.107km,其中地下線長(zhǎng) 3.030km,高架線長(zhǎng) 39.177km,過渡段長(zhǎng) 0.900km。全線設(shè)置17座車站(其中預(yù)留 3座車站),不計(jì)預(yù)留站,平均站間距為3275m,最大站間距為6500m(位于望花街站—大官屯站區(qū)間);最小站間距為1727m(位于黎明文化宮站—長(zhǎng)安路站區(qū)間)。其中站間距在 3km以上的區(qū)段共有 8處,合計(jì)長(zhǎng)度為30907m,占線路總長(zhǎng)度的 72.6%,站間距在 1.9～3km的區(qū)段共有 4處,合計(jì)長(zhǎng)度為9940m,占線路總長(zhǎng)度的 23.3%,站間距在1.9km以下的區(qū)段共有 1處,合計(jì)長(zhǎng)度為1727m,占線路總長(zhǎng)度的 4.1%。

3 速度目標(biāo)值的分析方法及范圍選擇

選擇速度目標(biāo)值采用的分析方法:首先,應(yīng)根據(jù)線路的功能定位,選擇應(yīng)能滿足全線的旅行時(shí)間需求的速度目標(biāo)值。其次在滿足時(shí)間需求的速度范圍內(nèi),分析不同的速度目標(biāo)值對(duì)選擇技術(shù)成熟,經(jīng)濟(jì)合理的工程措施和設(shè)備系統(tǒng)等方面的影響。最后,由于最高速度值不同的列車,其加減速度不同,因此列車加、減速所需的時(shí)間和走行距離也就不同,如果站間距較短,則列車發(fā)揮不出其運(yùn)行速度較高的優(yōu)勢(shì),故通過分析車站分布情況來選擇適宜的速度目標(biāo)值,以達(dá)到節(jié)約能源,工程設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的目標(biāo)。

80km/h是目前國(guó)內(nèi)外軌道交通項(xiàng)目普遍采用的速度目標(biāo)值,各種配套技術(shù)非常成熟,經(jīng)概略分析,80 km/h的速度有可能實(shí)現(xiàn)沈撫線的時(shí)間需求或者相差不多。

100km/h及 120km/h的速度目標(biāo)值在國(guó)內(nèi)軌道交通工程中已有采用,經(jīng)概略分析,完全可以實(shí)現(xiàn)沈撫線的時(shí)間需求。

140km/h的速度目標(biāo)值在國(guó)內(nèi)軌道交通工程中尚未被采用,再加上沈撫線站間距相對(duì)較小,因此本次研究暫不考慮 140km/h速度目標(biāo)值的比選,研究范圍確定為 80、100、120km/h共 3個(gè)速度擋。

4 時(shí)間計(jì)算參數(shù)的選擇

計(jì)算參數(shù)的選擇主要是指不同速度目標(biāo)值所采用的加減速度,根據(jù)有關(guān)車輛參數(shù),不同速度目標(biāo)值的加減速度及對(duì)應(yīng)的列車加減速距離見表1。

表1 不同速度目標(biāo)值的加減速度值及加減速距離

從表1可以看出,80km/h的速度目標(biāo)值的合理站間距離在 0.8km以上,100km/h的速度目標(biāo)值的合理站間距離在1.2km以上,120km/h的速度目標(biāo)值的合理站間距離在 1.9km以上。

5 各速度目標(biāo)值的運(yùn)行時(shí)分計(jì)算

80、100、120km/h速度目標(biāo)值各區(qū)間運(yùn)行時(shí)分統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 不同速度目標(biāo)值各區(qū)間運(yùn)行時(shí)分統(tǒng)計(jì)

由表2可知,80km/h方案全程運(yùn)行時(shí)間為 47 min;100km/h方案全程運(yùn)行時(shí)間為 41.9min;120km/h方案全程運(yùn)行時(shí)間 40.3min。120km/h方案與 100 km/h方案相比,全線僅節(jié)約運(yùn)行時(shí)分 1.6min,而 100 km/h方案與 80km/h方案相比,全線可節(jié)約運(yùn)行時(shí)分5.1min。

6 速度目標(biāo)值技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與比較

6.1 不同速度目標(biāo)值主要參數(shù)比較(表3)

表3 不同速度目標(biāo)值主要參數(shù)比較

6.2 不同速度目標(biāo)值工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與比較

下面分別從車輛、土建、信號(hào)等 3個(gè)方面來分析選取不同速度目標(biāo)值在工程技術(shù)和投資方面的差異。

6.2.1 車輛

不同速度目標(biāo)值的車輛購(gòu)置費(fèi)比較見表4。

表4 不同速度目標(biāo)值車輛購(gòu)置費(fèi)比較

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有地鐵車輛完全能滿足 100km/h及以下的速度目標(biāo)值的要求;廣州地鐵 3號(hào)線第一批車輛采用進(jìn)口,在進(jìn)一步消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠將可以生產(chǎn)出滿足 120km/h速度目標(biāo)值要求的國(guó)產(chǎn)化車輛,但是需要開發(fā)、試驗(yàn)時(shí)間,對(duì)于本線若采用120km/h速度目標(biāo)值,首批車輛仍需要進(jìn)口。

6.2.2 土建工程

速度目標(biāo)值的選取對(duì)土建工程的影響較大,速度目標(biāo)值越高,則要求的限界也越大。對(duì)于地下線來說,就要增大其結(jié)構(gòu)斷面尺寸,對(duì)于高架線來說,則需要增加橋面寬度,這將使得土建工程費(fèi)用相應(yīng)增加。

80、100、120km/h三種速度目標(biāo)值對(duì)應(yīng)的土建工程投資分別為:141364、142946、156193萬元。

從上述數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)速度目標(biāo)值由 80km/h增加到 100km/h時(shí),土建工程的造價(jià)僅增加了 1%,當(dāng)速度目標(biāo)值增大到 120km/h后,土建工程的造價(jià)增加非常迅速,達(dá)到 10%。

6.2.3 信號(hào)

(1)不同速度目標(biāo)值對(duì)信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)影響的分析

①城軌工程大多采用 80km/h的速度目標(biāo)值,工程經(jīng)驗(yàn)多,技術(shù)成熟,也完全能夠滿足本線的行車組織運(yùn)營(yíng)要求。

②對(duì)于采用 100km/h的速度目標(biāo)值,國(guó)內(nèi)已有實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn),技術(shù)成熟也完全能夠滿足本線的行車組織運(yùn)營(yíng)要求,只是投資較 80km/h速度目標(biāo)值略有增加。

③廣州地鐵 3號(hào)線設(shè)計(jì)最高時(shí)速 120km,采用大站間距快速線的設(shè)計(jì)思路,目前僅開通后備系統(tǒng),行車間隔 6min,正式信號(hào)系統(tǒng)(基于感應(yīng)環(huán)線的移動(dòng)閉塞系統(tǒng))尚未開通。

上海地鐵 11號(hào)線對(duì)列車最高時(shí)速 120km進(jìn)行了研究,但由于為實(shí)現(xiàn)該技術(shù)指標(biāo)需要車輛、屏蔽門等各設(shè)備系統(tǒng)均需做深入研究,未最后實(shí)施。

北京機(jī)場(chǎng)線設(shè)計(jì)最高時(shí)速 110km,設(shè)計(jì)行車間隔3min,為國(guó)內(nèi)第一條無人駕駛線路。信號(hào)系統(tǒng)采用國(guó)際上最先進(jìn)的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)。目前該工程僅開通后備系統(tǒng),行車間隔 10min,正式信號(hào)系統(tǒng)尚未開通。

鑒于 120km/h速度目標(biāo)值所采用的信號(hào)系統(tǒng)在城軌交通工程中尚未真正實(shí)施,加上沈撫線站間距又不是很大,行車間隔較小,很難實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行。若本線采用 120km/h速度目標(biāo)值,則需對(duì)信號(hào)系統(tǒng)方案和投資進(jìn)行更深入的研究。

(2)不同速度目標(biāo)值對(duì)信號(hào)系統(tǒng)投資影響的分析

對(duì)比 80km/h和 100km/h兩種速度下的信號(hào)系統(tǒng)投資,主要是軌旁設(shè)備有一定的差別,對(duì)工程總造價(jià)影響不大。列車最高速度選擇 100km/h,信號(hào)系統(tǒng)投資約1380萬元/km,較國(guó)內(nèi)普遍實(shí)施的時(shí)速 80km的城軌項(xiàng)目每千米投資約增加 50萬 ～80萬元。

7 綜合分析

7.1 從節(jié)約時(shí)分方面分析

從滿足本線功能定位的時(shí)間需求分析,80km/h方案的旅行時(shí)間偏長(zhǎng),不符合需求。其余兩個(gè)方案均滿足時(shí)間需求,故 80km/h方案予以淘汰。

一般認(rèn)為列車在區(qū)間保持勻速運(yùn)行距離的比例占整個(gè)區(qū)間的 50%以上,是比較合適的。100km/h方案保持勻速運(yùn)行距離的比例占整個(gè)區(qū)間的 84.6%,120 km/h方案保持勻速運(yùn)行距離的比例占整個(gè)區(qū)間的15.4%,120km/h方案與沈撫線的車站布置及客流特點(diǎn)的實(shí)際情況不相適應(yīng)。

圖1 不同速度目標(biāo)值節(jié)省時(shí)分比較

從全程運(yùn)行時(shí)間來看,3個(gè)方案中,采用 80km/h方案,運(yùn)行時(shí)間為 47min;采用 100km/h方案,運(yùn)行時(shí)間為 41.9min;采用 120km/h方案,運(yùn)行時(shí)間為40.3min。120km/h方案較 100km/h方案僅快了1.6min,而 100km/h方案較 80km/h方案快了 5.1 min,各速度目標(biāo)值節(jié)省時(shí)分比較如圖1所示,可以看出,100km/h方案較 120km/h方案的節(jié)時(shí)效果更為明顯。

另一方面,考察區(qū)間勻速運(yùn)行距離比例,80km/h和 100km/h方案全線各區(qū)間均能達(dá)到最高速度,并能夠保持較長(zhǎng)時(shí)間的勻速運(yùn)行,但考慮到 80km/h方案的全程運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng),因此采用 100km/h方案是較適宜的,可以較大程度地縮短全程運(yùn)行時(shí)間;而 120km/h方案的節(jié)時(shí)效果不明顯,因此不適宜采用。

7.2 從工程投資方面分析

選用不同的速度目標(biāo)值,在許多專業(yè)方面將存在技術(shù)可行性和工程投資方面的差異,下面主要從車輛、土建兩個(gè)方面來進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較(表5)。

表5 不同速度目標(biāo)值工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

由于采用 100km/h的速度目標(biāo)值提高了全線旅行速度,從而減少了車輛的配屬列數(shù),降低了車輛的購(gòu)置費(fèi)。

由以上分析可以看出,120km/h方案投資增加過多,且節(jié)時(shí)效果不明顯;而 100km/h方案,技術(shù)成熟,投資節(jié)省,節(jié)時(shí)效果明顯。

綜合以上因素,沈撫線推薦采用 100km/h速度目標(biāo)值。

8 結(jié)語(yǔ)

短距離城際軌道交通工程及城市軌道交通市域線速度目標(biāo)值的選擇,一方面要結(jié)合全線車站分布情況比較采用不同速度目標(biāo)值的節(jié)時(shí)效果,另一方面應(yīng)分析研究不同速度目標(biāo)值工程實(shí)施的可行性及對(duì)工程投資影響程度。對(duì)于站間距較大,適宜選用 120km/h速度目標(biāo)值的線路,應(yīng)重點(diǎn)研究 120km/h車輛的國(guó)產(chǎn)化能力,以及信號(hào)、屏蔽門等設(shè)備系統(tǒng)的方案可行性。合理選擇速度目標(biāo)值,可以有效縮短乘客出行時(shí)間,降低工程投資,從而實(shí)現(xiàn)軌道交通高效、合理、科學(xué)的建設(shè)目標(biāo)。

[1] GB50157— 2003,地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB50490—2009,城市軌道交通技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 建標(biāo) 104—2008,城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 農(nóng)興中.廣州地鐵 3號(hào)線最高行車速度的確定[J].城市軌道交通研究,2003(3).

[5] 周翊民.城市軌道交通市郊線的功能及技術(shù)特征[J].城市軌道交通研究,2007(8).

[6] 姬 霖.城際軌道交通廣佛線線路方案研究[J].都市快軌交通,2004(2).

[7] 梁廣深.地鐵設(shè)計(jì)中幾個(gè)熱點(diǎn)問題的探討[J].城市軌道交通研究,2002(1).

[8] 蘇 梅.我國(guó)城市鐵路最高設(shè)計(jì)速度值研究[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息,2004(4).

[9] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.沈陽(yáng)至鐵嶺城際鐵路工程可行性研究報(bào)告[R].沈陽(yáng):2009.

[10] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.沈陽(yáng)至撫順快速鐵路客運(yùn)工程一期工程可行性研究[R].天津:2007.