馬 晉

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司,天津 300251)

列車速度目標值是短距離城際軌道交通的重要技術(shù)指標,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值都會給運營帶來不利的影響。過高的速度目標值,會造成工程投資的增加,對于站間距并不大的線路,會影響行車效率,對縮短運行時分的效果并不明顯;而過低的速度目標值,不利于吸引客流,同時造成運用車數(shù)量的增加。因此,合理確定各線的速度目標值,對運營組織意義重大。結(jié)合沈陽至撫順快速鐵路客運工程(以下簡稱沈撫線),分析短距離城際軌道交通工程速度目標值的選擇方法。

1 沈撫線的功能定位及時間需求綜合分析

1.1 功能定位

通過研究分析國內(nèi)外城市群發(fā)展的經(jīng)驗可知,當(dāng)城市群內(nèi)的經(jīng)濟發(fā)展到較高水平時,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)間中短途旅客運輸,以實現(xiàn)同城化發(fā)展,縮短各城市、城鎮(zhèn)之間的時空距離,是一種以人為本、環(huán)境友好的新型公交化運輸工具。沈撫線是連接沈陽市至撫順市的快速線,該項目的實施將加快沈撫兩地同城化進程。

1.2 時間需求綜合分析

沈撫線起點位于沈陽市黎明文化宮,與地鐵 1號線在此形成換乘,終點為撫順市盛城街。由于本項目定位為實現(xiàn)沈撫同城化的城際骨干交通,通過調(diào)查客流對時間的要求及參考相關(guān)的短距離城際軌道交通項目,全程旅行時間控制在 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 60min左右。相比之下,本線 45min左右即可到達撫順市盛城街,在節(jié)省 15min旅行時間的情況下,還能多走行 7km左右,大大提高了運輸服務(wù)質(zhì)量。

2 線路長度及車站分布

沈撫線全長 43.107km,其中地下線長 3.030km,高架線長 39.177km,過渡段長 0.900km。全線設(shè)置17座車站(其中預(yù)留 3座車站),不計預(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,合計長度為30907m,占線路總長度的 72.6%,站間距在 1.9～3km的區(qū)段共有 4處,合計長度為9940m,占線路總長度的 23.3%,站間距在1.9km以下的區(qū)段共有 1處,合計長度為1727m,占線路總長度的 4.1%。

3 速度目標值的分析方法及范圍選擇

選擇速度目標值采用的分析方法: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間需求的速度目標值。其次在滿足時間需求的速度范圍內(nèi),分析不同的速度目標值對選擇技術(shù)成熟,經(jīng)濟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)揮不出其運行速度較高的優(yōu)勢,故通過分析車站分布情況來選擇適宜的速度目標值,以達到節(jié)約能源,工程設(shè)計經(jīng)濟合理的目標。

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

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

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

4 時間計算參數(shù)的選擇

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

表1 不同速度目標值的加減速度值及加減速距離

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

5 各速度目標值的運行時分計算

80、100、120km/h速度目標值各區(qū)間運行時分統(tǒng)計見表2。

表2 不同速度目標值各區(qū)間運行時分統(tǒng)計

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

6 速度目標值技術(shù)經(jīng)濟分析與比較

6.1 不同速度目標值主要參數(shù)比較(表3)

表3 不同速度目標值主要參數(shù)比較

6.2 不同速度目標值工程技術(shù)經(jīng)濟分析與比較

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

6.2.1 車輛

不同速度目標值的車輛購置費比較見表4。

表4 不同速度目標值車輛購置費比較

國內(nèi)現(xiàn)有地鐵車輛完全能滿足 100km/h及以下的速度目標值的要求;廣州地鐵 3號線第一批車輛采用進口,在進一步消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上,國內(nèi)生產(chǎn)廠將可以生產(chǎn)出滿足 120km/h速度目標值要求的國產(chǎn)化車輛,但是需要開發(fā)、試驗時間,對于本線若采用120km/h速度目標值,首批車輛仍需要進口。

6.2.2 土建工程

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

80、100、120km/h三種速度目標值對應(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)速度目標值由 80km/h增加到 100km/h時,土建工程的造價僅增加了 1%,當(dāng)速度目標值增大到 120km/h后,土建工程的造價增加非常迅速,達到 10%。

6.2.3 信號

(1)不同速度目標值對信號系統(tǒng)技術(shù)影響的分析

①城軌工程大多采用 80km/h的速度目標值,工程經(jīng)驗多,技術(shù)成熟,也完全能夠滿足本線的行車組織運營要求。

②對于采用 100km/h的速度目標值,國內(nèi)已有實際的工程經(jīng)驗,技術(shù)成熟也完全能夠滿足本線的行車組織運營要求,只是投資較 80km/h速度目標值略有增加。

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

上海地鐵 11號線對列車最高時速 120km進行了研究,但由于為實現(xiàn)該技術(shù)指標需要車輛、屏蔽門等各設(shè)備系統(tǒng)均需做深入研究,未最后實施。

北京機場線設(shè)計最高時速 110km,設(shè)計行車間隔3min,為國內(nèi)第一條無人駕駛線路。信號系統(tǒng)采用國際上最先進的移動閉塞系統(tǒng)。目前該工程僅開通后備系統(tǒng),行車間隔 10min,正式信號系統(tǒng)尚未開通。

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

(2)不同速度目標值對信號系統(tǒng)投資影響的分析

對比 80km/h和 100km/h兩種速度下的信號系統(tǒng)投資,主要是軌旁設(shè)備有一定的差別,對工程總造價影響不大。列車最高速度選擇 100km/h,信號系統(tǒng)投資約1380萬元/km,較國內(nèi)普遍實施的時速 80km的城軌項目每千米投資約增加 50萬 ～80萬元。

7 綜合分析

7.1 從節(jié)約時分方面分析

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

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

圖1 不同速度目標值節(jié)省時分比較

從全程運行時間來看,3個方案中,采用 80km/h方案,運行時間為 47min;采用 100km/h方案,運行時間為 41.9min;采用 120km/h方案,運行時間為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,各速度目標值節(jié)省時分比較如圖1所示,可以看出,100km/h方案較 120km/h方案的節(jié)時效果更為明顯。

另一方面,考察區(qū)間勻速運行距離比例,80km/h和 100km/h方案全線各區(qū)間均能達到最高速度,并能夠保持較長時間的勻速運行,但考慮到 80km/h方案的全程運行時間較長,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行時間;而 120km/h方案的節(jié)時效果不明顯,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、土建兩個方面來進行技術(shù)經(jīng)濟比較(表5)。

表5 不同速度目標值工程技術(shù)經(jīng)濟比較

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

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

綜合以上因素,沈撫線推薦采用 100km/h速度目標值。

8 結(jié)語

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值的節(jié)時效果,另一方面應(yīng)分析研究不同速度目標值工程實施的可行性及對工程投資影響程度。對于站間距較大,適宜選用 120km/h速度目標值的線路,應(yīng)重點研究 120km/h車輛的國產(chǎn)化能力,以及信號、屏蔽門等設(shè)備系統(tǒng)的方案可行性。合理選擇速度目標值,可以有效縮短乘客出行時間,降低工程投資,從而實現(xiàn)軌道交通高效、合理、科學(xué)的建設(shè)目標。

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