顧 博

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

1 概述

包西高鐵銅川至延安段(銅川至延安鐵路)位于陜西省北部，南起西銅城際鐵路銅川站，向北途經銅川市南市區(qū)、北市區(qū)、宜君縣，延安市黃陵縣、洛川縣、富縣、甘泉縣，至包西鐵路延安站，縱貫兩市八區(qū)縣。

本線向南通過西安至銅川城際鐵路連接“大西安”都市圈，向北延伸經榆林、鄂爾多斯至包頭與京包蘭通道銜接，形成縱貫西部地區(qū)、溝通呼包鄂和關中城市群的快速客運大通道，在路網中自北向南依次連接京包蘭、青太銀、徐鄭蘭、西安至成都、西安至武漢、西安至重慶高鐵等路網干線，是國家高速鐵路網的重要組成，是蒙西和陜北地區(qū)通達關中、西南、中南地區(qū)的便捷客運通道。同時，本線擔負著由西安向北帶動沿線城鎮(zhèn)發(fā)展的重任，對架構關中城市群城際鐵路網北向主骨架，完善陜西省“米”字形高鐵網具有重要意義。

2 項目在路網中的定位

2.1 與相關線路的合理分工

根據項目的地理位置和研究年度，路網中相關線路有鄭西高鐵、大西高鐵、包西鐵路、蒙華通道和太中銀鐵路，結合各通道的技術標準、運輸能力、運輸時效性、通道地域文化資源及條件等因素，經比較分析，進行相關線路的合理分工，如表1所示。

表1 本線與路網中相關線路的合理分工

2.2 項目功能定位

根據上述線路的合理分工，可確定包西高鐵在區(qū)域客運網中主要承擔陜北、蒙西與西安、中南、西南等地的區(qū)際旅客運輸任務和陜北與關中地區(qū)的城際客流運輸任務。

因此，銅川至延安鐵路功能定位為：國家高速鐵路網中區(qū)域性快速鐵路，兼顧關中城市群城際鐵路功能。

本線不僅要滿足快速、直達的高速路網功能，還要體現高服務頻率的城際功能，速度目標值的研究是項目建設的重點之一。

3 速度目標值選擇分析

本線為西安至包頭高速鐵路的組成部分，速度目標值的研究首先應滿足高鐵通道需求，其次考慮城際鐵路的需求。

3.1 包西高速鐵路速度目標值分析

3.1.1時間目標值[1-2]

(1)滿足通道需求的時間目標值

包西高鐵建成后，包西通道將形成鐵路、公路、航空并存的交通運輸系統(tǒng)。西安至包頭間航空飛行時間為1.3 h，考慮兩端附加時間3 h，全程旅行時間約4.3 h。本線建成后，不但擁有安全、正點、全天候等優(yōu)勢，而且在旅行時間上應與航空基本持平，西安至包頭旅行時間宜控制在4 h左右。

(2)適應區(qū)域發(fā)展和城際功能的時間目標值

關中城市群城際鐵路時間目標值應符合關中地區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略和城鎮(zhèn)化進程對城鎮(zhèn)間客流出行的需要。城際客流主要是與公路競爭，西安至延安公路旅行時間為3 h，為具備競爭優(yōu)勢，西安至延安間鐵路的時間目標值宜在2 h內。

從通道客流需求及滿足未來城鎮(zhèn)發(fā)展需求方面綜合考慮，西安至延安、包頭的時間目標值宜為2 h、4 h。

3.1.2速度目標值的研究[3]

考慮通道兩端需兼顧城際客流運輸，根據相關文獻[1]，速度目標值合理范圍為200～350 km/h，共研究了200 km/h，250 km/h，250 km/h預留300 km/h，250 km/h預留350 km/h，300 km/h，350 km/h等6個方案。

(1)對工程投資的影響分析

①平面曲線半徑對工程的影響

從地形適應性分析：通道兩端樞紐范圍內，處于城市建筑物密集地段或城市規(guī)劃區(qū)域，小曲線半徑有利于減少拆遷工程和對城市切割干擾。通道南段西安至銅川線路走行于平原區(qū)、渭北黃土臺塬區(qū)，北段綏德至包頭線路主要走行于毛烏素南緣沙地區(qū)，曲線半徑對工程投資影響不明顯，小曲線半徑便于站位靈活設置，減少拆遷、立交有一定的優(yōu)勢；銅川至綏德段基本以橋隧工程通過，各方案工程設置差異不大。

②橋梁結構選型：200 km/h方案可采用箱梁或T梁；其余方案均采用箱梁，梁體體量隨線間距的不同略有不同[4-5]。

③隧道斷面積：350 km/h，300 km/h方案均采用100 m2，而250 km/h方案采用90 m2，200 km/h方案采用72 m2[4-5]。

④軌道類型：350 km/h，300 km/h方案均采用無砟軌道，而250 km/h預留350 km/h，250 km/h預留300 km/h，250 km/h經比選宜采用無砟軌道，200 km/h方案采用有砟軌道[4-5]。

⑤信號系統(tǒng)：350 km/h，300 km/h方案均采用CTCS-3，250 km/h預留350 km/h，250 km/h預留300 km/h，250 km/h方案經技術經濟比選后宜采用CTCS-3，而200 km/h方案采用CTCS-2[4-5]。

⑥牽引供電方式、接觸網懸掛類型：各方案沒有本質區(qū)別，但在接觸網的彈性不均勻度、接觸網與承力索的材質及額定工作張力、腕臂柱材質以及主要零部件選材等方面，速度目標值越高要求相應越高。

包西高速鐵路通道速度目標值方案工程經濟比較見表2。

由表2可見，350 km/h，300 km/h，250 km/h預留350 km/h，250 km/h預留300 km/h四個方案工程投資相差不大，250 km/h和200 km/h方案較其他方案橋隧比重降低較多，工程投資顯著減小。

表2 包西高速鐵路通道速度目標值方案工程經濟比較

(2)對時間目標值的適應性分析

包西高速鐵路通道全長達868 km，不同速度目標值方案旅行時間相差較大，350 km/h較250 km/h方案旅行時間節(jié)省58.5 min，節(jié)時較多。從時間目標值適應性分析，200 km/h方案略差，其他各方案旅行時間均能滿足時間目標值的需求。見表3、表4。

表3 不同速度目標值方案旅行時間比較 min

表4 350 km/h與其他速度目標值方案旅行時間比較 min

(3)路網協(xié)調性分析

從銜接路網分析，包西高速鐵路通道與西安、包頭樞紐及綏德地區(qū)銜接的西武、西渝、西寶、西成、京呼蘭等高鐵密切相關，區(qū)域相鄰線路速度目標值見表5。總體分析，包西高速鐵路通道南端銜接線路以350 km/h為主。從客流流向分析，包西高速鐵路通道跨線客流主要是與鄭西、西武、西渝、西寶等高鐵速度目標值為350 km/h高鐵間交流為主，因此，從與相鄰線協(xié)調匹配方面分析，包西高鐵通道宜采用350 km/h的速度目標值[6-13]。

表5 區(qū)域路網現狀及規(guī)劃線路速度目標值

(4)客流吸引能力分析

根據中鐵第一勘察設計院集團有限公司相關調研成果，西北地區(qū)客流出行平均距離和在途時間大于全國其他地區(qū)，對旅行時間的敏感性強于票價的敏感性，速度越快，旅行時間越短，對客流的吸引能力則越強。以鄭西高鐵、集包線為例，西安—鄭州間旅行時間最短客車G95(1 h 54 min)[14]上座率明顯高于其他高鐵車次，包頭—集寧間旅行時間最短客車D6773(2 h 14 min)[14]的上座率也明顯高于其他車次。因此，對西北地區(qū)客流而言，在旅客支付能力范圍內，線路速度目標值越高，對客流吸引能力越強。

(5)經濟效益分析

不同速度目標值方案的工程投資、客流吸引能力、票價水平、運營成本等對鐵路建設項目的經濟效益有很大影響。見表6。

表6 不同速度目標值方案經濟效益比較

注：計算期采用30年；250 km/h預留350 km/h和250 km/h預留300 km/h方案按近期后提速考慮。

由表6可見，350 km/h方案經濟性最優(yōu)，其次為300 km/h，250 km/h和200 km/方案經濟性相對較差。

考慮按目前的票價水平，350 km/h和250 km/h兩種速度目標值方案，運價率差距較大，350 km/h約為250 km/h的1.8倍，旅客支付的費用與時間節(jié)省不盡合理。根據國家發(fā)改委發(fā)布的《關于改革完善高鐵動車組旅客票價政策的通知》，鐵路企業(yè)對200 km/h及以上的動車組可自主定價，若將250 km/h動車的票價提高至0.40元/人·km后。各方案財務內部收益率見表7。

表7 不同速度目標值方案經濟效益比較(提價后)

注：計算期采用30年；250 km/h預留350 km/h和250 km/h預留300 km/h方案按近期后提速考慮。

由表7可見，即使將250 km/h的動車票價提高至0.40元/人·km，350 km/h方案經濟性仍最優(yōu)，250 km/h方案財務狀況有所改善，較350 km/h方案的財務內部收益率差距縮小。

3.1.3 包西高鐵速度目標值的選擇

包西高鐵是國家高鐵網的重要組成部分，在路網中起著連通南北的作用，承擔蒙西地區(qū)與西南、中南區(qū)際旅客交流，采用350 km/h的速度目標值，與通道功能定位相符；與路網相鄰高鐵線路標準一致，協(xié)調匹配性較好，可有效縮短蒙西地區(qū)與西南、中南地區(qū)及關中和呼包鄂兩大城市群的時空距離，更有利于吸引長途客流，經濟性最優(yōu)。

3.2 銅延鐵路速度目標值選擇分析[2]

從通道建設時序考慮，在運營初期，高鐵通道未形成，以承擔城際客流為主，需細化研究本線速度目標值方案。

3.2.1 不同速度目標值方案工程投資影響分析

銅川至延安段線路主要走行于低山丘陵區(qū)、黃土梁峁區(qū)，地形破碎，起伏較大，溝梁相間，城市多分布于狹窄的溝谷中。不同方案的最小曲線半徑均不能完全適應地形，橋隧比重大。各方案工程投資比較見表8。

由表8可見，銅川至延安段各方案橋隧比重均較高，350 km/h，300 km/h，250 km/h預留350 km/h方案，250 km/h預留300 km/h四個方案工程投資相差不大，250 km/h方案較350 km/h投資節(jié)省約8.6%；200 km/h方案較250 km/h投資節(jié)省約14.2%。

表8 銅川至延安段各速度目標值方案工程經濟比較

3.2.2 財務效益分析

財務效益分析表明，350 km/h的速度目標值方案經濟性最優(yōu)，其次為300 km/h，250 km/h和200 km/h方案經濟性相對差，與通道研究結果趨勢一致。

3.2.3 銅延鐵路速度目標值的選擇

上述分析表明，不同速度目標值方案中項目工程投資差異、財務效益趨勢研究結果與通道基本一致(350 km/h方案最優(yōu))。但考慮本線在運營初期，高鐵通道未形成，以承擔城際客流為主，平均運距短，350 km/h的速度優(yōu)勢暫不能充分發(fā)揮。因此，速度目標值推薦采用250 km/h預留350 km/h。

包西高鐵通道銅川至延安段南側的西安至銅川段，受站位、渭河橋位、引入西安樞紐拆遷工程以及鋪設有砟軌道、預留其他線路接軌條件等因素控制，在樞紐內局部限速[3]。北側的延安至榆林段速度目標值為350 km/h[15]。

本線采用250 km/h預留350 km/h的速度目標值方案，既可以滿足城際客流需求，節(jié)省工程投資，也可以滿足未來高鐵通道的需求。

4 結語

包西高鐵銜接西武、西渝、鄭西、西寶高鐵等多條高標準的線路，主要承擔中長途跨區(qū)客流和沿線城際客流，具備建設高標準通道需求。速度目標值的選擇需統(tǒng)籌考慮通道內各段落承擔的各種運輸任務，通過比較不同速度目標值方案的特點，結合建設時序，進行多方面分析比較，最終確定適合本線功能定位的速度目標值方案為250 km/h預留350 km/h。