馬紅偉

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安 710043)

速度目標值是高速鐵路重要標準之一，是確定項目規(guī)模、設(shè)備配置、工程投資的重要基礎(chǔ)，選擇合適的速度目標值應(yīng)綜合分析項目在鐵路網(wǎng)中的作用、運輸需求、工程條件等，并符合旅行時間目標值的要求[1]。西安至安康高速鐵路向南延伸至重慶，構(gòu)成西渝高鐵，為國家“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)包海通道重要組成部分[2]。結(jié)合項目所在區(qū)域路網(wǎng)構(gòu)成，為充分反映主要技術(shù)標準的合理性，速度目標值先按西渝高鐵全線進行研究，再對西安至安康高鐵進行細化研究[3]。

1 西安至安康高速鐵路概況

西安至安康高速鐵路是西安至重慶高速鐵路的北段，為國家高速鐵路網(wǎng)包海通道重要組成部分，位于陜西省南部。項目北起西安樞紐西安東(紡織城)站，向南途經(jīng)西安市長安區(qū)，商洛市柞水縣、鎮(zhèn)安縣，安康市旬陽縣、漢濱區(qū)，在安康新區(qū)新設(shè)安康北高鐵站，預(yù)留向重慶方向延伸的條件。本線縱貫三市五區(qū)縣，線路全長173.5 km。全線共分布西安東、引鎮(zhèn)、秦楚古道、柞水西、鎮(zhèn)安西、小河西、安康北7處車站。根據(jù)運量預(yù)測，本線客流密度近期1 829萬人、遠期2 322萬人，開行動車組列車近期80對/d、遠期105對/d[4]。西安至安康高速鐵路線路走向見圖1。

圖1 西安至安康高速鐵路線路走向示意

2 西渝高鐵速度目標值研究

2.1 西渝高鐵概況

西渝高鐵連接關(guān)中平原與川渝地區(qū)，行徑秦巴山區(qū)，途經(jīng)西安、商洛、安康、達州、廣安和重慶，縱貫陜、川、渝三省市，12個縣市，線路全長649.0 km。北端經(jīng)西安樞紐可直達陜北部、晉、寧、蒙地區(qū)，南端通過重慶樞紐聯(lián)通川渝東部、滇、黔、貴、廣、瓊地區(qū)，為國家“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)之縱向包海通道重要組成部分。

2.2 客流特點

根據(jù)項目功能定位、路網(wǎng)意義、客流特點、預(yù)測運量綜合分析，本線承擔(dān)的客流具有多重性，主要由城際客流、區(qū)際客流、長途跨線客流組成。

城際客流：根據(jù)關(guān)中城市群和成渝城市群城際鐵路網(wǎng)規(guī)劃，結(jié)合沿線豐富的旅游資源，隨著城市群經(jīng)濟一體化發(fā)展及人民生活水平的提高，本線將承擔(dān)西安至安康間、重慶至達州間的城際及旅游客流，占總客流的21%左右[5]。

區(qū)際客流：西渝高鐵連接關(guān)中城市群、成渝城市群核心城市西安、重慶。根據(jù)區(qū)域城市發(fā)展規(guī)劃，關(guān)中城市群、成渝城市群將建設(shè)成為西部地區(qū)發(fā)展水平最高、基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)最好、經(jīng)濟活力最強的核心區(qū)域，隨著區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展及人民生活水平的提高，本線將承擔(dān)以西安為中心的關(guān)中城市群和以重慶為中心的成渝城市群的區(qū)際客流[6]，占總客流的20%左右。

長途跨線客流：本線與相關(guān)高速鐵路，共同構(gòu)成國家“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)之縱向包海通道，連接西北、西南、華南地區(qū)，貫通呼包鄂、寧夏沿黃、關(guān)中平原、成渝、黔中、北部灣等城市群，同時與銀西、包蘭、大西、隴海、西成、成渝、渝昆等國家高速鐵路網(wǎng)互聯(lián)互通，承擔(dān)陜北、隴東、寧夏、蒙西、山西等地區(qū)至西南地區(qū)的長途跨線客流，該部分客流最大，占總客流的59%左右。

2.3 時間目標值的確定

2.3.1 滿足通道功能的時間目標值

根據(jù)中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃、長江經(jīng)濟帶綜合立體交通走廊規(guī)劃及關(guān)中、成渝城市群規(guī)劃，相鄰省會西安、重慶、成都、武漢等中心城市間將實現(xiàn)4 h交通圈目標，為滿足區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展需求，西安至重慶應(yīng)實現(xiàn)4 h到達。

2.3.2 滿足運輸市場競爭需求的分析

西安至重慶通道內(nèi)將形成航空、高速公路、高速鐵路不同交通方式的競爭格局。西安至重慶航空旅行時間1.5 h、附加時間3.0 h，總旅行時間4.5 h；公路分布包茂高速，距離約685 km，旅行時間約8.0 h、附加時間1.0 h，總旅行時間9.0 h；西渝高鐵649 km，屬于高鐵的優(yōu)勢范圍，高鐵除發(fā)揮自身固有的安全性高、舒適性強、全天候運行的優(yōu)勢外[7]，必須在旅行時間上較高速公路有較大節(jié)省、與航空基本相當(dāng)，才能吸引更多客流，在運輸市場中具備明顯競爭優(yōu)勢。故西安至重慶高鐵總旅行時間應(yīng)控制在5.0 h，扣除1.0 h的附加時間，西安至重慶的時間目標值應(yīng)為4.0 h。

2.3.3 適應(yīng)城際功能的時間目標值

根據(jù)“十三五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃及關(guān)中城市群發(fā)展規(guī)劃，核心城市與周邊節(jié)點城市實現(xiàn)1～2 h通達，未來將形成關(guān)中城市群中心城市西安至咸陽、渭南等較近城市“半小時經(jīng)濟圈”，西安至寶雞、銅川、商洛等城市“1小時經(jīng)濟圈”，西安至安康、延安等城市“2小時經(jīng)濟圈”[8]。

高鐵城際客流主要與高速公路形成競爭，西安至安康高速公路旅行時間約2.5 h，為具備競爭優(yōu)勢，同時實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟和城市群一體化發(fā)展目標，滿足城際客流的出行需求，西安至安康間高鐵時間目標值應(yīng)控制在1.5 h以內(nèi)。

2.3.4 時間目標值的確定

綜上，為適應(yīng)國家高速鐵路網(wǎng)的發(fā)展目標，滿足關(guān)中城市群、成渝城市群區(qū)域及沿線經(jīng)濟發(fā)展的需要，且與航空、高速公路形成有效的競爭優(yōu)勢，在運輸市場中占有較高客流份額，西安至重慶高鐵時間目標值應(yīng)控制在4.0 h以內(nèi)，西安至安康應(yīng)控制在1.5 h以內(nèi)[9]。

2.4 速度目標值研究

2.4.1 速度目標值方案構(gòu)成

西渝高鐵為國家高速鐵路網(wǎng)包海通道重要組成部分，同時兼顧西安至安康、重慶至達州間的城際功能。結(jié)合目前已運營的高速鐵路速度目標值(250～350 km/h)、規(guī)劃關(guān)中城市群、成渝城市群城際鐵路網(wǎng)速度目標值(200～250 km/h)，綜合考慮客流特征、運輸需求、功能定位、路網(wǎng)意義、工程條件等因素，本次對西渝高鐵全線速度目標值主要研究了200，250，300，350 km/h四個方案。

2.4.2 不同速度建設(shè)標準及工程經(jīng)濟分析

200 km/h速度目標值方案建設(shè)標準執(zhí)行《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》(TB10623—2014)[10]，其他方案建設(shè)標準執(zhí)行《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》(TB10621—2014)。不同速度目標值方案在主要建設(shè)標準具有一定差異。

平面曲線半徑對工程的影響:速度目標值不同，導(dǎo)致線路平面參數(shù)不同，其中線路平縱斷面參數(shù)中，以最小曲線半徑對速度目標值最敏感[11]。

本線行經(jīng)關(guān)中平原、秦巴山地、川東低山丘陵等地貌單元。關(guān)中平原地形平緩，線路條件較好，方案受曲線半徑控制小，結(jié)合工程設(shè)置情況，基本為橋梁工程；秦巴山區(qū)，地形復(fù)雜，起伏很大，各方案主要以橋隧工程方式通過，各個方案工程設(shè)置情況類似；川東低山丘陵段，最小曲線半徑除局部為適應(yīng)地形、設(shè)置車站、繞避不良地質(zhì)及環(huán)境敏感點等略有差異外，其他地段曲線半徑對方案影響較小。

不同速度目標值方案建設(shè)標準：不同速度目標值對工程投資的影響，主要體現(xiàn)在因設(shè)計標準差異而導(dǎo)致工程數(shù)量和系統(tǒng)設(shè)備選型的不同[12]。不同速度目標值方案主要建設(shè)標準如表1所示。

不同速度目標值方案對工程投資的影響：通過不同半徑和工程設(shè)置的分析，對西安至重慶不同速度目標值方案工程經(jīng)濟進行分析比較[13]。不同速度目標值方案工程經(jīng)濟比較如表2所示。

西渝高鐵全線350，300 km/h兩個方案工程投資相差不大，250 km/h與350 km/h方案相比，投資節(jié)省9.9%左右；而200 km/h方案由于曲線半徑小，能盡量適應(yīng)地形設(shè)置簡易路基工程，較其他方案橋隧比重降低較多，工程投資比350 km/h方案省14%。

表1 不同速度目標值方案主要建設(shè)標準對照

表2 不同速度目標值方案工程經(jīng)濟比較

2.4.3 速度目標值綜合比選

與時間目標值適應(yīng)性分析：根據(jù)不同速度目標值方案，通過列車仿真牽引計算分析，對不同方案列車旅行時間及旅行速度進行分析[14]。不同速度目標值方案旅行時間、速度如表3所示。

表3 不同速度目標值方案旅行時間、速度

不同速度目標值方案均能滿足時間目標值要求，350 km/h方案較300，250，200 km/h方案旅行時間分別節(jié)省23，56，105 min，節(jié)時效果明顯。

與功能定位及路網(wǎng)適應(yīng)性分析：根據(jù)中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，高速鐵路主通道規(guī)劃新增項目原則采用時速250 km及以上標準，其中沿線人口城鎮(zhèn)稠密、經(jīng)濟比較發(fā)達、貫通特大城市的鐵路可采用時速350 km標準。國家高速鐵路網(wǎng)包?？瓦\通道相關(guān)線路速度目標值均為250～350 km/h，且相鄰鄭西、西寶、寶蘭、西成、西武、成渝、渝昆高鐵速度目標值亦為250～350 km/h。本線連接西部地區(qū)西安、重慶兩大區(qū)域核心城市，為滿足項目功能定位及建設(shè)意義，且與相鄰鐵路主要技術(shù)標準相統(tǒng)一，提高通道及區(qū)域內(nèi)整體運輸質(zhì)量，本線速度目標值應(yīng)為350 km/h[15]。

與客運需求的適應(yīng)性分析：根據(jù)運量預(yù)測，本線主要承擔(dān)沿線旅游、城際客流及中長途的區(qū)際、跨線客流。對于旅游、城際客流，所處區(qū)域經(jīng)濟較好、人均生活水平較高、支付意愿和能力較強，采用較高的速度目標值可滿足居民對鐵路出行方式的時效性和舒適性要求；對于中長途區(qū)際、跨線客流，采用較高的速度目標值可縮短在途時間、減緩旅途疲勞，進而增強運輸市場競爭力。故從符合本線客流特征、滿足客運需求方面分析，本線應(yīng)采用較高的速度目標值方案。

不同速度目標值方案經(jīng)濟性分析：影響鐵路建設(shè)項目經(jīng)濟效益的因素主要有不同速度目標值對應(yīng)的工程投資、運營成本、客流吸引能力、票價水平等。計算期采用30年，對各方案財務(wù)內(nèi)部收益率進行分析[16]。不同速度目標值方案經(jīng)濟效益分析如表4所示。

表4 不同速度目標值方案經(jīng)濟效益比較

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

2.4.4 西渝高鐵速度目標值推薦意見

本線采用350 km/h的速度目標值，不僅滿足時間目標值要求，且與包海通道及路網(wǎng)內(nèi)相關(guān)客運通道速度目標值一致，路網(wǎng)協(xié)調(diào)性好、通道運輸質(zhì)量高、經(jīng)濟效益最優(yōu)，同時符合中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃目標及項目的功能定位。因此，速度目標值推薦采用350 km/h[17]。

3 西安至安康高速鐵路速度目標值細化研究

3.1 不同速度目標值方案工程投資影響分析

西安至安康高速鐵路線路主要走行于秦嶺中山區(qū)和安康盆地的端部，山大溝深，柞水及鎮(zhèn)安縣城分布于狹窄的溝谷中，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)及旅游景點也位于山區(qū)。對該段也進行200，250，300，350 km/h四個方案比較，不同方案的最小曲線半徑均不能很好適應(yīng)地形，橋隧比重高。

根據(jù)既有西康鐵路增建第二線的選線結(jié)果分析[18]，嶺北雖然為寬闊塬面，但受越嶺高程控制，線路提前抬坡，且塬面道路縱橫，該段基本設(shè)置為橋梁工程；嶺南地段最適宜布線的乾佑河、旬河河谷，狹窄的河道內(nèi)已被城市規(guī)劃、高速公路、國道、西康鐵路I線及Ⅱ線工程占據(jù)有利地形，本次各方案新建鐵路只能靠山布線，基本為橋隧工程相連。

各方案差異主要是采用小半徑線路選線靈活，在車站設(shè)置和繞避拆遷建筑物方面有較大的優(yōu)勢，但受地形條件控制，橋隧比重相差不大；另一方面，因各方案建設(shè)標準的差異對投資有一定的影響[19]。不同速度目標值方案工程經(jīng)濟比較如表5所示。

表5 不同速度目標值方案工程經(jīng)濟比較

該段地形復(fù)雜，橋隧工程相連，各方案曲線半徑均不適應(yīng)地形，因線路方案設(shè)置的橋隧工程基本相同，差別主要因不同設(shè)計標準而產(chǎn)生。250 km/h和350 km/h方案相比投資僅節(jié)省5.9%左右；而200 km/h方案橋隧工程與其他方案相當(dāng)，各工程標準設(shè)置上投資比350 km/h方案節(jié)省9.6%。因此，350 km/h方案較其他方案投資增加有限，工程經(jīng)濟性較好。

3.2 不同速度目標值經(jīng)濟效益分析

西安至安康高速鐵路采用350 km/h的速度目標值方案，采用0.52元/人·km的票價，通過財務(wù)效益分析，財務(wù)內(nèi)部收益率為2.47%，經(jīng)濟效益最優(yōu)；其次為300 km/h方案，財務(wù)內(nèi)部收益率為2.21%；250 km/h和200 km/h方案經(jīng)濟效益略差，采用0.29元/人·km的票價，財務(wù)內(nèi)部收益率分別為1.88%、1.62%。不同方案經(jīng)濟效益與通道研究結(jié)果趨勢一致[20]。

3.3 研究結(jié)論

綜上所述，西安至安康高速鐵路不同速度目標值方案工程投資差異與西渝高鐵基本一致；采用350 km/h速度目標值方案經(jīng)濟效益最優(yōu)，且與通道標準一致、運輸質(zhì)量高。因此，本線速度目標值推薦采用與西渝高鐵一致的350 km/h。

4 結(jié)語

結(jié)合西安至安康高速鐵路功能定位、路網(wǎng)意義，為充分反應(yīng)速度目標值的合理性，在確定西渝高速鐵路速度目標值的基礎(chǔ)上，進而對西安至安康高速鐵路速度目標值進行細化研究，推薦采用與西渝高鐵速度目標值一致的350 km/h方案，研究結(jié)論不僅滿足時間目標值要求，且與路網(wǎng)協(xié)調(diào)性好、通道運輸質(zhì)量高、經(jīng)濟性最優(yōu)，同時為西渝高鐵安康至重慶段速度目標值的選擇提供決策依據(jù)。