周旭

摘 要：根據(jù)成都市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃特征，以成都市軌道交通 18 號(hào)線（新機(jī)場(chǎng)線）為工程案例，以項(xiàng)目功能定位和運(yùn)營(yíng)需求為出發(fā)點(diǎn)，從速度目標(biāo)值、運(yùn)營(yíng)模式、車(chē)輛選型、供電制式、隧道凈空斷面尺寸、軌道系統(tǒng)及弱電系統(tǒng)等多個(gè)方面進(jìn)行分析論證，對(duì)成都市軌道交通市域快線的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行探索性的創(chuàng)新研究，以期為國(guó)內(nèi)其他城市市域快線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選取提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：市域快線;技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);關(guān)鍵參數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U239.5

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，目前國(guó)內(nèi)大部分城市都遇到了城市發(fā)展空間不足的問(wèn)題，因此積極拓展城市空間，特別是發(fā)展新區(qū)、市郊組團(tuán)及衛(wèi)星城，成為新一輪城市建設(shè)和發(fā)展的重點(diǎn)。為加速和帶動(dòng)新區(qū)及外圍組團(tuán)的發(fā)展，連接城市外圍機(jī)場(chǎng)、高鐵站等交通樞紐，各地陸續(xù)規(guī)劃建設(shè)了連接中心城區(qū)和外圍組團(tuán)的城市軌道交通市域快線（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“市域快線”），此類(lèi)快線具備線路長(zhǎng)度長(zhǎng)（≥50 km）、車(chē)站數(shù)量少（站間距大）、運(yùn)行速度高（≥100km/h）三大特點(diǎn)。成都市軌道交通18 號(hào)線就是此類(lèi)項(xiàng)目的典型代表。

1 成都市域快線的規(guī)劃及理念

1.1 規(guī)劃概況

成都市軌道交通線網(wǎng)共規(guī)劃有46條線路，總規(guī)模2450.04km。在線網(wǎng)規(guī)劃之初，規(guī)劃研究單位根據(jù)沿線的城市規(guī)劃特征，系統(tǒng)分析了每條規(guī)劃線路的線站位方案和功能定位，首次在規(guī)劃階段將線網(wǎng)明確區(qū)分為普線線網(wǎng)（最高運(yùn)行速度為80 km/h）和市域快線線網(wǎng)（最高運(yùn)行速度≥100km/h）2個(gè)層級(jí)（圖1），其中市域快線線網(wǎng)規(guī)模共計(jì)1 129 km。

1.2 規(guī)劃理念

成都市域快線的規(guī)劃理念相對(duì)以往的線網(wǎng)規(guī)劃有明顯不同：從功能看，主要解決外圍組團(tuán)和中心城區(qū)，以及組團(tuán)之間的快速聯(lián)系;從布局看，旨在實(shí)現(xiàn)中心城區(qū)的快速穿越，以及中心城區(qū)與外圍組團(tuán)間的切向快速轉(zhuǎn)移;從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)看，側(cè)重快速性（規(guī)劃車(chē)站間距大、速度目標(biāo)值高）、舒適性（車(chē)廂內(nèi)坐席率高、站立密度低）以及運(yùn)營(yíng)的靈活性（多種交路、多種運(yùn)營(yíng)模式、互聯(lián)互通）。

2 成都市軌道交通 18 號(hào)線概況

隨著成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“天府機(jī)場(chǎng)”）選址的確定，成都市在軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中增加了連接中心城區(qū)、天府新區(qū)、東部新區(qū)及天府機(jī)場(chǎng)的18號(hào)線一、二期工程，線路起于成都火車(chē)南站，止于天府機(jī)場(chǎng)，全長(zhǎng)69.4 km，設(shè)車(chē)站12座，將于2020年底全線通車(chē)，后續(xù)三期工程還將向北經(jīng)中心城區(qū)延伸至火車(chē)北站，向南延伸至臨江站（圖 2）。全線設(shè)車(chē)輛綜合基地1處，停車(chē)場(chǎng)1處，主變電所5座，采用速度目標(biāo)值為140 km/h的8輛編組市域A型車(chē)，以及AC25kV架空懸掛接觸網(wǎng)供電制式。

18號(hào)線是一條典型的“機(jī)場(chǎng)+市域”復(fù)合功能線路，其具有兩大功能定位：①作為機(jī)場(chǎng)線，滿(mǎn)足機(jī)場(chǎng)客流的出行需求（火車(chē)南站 — 天府機(jī)場(chǎng)40 min可達(dá)）;②滿(mǎn)足沿線通勤客流的出行需求，緩解成都市南北中軸線尤其是既有軌道交通1號(hào)線的巨大客流壓力。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

在18號(hào)線項(xiàng)目的前期研究和設(shè)計(jì)階段，研究人員確定了該線路在中心城區(qū)是復(fù)合功能線，外圍是快線、專(zhuān)線的設(shè)計(jì)理念;初步設(shè)定其最高運(yùn)行速度應(yīng)在120km/h以上，并具有靈活的運(yùn)營(yíng)方式;在制式選擇方面，采取了有別于常規(guī)地鐵的研究思路。在此基礎(chǔ)上，研究人員從速度目標(biāo)值、運(yùn)營(yíng)模式、車(chē)輛選型、供電制式、隧道凈空斷面尺寸、軌道系統(tǒng)及弱電系統(tǒng)等多個(gè)方面進(jìn)行分析論證，對(duì)成都市域快線的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了探索性的創(chuàng)新研究，下面將對(duì)其進(jìn)行介紹。

3.1 列車(chē)速度目標(biāo)值

在18號(hào)線項(xiàng)目規(guī)劃階段，鑒于其機(jī)場(chǎng)線的特點(diǎn)，規(guī)劃部門(mén)提出了中心城區(qū)至天府機(jī)場(chǎng)全程旅行時(shí)間需控制在40 min以?xún)?nèi)的時(shí)間要求。根據(jù)18號(hào)線的規(guī)劃線站位方案及平均站間距等特點(diǎn)，再綜合考慮上述時(shí)間要求，選擇的列車(chē)最高運(yùn)行速度應(yīng)該為120～160km/h。進(jìn)一步的速度牽引計(jì)算結(jié)果表明，120km/h的速度難以滿(mǎn)足40min的時(shí)間要求，而對(duì)于160km/h的速度，全線僅2 個(gè)區(qū)間可達(dá)到，且此速度下的旅行時(shí)間相對(duì)140km/h僅縮短了1min。因此，綜合考慮車(chē)輛選型及購(gòu)置費(fèi)、運(yùn)營(yíng)效率、能耗、土建工程成本等方面的因素，研究人員最終選用了適合本線特點(diǎn)的最高運(yùn)行速度為140km/h的市域A型車(chē)，這是目前國(guó)內(nèi)市域A型車(chē)能夠達(dá)到的最高速度。

3.2 運(yùn)營(yíng)模式

18號(hào)線是機(jī)場(chǎng)線。對(duì)于帶有機(jī)場(chǎng)服務(wù)功能的城市軌道交通線路，目前國(guó)內(nèi)已有的運(yùn)營(yíng)模式見(jiàn)表1。

鑒于18號(hào)線“機(jī)場(chǎng)+市域”的復(fù)合功能定位，采用不同車(chē)型的快慢車(chē)混跑運(yùn)營(yíng)模式（模式5）是最合適的選擇，因此在項(xiàng)目可行性研究和初步設(shè)計(jì)階段，考慮采用慢車(chē)車(chē)輛座椅縱列式布置、快車(chē)車(chē)輛座椅橫列式布置的方式，并在快車(chē)?？寇?chē)站單獨(dú)設(shè)置快車(chē)停靠站臺(tái)，在站廳層設(shè)置單獨(dú)付費(fèi)區(qū)，擬達(dá)到使快慢車(chē)客流分流的目的，并預(yù)留了票價(jià)差異化的條件。但在初步設(shè)計(jì)后期，出于保持服務(wù)水平一致性的考慮，研究人員最終選擇了統(tǒng)一車(chē)型、適當(dāng)提高舒適度標(biāo)準(zhǔn)的快慢車(chē)混跑運(yùn)營(yíng)模式（模式4），并在國(guó)內(nèi)首次構(gòu)建了完整的快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式理論體系。

3.3 車(chē)輛選型

根據(jù)市域快線的工程適用范圍、線路長(zhǎng)度、站點(diǎn)布局和旅行時(shí)間要求，業(yè)內(nèi)將市域快線列車(chē)的速度目標(biāo)值統(tǒng)一為120～160km/h。但在車(chē)輛的選擇和研制開(kāi)發(fā)方面卻形成了以下2種思路：①直接使用鐵路CRH動(dòng)車(chē)組或?qū)⑵渖约痈脑旌螅―型車(chē)）使用;②使用經(jīng)過(guò)提速改造的地鐵A、B型車(chē)輛。由中華人民共和國(guó)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2019年發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通市域快線120km/h～160km/h車(chē)輛通用技術(shù)條件》（GB/T 37532-2019）中明確規(guī)定，市域快線車(chē)輛分為市域A型車(chē)、市域B型車(chē)和市域D型車(chē)3種類(lèi)型。

在18號(hào)線前期研究階段，研究人員考察分析了當(dāng)時(shí)在建的溫州市軌道交通S1線（目前已投入運(yùn)營(yíng)）所使用的市域D型車(chē)，經(jīng)過(guò)深入的研究和謹(jǐn)慎的對(duì)比得出以下結(jié)論。

（1）市域D型車(chē)車(chē)體斷面大，會(huì)增加土建工程規(guī)模;車(chē)門(mén)少，可能造成停站時(shí)間延長(zhǎng);檢修體制與地鐵車(chē)輛區(qū)別較大。

（2）市域A型車(chē)由于經(jīng)地鐵A型車(chē)改造而來(lái)，因此相關(guān)檢修經(jīng)驗(yàn)豐富，許多配件可通用，更符合城市軌道交通資源共享的需求;此外，其車(chē)輛外部尺寸、車(chē)門(mén)數(shù)量、軸重、動(dòng)力性能（尤其是高速段的平均加速度）等更能適應(yīng)市域快線的需要。

綜合上述分析，18號(hào)線采用市域A型車(chē)，這是國(guó)內(nèi)首次研制并投入使用的、速度為140 km/h的市域A 型車(chē)。在18號(hào)線空載試運(yùn)行期間，該型車(chē)的運(yùn)行狀況良好。

3.4 供電制式

目前，國(guó)內(nèi)城市軌道交通項(xiàng)目一般采用DC1500V（個(gè)別線路為DC750V）供電制式，鐵路項(xiàng)目均采用AC25kV供電制式。在18號(hào)線設(shè)計(jì)初期，研究人員根據(jù)項(xiàng)目自身的特點(diǎn)，對(duì)交、直流供電制式進(jìn)行了深入的分析比較，考慮到DC1500V供電制式的供電半徑較小，若要在站間距較大的市域線上使用，必須在區(qū)間中部增設(shè)大量牽引變電站，從而使工程投資和后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作量大幅增加，因此選擇了AC25kV柔性架空接觸網(wǎng)供電制式。

18號(hào)線AC25kV供電制式所采用的牽引供電系統(tǒng)與鐵路一致，而對(duì)于電力系統(tǒng)（即中低壓系統(tǒng)），則根據(jù)城市軌道交通的特點(diǎn)，在牽引變電站中單獨(dú)設(shè)置2組AC110kV/35kV電力變壓器，電纜線路為AC35kV雙環(huán)網(wǎng)，并在車(chē)站設(shè)置AC35kV/0.4kV降壓所用于電力系統(tǒng)供電。由此可見(jiàn)，18號(hào)線的供電制式既不同于常規(guī)城市軌道交通，又有別于鐵路，是根據(jù)自身特點(diǎn)量身定做的一套市域快線供電方案，見(jiàn)表2。

3.5 隧道（車(chē)站）凈空斷面尺寸

確定區(qū)間隧道凈空斷面尺寸時(shí)需要考慮的因素包括隧道壓力波、人體舒適度需求、隧道內(nèi)設(shè)備安裝需求、車(chē)輛尺寸及氣密性等。

18號(hào)線選用4車(chē)門(mén)的市域A型車(chē)，動(dòng)態(tài)氣密性指數(shù)為客室3 s、司機(jī)室6 s（注：向車(chē)廂充氣后氣壓泄至充氣壓力38%的時(shí)間為靜態(tài)氣密性指數(shù)，動(dòng)態(tài)氣密性指數(shù)在此基礎(chǔ)上折減），在此前提下，從以下3方面確定圓形隧道斷面尺寸，進(jìn)而根據(jù)有效斷面面積基本保持一致的原則，確定車(chē)站和其他型式隧道的斷面尺寸。

（1）空氣動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算：對(duì)列車(chē)在140 km/h速度下產(chǎn)生的隧道壓力波進(jìn)行仿真計(jì)算，推算出滿(mǎn)足人體舒適度所需的軌面以上內(nèi)凈空面積，再結(jié)合車(chē)輛斷面尺寸，得出圓形隧道斷面直徑不應(yīng)小于7.0 m。

（2）道床厚度、接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度及安裝空間需求：在接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度為5.0 m的前提下，根據(jù)道床的最大高度及AC25kV柔性架空接觸網(wǎng)的安裝空間和絕緣要求進(jìn)行計(jì)算，得出所需的圓形隧道斷面直徑不應(yīng)小于7.2m。

（3）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路建筑限界》（GB 146.2-1983）要求：該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，最高運(yùn)行速度為 160km/h的鐵路單線隧道（無(wú)車(chē)輛氣密性要求）軌面以上的內(nèi)凈空面積為42.06m2，由此可推算出圓形隧道斷面直徑應(yīng)為7.5m。

由于18號(hào)線車(chē)輛具有一定的氣密性，在7.2 m直徑基礎(chǔ)上考慮一定的限界富余，采用與最高運(yùn)行速度為160km/h的鐵路單線隧道相同的內(nèi)凈空面積，以滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)期間乘客的舒適度需求，因此18號(hào)線圓形隧道斷面直徑確定為7.5m（圖3）。

在地下車(chē)站范圍，接觸網(wǎng)安裝位置為軌面以上6.2m，若按照傳統(tǒng)做法布置軌頂風(fēng)道，軌面至中板高度將達(dá)到7.2 m，必然使工程投資進(jìn)一步增加。因此，研究人員在進(jìn)行深入研究后，將軌頂風(fēng)道側(cè)移至站臺(tái)上方，將站臺(tái)層高度降低為6.5 m（圖 4），從而達(dá)到減少工程投資的目的。

3.6 軌道系統(tǒng)

目前，國(guó)內(nèi)在城市軌道交通（<120 km/h）和高鐵（≥ 160 km/h）軌道系統(tǒng)方面具有較豐富的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，但在速度為120～160 km/h的市域快線軌道系統(tǒng)方面，沒(méi)有可參考的先例。18號(hào)線設(shè)計(jì)人員結(jié)合城市軌道交通和高鐵的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)市域快線軌道系統(tǒng)進(jìn)行了以下改進(jìn)和優(yōu)化。

（1）全線采用高強(qiáng)度、耐磨的合金鋼組合轍叉。

（2）將DZⅢ型扣件改良為DZⅢ-3型扣件，并將城市軌道交通項(xiàng)目中常用的e型彈條（18 mm）優(yōu)化為在高鐵項(xiàng)目中大量使用的C4彈條（20 mm）。

（3）優(yōu)化減振方案，如在使用減振扣件的區(qū)段加大減振扣件剛度，在設(shè)置減振墊的區(qū)段采用框架型減振墊浮置板，在安裝鋼彈簧浮置板的區(qū)段增加道床板配重，以及加密隔振器等。

（4）采用雙塊式軌枕整體道床結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)間無(wú)縫線路。

（5）引入軌道控制網(wǎng)（CPⅢ）和軌道精調(diào)技術(shù)。

3.7 弱電系統(tǒng)

3.7.1 信號(hào)系統(tǒng)

為保證18號(hào)線全線旅行時(shí)間在40min以?xún)?nèi)，18 號(hào)線的列車(chē)自動(dòng)駕駛（ATO）系統(tǒng)按照正線最高速度140km/h設(shè)計(jì)，列車(chē)自動(dòng)防護(hù)（ATP）系統(tǒng)的最高限制速度按不低于150 km/h設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)真正意義上的最高速度140 km/h。

3.7.2 通信系統(tǒng)

18號(hào)線最高運(yùn)行速度為140 km/h。目前，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)如此高速度下的城市軌道交通車(chē)地寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)應(yīng)用案例。影響車(chē)地寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)選擇的關(guān)鍵因素有丟包率、傳輸時(shí)延、切換性能、極限吞吐量及對(duì)高速的適應(yīng)性等。選擇適合本項(xiàng)目的車(chē)地寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)車(chē)載乘客信息系統(tǒng)（PIS）、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）數(shù)據(jù)無(wú)縫傳輸?shù)幕A(chǔ)。研究人員經(jīng)過(guò)理論分析，并結(jié)合在軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)國(guó)家工程研究中心的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果和成灌客運(yùn)專(zhuān)線上的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，在18號(hào)線上首次采用長(zhǎng)期演進(jìn)非授權(quán)頻譜（LTE-U）技術(shù)作為車(chē)地寬帶無(wú)線通信技術(shù)，測(cè)試時(shí)列車(chē)速度可達(dá)160 km/h，是目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通車(chē)地?zé)o線通信的最高速度。

4 結(jié)語(yǔ)

成都市軌道交通18號(hào)線是成都市軌道交通線網(wǎng)中首條開(kāi)建的市域快線，其140 km/h的最高運(yùn)行速度、快慢車(chē)混跑的運(yùn)營(yíng)模式、交流供電、高速度下的車(chē)地寬帶無(wú)線通信等關(guān)鍵技術(shù)是國(guó)內(nèi)城市軌道交通建設(shè)史上的首次探索。設(shè)計(jì)研究人員在設(shè)計(jì)中采用了多種新方法、新理念，確定了合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，解決了眾多技術(shù)難題，對(duì)我國(guó)各城市市域快線的建設(shè)和發(fā)展起到示范和引領(lǐng)作用。

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收稿日期 2020-08-13

責(zé)任編輯 蘇靖棋