黃志相 余浩偉 李 濤

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

1 概述

齒軌鐵路是在普通輪軌鐵路系統(tǒng)基礎(chǔ)上引入一種登山鐵路的助力機(jī)構(gòu)，即在常規(guī)鐵路軌道中間平行增設(shè)一條齒條，并在齒軌車(chē)輛的轉(zhuǎn)向架上裝備齒輪裝置，依靠齒輪齒軌嚙合力代替常規(guī)黏著力，為車(chē)輛提供強(qiáng)大前進(jìn)動(dòng)力。

齒軌鐵路是一種“小而美”的新型旅游軌道交通方式，具有爬坡能力強(qiáng)、占地小、綠色環(huán)保、投資省、自成系統(tǒng)、獨(dú)立運(yùn)營(yíng)、低運(yùn)量等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)超大坡度的登山需要，在山地景區(qū)內(nèi)部具有十分獨(dú)特的作用。若應(yīng)用得當(dāng)，齒軌鐵路將成為游客欣賞景區(qū)的最佳方式，如攀上“歐洲之巔”的瑞士阿爾卑斯山少女峰齒軌鐵路，已成為游客雪山之旅的一道風(fēng)景。齒軌鐵路在國(guó)外應(yīng)用相對(duì)較多，第一條齒軌鐵路已經(jīng)安全運(yùn)營(yíng)150余年，世界上已建成的齒軌鐵路有180多條，總里程超過(guò)3 000 km[1]。

國(guó)內(nèi)齒軌鐵路多應(yīng)用于煤礦運(yùn)輸，較少應(yīng)用于景區(qū)旅游軌道交通，且缺乏國(guó)家及行業(yè)層面的齒軌鐵路規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多個(gè)省開(kāi)展了齒軌鐵路規(guī)劃建設(shè)、技術(shù)攻關(guān)和應(yīng)用。

已有部分學(xué)者對(duì)齒軌鐵路設(shè)計(jì)進(jìn)行探索：喜來(lái)介紹歐洲少女峰齒軌鐵路應(yīng)用特點(diǎn)[1]；馮帥研究國(guó)外齒軌鐵路應(yīng)用情況及齒軌鐵路制式特點(diǎn)，并分析齒軌鐵路爬坡能力、運(yùn)輸能力、建設(shè)成本、運(yùn)行速度等指標(biāo)[2]；尚勤等梳理了國(guó)外齒軌鐵路及車(chē)輛特點(diǎn)、發(fā)展歷史、應(yīng)用等現(xiàn)狀，并對(duì)齒軌車(chē)輛的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)[3-4]；李三兵對(duì)長(zhǎng)白山旅游軌道交通示范線方案進(jìn)行論證和比選[5]。在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合齒軌鐵路設(shè)計(jì)工作實(shí)踐，對(duì)景區(qū)齒軌旅游線路總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了疏理和總結(jié)，旨在為景區(qū)齒軌鐵路總體設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

2 總體設(shè)計(jì)

景區(qū)齒軌鐵路通常服務(wù)于景區(qū)內(nèi)部或景區(qū)之間，屬于旅游專線性質(zhì)。齒軌鐵路一般在景區(qū)內(nèi)部自成體系，獨(dú)立運(yùn)營(yíng)。這一特點(diǎn)決定景區(qū)齒軌鐵路總體設(shè)計(jì)不同與常規(guī)鐵路，齒軌鐵路更注重系統(tǒng)設(shè)計(jì)、逐步深化的原則，結(jié)合景區(qū)總體規(guī)劃、景區(qū)交通規(guī)劃和景點(diǎn)分布特征，圍繞如何提高乘客旅游觀光體驗(yàn)，以總體設(shè)計(jì)統(tǒng)籌各專業(yè)設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)建設(shè)意圖[6-8]。以下結(jié)合某景區(qū)內(nèi)齒軌旅游鐵路項(xiàng)目進(jìn)行分析和總結(jié)，其主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 齒軌鐵路上位規(guī)劃

齒軌鐵路通常服務(wù)于旅游景區(qū)內(nèi)部或景區(qū)之間，為符合國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)，宜將齒軌鐵路納入景區(qū)相關(guān)規(guī)劃或交通規(guī)劃。旅游規(guī)劃通常包括區(qū)域旅游規(guī)劃、城市旅游規(guī)劃、景區(qū)景點(diǎn)規(guī)劃等，在上位規(guī)劃編制前，應(yīng)將齒軌鐵路納入(尤其是納入景區(qū)規(guī)劃)，以提供建設(shè)依據(jù)[9-12]。如四川省于2019年5月發(fā)布《四川山地軌道交通規(guī)劃》，規(guī)劃了23條山地軌道交通線路，其中涵蓋了多條齒軌鐵路，為后期建設(shè)實(shí)施提供依據(jù)。同時(shí)，四川省發(fā)布DB51/T 2542—2018《山地(齒軌)軌道交通技術(shù)規(guī)范》，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。有了以上基礎(chǔ)，后期建設(shè)就可以做到有的放矢。

四川某旅游景區(qū)齒軌鐵路，項(xiàng)目研究前期已納入《四川山地軌道交通規(guī)劃》，并且作為景區(qū)整體方案設(shè)計(jì)子項(xiàng)目，除齒軌鐵路外，景區(qū)整體設(shè)計(jì)方案中還有游客服務(wù)區(qū)及配套附屬設(shè)施、自駕車(chē)營(yíng)地服務(wù)及配套設(shè)施、沿湖棧道及景觀、登山游步道和觀景平臺(tái)等。齒軌鐵路作為景區(qū)整體方案設(shè)計(jì)的子項(xiàng)目，在項(xiàng)目對(duì)環(huán)境影響和財(cái)務(wù)收益方面，有利于支撐齒軌鐵路的建設(shè)必要性、可行性和經(jīng)濟(jì)性等，同時(shí)避免景區(qū)內(nèi)各建設(shè)項(xiàng)目相互沖突或重復(fù)消耗資源。

2.2 設(shè)計(jì)速度選取關(guān)鍵在“慢游”

設(shè)計(jì)速度是常規(guī)鐵路極其重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，速度目標(biāo)值一旦選定，則決定了線路平、縱斷面的主要技術(shù)指標(biāo)及機(jī)車(chē)車(chē)輛選擇。速度目標(biāo)值一般應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸需求、工程條件等因素經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定[13-16]。但對(duì)于景區(qū)齒軌旅游線路，設(shè)計(jì)速度卻顯得“沒(méi)有那么重要”，一是齒軌設(shè)計(jì)速度本身不高，最高速度一般不超過(guò)40 km/h，其最小平曲線半徑可低至200 m;二是因?yàn)榫皡^(qū)內(nèi)部旅游線路重點(diǎn)不在“快旅”，更注重“慢游”，且景區(qū)線路長(zhǎng)度大多數(shù)不超過(guò)10 km，故景區(qū)齒軌線路對(duì)高速度的需求不大。從另一方面看，齒軌鐵路是以“大坡度”犧牲了“高速度”，故最重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要在于線路最大縱坡區(qū)段，而非高速度區(qū)段。

2.3 根據(jù)景區(qū)地形特點(diǎn)和登山需要，合理選取線路最大縱坡

最大坡度是齒軌鐵路最重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，它不但直接決定齒軌鐵路的工程數(shù)量和投資，還影響齒軌系統(tǒng)的選擇。齒軌系統(tǒng)最大縱坡范圍較大，涵蓋了0～480‰縱坡范圍(見(jiàn)表2)。

表2 主要齒軌系統(tǒng)與最大縱坡

線路最大縱坡選擇需綜合考慮景區(qū)地形特點(diǎn)、景區(qū)登山需要、齒軌系統(tǒng)類型、齒軌車(chē)輛類型及工程投資等因素。縱坡選擇過(guò)小，會(huì)造成線路展線過(guò)多，足坡率高，線路長(zhǎng)，投資高；縱坡選擇過(guò)大，會(huì)造成線路足坡率低，縱坡能力虛糜，齒軌車(chē)輛動(dòng)力浪費(fèi)，車(chē)輛及齒軌系統(tǒng)投資高。因此，線路最大縱坡應(yīng)結(jié)合景區(qū)登山需要，因地制宜合理選擇。

以四川甘孜某景區(qū)齒軌旅游線路為例，根據(jù)景區(qū)地形特點(diǎn)，選取方案1(線路最大縱坡250‰)和方案2(線路最大縱坡350‰)進(jìn)行分析比較，線路分別長(zhǎng)2.2 km和2.1 km，方案1中有2座橋梁(355延米)，方案2全為路基無(wú)橋梁，工程投資分別為27 440萬(wàn)元和19 860萬(wàn)元。由于線路縱坡較大，兩方案線路長(zhǎng)度相差不大，但由于齒軌配套系統(tǒng)及齒軌橋梁費(fèi)用差異，方案1(線路最大縱坡250‰)較方案2(線路最大縱坡350‰)增加工程投資7 580萬(wàn)元，增幅高達(dá)38%。故線路最大縱坡不同帶來(lái)的投資差異，在整個(gè)項(xiàng)目的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率方面有可能起決定性作用。

2.4 根據(jù)景區(qū)景點(diǎn)分布敷設(shè)線站位

游客來(lái)到景區(qū)目的，一是景點(diǎn)的觀感體驗(yàn)；二是齒軌列車(chē)大坡度爬升的特色交通體驗(yàn)。考慮到不同景區(qū)的線形特征不同，齒軌交通線站位方案應(yīng)在景區(qū)規(guī)劃的指引下因地制宜布設(shè)。若景區(qū)景點(diǎn)分布呈環(huán)形，為避免游客走回頭路，齒軌線路也應(yīng)按環(huán)形線路設(shè)計(jì)，并在集中片區(qū)景點(diǎn)和方便拍攝的地點(diǎn)設(shè)置站點(diǎn)，方便乘客集散并近距離游覽；如景區(qū)景點(diǎn)呈長(zhǎng)條形，齒軌線路應(yīng)在減災(zāi)選線[9]和地質(zhì)選線基礎(chǔ)上順應(yīng)地形，串聯(lián)各景點(diǎn)，并在合適位置設(shè)游客集散點(diǎn)。通過(guò)齒軌線路的引導(dǎo)，可規(guī)范化地組織游客進(jìn)行生態(tài)旅游活動(dòng)。同時(shí)，線站位方案應(yīng)避開(kāi)風(fēng)景名勝區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)，使得景區(qū)生態(tài)環(huán)境得到有效保護(hù)，并促進(jìn)旅游資源長(zhǎng)效利用和可持續(xù)發(fā)展。

以四川某齒軌線路為例，以游客觀光車(chē)到達(dá)末端為齒軌線路起點(diǎn)，中間以串聯(lián)湖邊各景點(diǎn)為原則敷設(shè)線路，終點(diǎn)設(shè)于湖景末端，為提高觀賞性和發(fā)揮齒軌大坡度優(yōu)勢(shì)，全線均以路基形式敷設(shè)，見(jiàn)圖1。

圖1 線站位示意

2.5 減少道岔，設(shè)置環(huán)形線路

道岔通常是線路的薄弱環(huán)節(jié)，齒軌道岔又屬非標(biāo)產(chǎn)品，造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用均較高，每組齒軌道岔出廠價(jià)從150萬(wàn)元至數(shù)百萬(wàn)元不等，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)后其價(jià)格有望下降。為降低項(xiàng)目投資和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，一般宜少設(shè)或不設(shè)齒軌道岔。景區(qū)通常位于氣候環(huán)境惡劣或海拔較高的地方，道岔養(yǎng)護(hù)維修困難，道岔故障率較高，一旦出現(xiàn)故障停運(yùn)，將對(duì)景區(qū)將造成惡劣影響，從而造成不可估量的損失。列車(chē)通過(guò)道岔地段，一般需限速，會(huì)降低列車(chē)通行效率，當(dāng)列車(chē)突然降速時(shí)，也會(huì)對(duì)游客心理造成急躁情緒，不利于游客體驗(yàn)。為減少道岔，景區(qū)內(nèi)部雙線鐵路可在線路起始和終端設(shè)置成環(huán)形線路，類似燈泡形狀；單線鐵路則設(shè)置成大環(huán)形，并在景區(qū)內(nèi)部成圈運(yùn)營(yíng)。環(huán)形線路可減少至少4組齒軌道岔。

2.6 減小工程建設(shè)影響，整體打造綠色旅游通道

作為旅游景區(qū)鐵路，應(yīng)為景區(qū)游客提供便捷、方便舒適的交通體驗(yàn)，提高旅游觀光功能，對(duì)全線路基、橋梁、隧道洞口及相關(guān)附屬工程進(jìn)行整體打造，形成與旅游規(guī)劃發(fā)展目標(biāo)相匹配的景觀形態(tài)，打造綠色旅游通道，形成“車(chē)在路上走，人在畫(huà)中游”的效果。

在齒軌鐵路規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)營(yíng)中，應(yīng)遵循綠色環(huán)保、系統(tǒng)優(yōu)化的綠色發(fā)展理念，在鐵路全壽命周期內(nèi)融入自然景觀，緩解、降低齒軌鐵路對(duì)自然環(huán)境負(fù)面影響的措施，強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目與周邊地域景觀環(huán)境的協(xié)調(diào)融合，促進(jìn)人與自然、動(dòng)植物的和諧相處。

2.7 靈活開(kāi)行齒軌旅游列車(chē)

旅游景區(qū)齒軌鐵路多為小運(yùn)量，為節(jié)省景區(qū)運(yùn)輸成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，可根據(jù)淡旺季運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)和實(shí)際游客排隊(duì)人數(shù)，靈活調(diào)度列車(chē)，縮短游客候車(chē)時(shí)間。在國(guó)家法定節(jié)假日，游客呈現(xiàn)高度集中的時(shí)間段，應(yīng)按旺季最高峰安排齒軌列車(chē)上線運(yùn)營(yíng)。針對(duì)突發(fā)超大客流，在保障列車(chē)安全距離的情況下，可盡量縮短發(fā)車(chē)間隔，采用“人坐滿、即發(fā)車(chē)”的運(yùn)輸方式，提高鐵路行車(chē)密度；在淡季游客相對(duì)較少的時(shí)間段，只安排少量列車(chē)上線運(yùn)營(yíng)，其余列車(chē)則留在維修間備用。同時(shí)，適當(dāng)安排部分票價(jià)高的豪華車(chē)次或席位，滿足部分高端游客乘坐需求，并提高運(yùn)輸收入。另外，可以根據(jù)游客實(shí)際到達(dá)和離開(kāi)景區(qū)的時(shí)間，合理制定列車(chē)開(kāi)行時(shí)刻表并動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2.8 建立系統(tǒng)完備的故障救援體系

齒軌列車(chē)一旦發(fā)生故障，列車(chē)將無(wú)法正常運(yùn)營(yíng)，不僅給游客留下不好的旅游體驗(yàn)，還將影響景區(qū)的經(jīng)濟(jì)收入，故齒軌鐵路安全運(yùn)營(yíng)及快速救援能力十分重要。

景區(qū)齒軌鐵路一般具有“一線一基地”、線路里程短、站間距小、車(chē)輛基地“精致小巧”、線路坡度大等技術(shù)特點(diǎn)，為保證安全運(yùn)營(yíng)和故障救援的需要，根據(jù)可能突發(fā)事件，應(yīng)事先分類制定各種應(yīng)急預(yù)案。景區(qū)齒軌鐵路一般采用乘客就地快速疏散方式，乘客可就地待援或沿路基面平臺(tái)步行至附近站點(diǎn)，故障列車(chē)則利用自身動(dòng)力或由其他列車(chē)牽引至鄰近車(chē)站。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)齒軌鐵路技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程案例，總結(jié)景區(qū)齒軌旅游鐵路的總體設(shè)計(jì)原則和主要內(nèi)容，對(duì)國(guó)內(nèi)開(kāi)展齒軌鐵路設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)現(xiàn)實(shí)意義和參考價(jià)值。

景區(qū)齒軌旅游鐵路的總體設(shè)計(jì)應(yīng)首要做好齒軌鐵路上位規(guī)劃；設(shè)計(jì)速度選取關(guān)鍵在“慢游”，而非“快旅”；根據(jù)景區(qū)地形特點(diǎn)和登山需要，合理選取線路最大縱坡；根據(jù)景區(qū)景點(diǎn)分布特征和景點(diǎn)路線走廊，敷設(shè)線站位方案；減少道岔設(shè)置，齒軌線路設(shè)置成環(huán)形；減小工程建設(shè)影響，整體打造綠色旅游通道；根據(jù)景區(qū)游客乘坐規(guī)律，靈活開(kāi)行齒軌列車(chē)；建立系統(tǒng)完備的故障救援體系。