劉高坤 楊 輝

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，430063，武漢∥第一作者，工程師)

根據(jù)《上海市城市總體規(guī)劃(2017—2035年)》[1]，上海規(guī)劃了22條市域線，總長約1 157 km。上海軌道交通市域線機場聯(lián)絡(luò)線(以下簡為“機場聯(lián)絡(luò)線”)是上海軌道交通市域線的重要組成部分，全長68.6 km，其中橋梁長4.4 km，地下線長60.5 km，路基長3.7 km，橋隧比為94.7%。全線設(shè)9座車站(見圖1)，其中地下站6座，地面站3座(虹橋站、七寶站、上海東站)，平均站間距離為8.6 km。

圖1 機場聯(lián)絡(luò)線線路平面示意圖

機場聯(lián)絡(luò)線不僅是城市軌道交通網(wǎng)的重要組成和上海市東西主軸內(nèi)的市域快速通道，而且是虹橋和浦東兩大綜合交通樞紐的快速通道，還通過與國家鐵路網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，實現(xiàn)了浦東綜合交通樞紐對長三角區(qū)域的服務。機場聯(lián)絡(luò)線是我國第一條與普通鐵路實現(xiàn)互聯(lián)互通的市域鐵路，其將同近滬地區(qū)的滬寧(上海—南京)城際鐵路、滬杭客專(上?！贾菘瓦\專線)，以及上海的嘉閔線及金山線等市域鐵路實現(xiàn)互聯(lián)互通。

1 速度目標值及供電制式選擇

1.1 速度目標值選擇

上海市域鐵路機場聯(lián)絡(luò)線平均站間距約8.6 km，大于地鐵線路的一般站間距，小于城際鐵路站間距。因此，其速度目標值也應高于地鐵速度目標值，并低于城際鐵路速度目標值。本文重點研究了速度目標值分別為120 km/h、160 km/h及200 km/h的3個方案。

機場聯(lián)絡(luò)線采用大站直達列車和站站停列車組合運行的方案[2]。結(jié)合車站分布、線路走向及列車停站方式，通過牽引計算仿真模擬，得到上海虹橋站—浦東機場站在不同速度目標值方案下的旅行時間如表1所示。其中，上海虹橋站—浦東機場站的旅行時間要求為40 min。

表1 不同速度目標值下的旅行時間對照

從表1可知：各方案的大站直達列車均可滿足旅行時間要求；120 km/h方案中的站站停列車無法滿足旅行時間要求；只有速度目標值達160 km/h及以上時，才能使站站停列車滿足旅行時間要求，并將大站直達列車從上海虹橋站至浦東機場站的運行時間控制在30 min左右；與160 km/h方案相比，200 km/h方案大站直達列車與站站停列車的旅行時間分別僅節(jié)省2 min和1 min，節(jié)時效果不明顯。

速度目標值不同，則線路建設(shè)標準不同，工程投資規(guī)模也不同。經(jīng)研究，與160 km/h方案相比，120 km/h方案投資僅節(jié)省約2%，200 km/h方案投資增幅約為8%?？梢姡?00 km/h方案的工程投資明顯更高。

從線路條件及站間距適應性來看，160 km/h方案列車運行效率相對較高，200 km/h速度目標值方案無法充分發(fā)揮高速效能。

綜上分析，機場聯(lián)絡(luò)線速度目標值推薦采用160 km/h。

1.2 供電制式選擇

我國高鐵(最高運行速度為250～350 km/h)和城際動車組(最高運行速度為120 km/h、160 km/h、200 km/h)主要采用AC 25 kV供電制式，市域鐵路(最高運行速度為100～160 km/h)主要采用AC 25 kV供電制式和DC 1500 V供電制式，城市軌道交通(最高運行速度為80～120 km/h)以DC 1500 V和DC 750 V供電制式為主，如表2所示。

表2 國內(nèi)外典型市域/城際軌道交通線路供電制式選擇

直流供電制式相比交流供電制式，具有牽引加速性能較強、速度控制精確、隧道斷面較小及車輛成本較低等優(yōu)勢[3]。在世界范圍內(nèi)，速度目標值在120 km/h及以下的城市軌道交通線路得到了非常廣泛的應用。但直流供電制式存在供電范圍較短、較高速度下電能損耗較大、牽引功率的局限，因此，在目前投入運營的軌道交通線路中，除港鐵機場快線(MTR Airport Express)的速度目標值達130 km/h外，其他線路的速度目標值均不超過120 km/h。當線路設(shè)計速度超過130 km/h時，基本采用交流供電制式。

機場聯(lián)絡(luò)線定位為市域鐵路，其速度目標值推薦160 km/h。從牽引功率、技術(shù)成熟性、可靠性角度出發(fā)，推薦機場聯(lián)絡(luò)線采用AC 25 kV供電制式。

機場聯(lián)絡(luò)線不僅要同城際鐵路互聯(lián)互通，還要同市域鐵路金山線(已建成，采用AC 25 kV接觸網(wǎng)供電制式)及嘉閔線(建設(shè)規(guī)劃已批復，采用AC 25 kV接觸網(wǎng)供電制式)等線路貫通運營。從便于實現(xiàn)互聯(lián)互通、較少運營維護工作量、實現(xiàn)資源共享的角度出發(fā)，機場聯(lián)絡(luò)線推薦選用AC 25 kV供電制式、速度目標值為160 km/h的市域動車組。

2 車體尺寸選擇

機場聯(lián)絡(luò)線將與近滬地區(qū)范圍內(nèi)的國家干線鐵路及城際鐵路實現(xiàn)互聯(lián)互通，其主要車型有CRH1B/E、CRH2A、CRH380B/D、CR400和CRH6A等。為了合理利用空間，節(jié)省工程投資，機場聯(lián)絡(luò)線車輛的外形尺寸，如長度、寬度、高度、地板面高度、車輛定距、軸重等參數(shù)，宜同國家鐵路、城際鐵路的動車組保持一致，以保證機場聯(lián)絡(luò)線市域列車與國有鐵路城際列車、市域鐵路跨線列車對土建設(shè)施的需求一致。

機場聯(lián)絡(luò)線列車初、近期為4輛編組，遠期為8輛編組。為減少遠期列車采購成本，推薦遠期的8輛編組列車優(yōu)先采用2列4輛編組列車重聯(lián)。為了統(tǒng)一站臺門結(jié)構(gòu)尺寸、簡化站臺門方案、便于運營組織、減少后期維護工作，在滿足列車運能的前提下，將頭車兩端車鉤中心距與中間車的車鉤中心距統(tǒng)一為25 000 mm。列車重連位置車門與站臺門設(shè)置方案如圖2所示。

圖2 列車車門與站臺門設(shè)置方案

機場聯(lián)絡(luò)線列車基本參數(shù)如表3所示。

表3 車輛基本參數(shù)表

3 列車載客量與編組

3.1 列車載客量

機場聯(lián)絡(luò)線平均乘客乘車距離較大(初期與近期為24.0 km，遠期為20.0 km)，而且該線連通了虹橋火車站、虹橋機場、浦東機場、上海東站等對外綜合交通樞紐。由此可預見，其乘客大多攜帶行李，特別是大件行李。針對這一客流特點，機場聯(lián)絡(luò)線選用1.5 m寬大開度車門，采用橫縱結(jié)合的座椅布置方式，并增大座椅間距，設(shè)置行李存放區(qū)和行李架。為提高乘客乘車舒適度，機場聯(lián)絡(luò)線列車額定載客量按站立密度為4人/m2考慮，超載載客量按站立密度為6人/m2考慮，得到列車載客量如表4所示。

表4 機場聯(lián)絡(luò)線列車載客量

3.2 列車編組

根據(jù)客流預測成果[2]，機場聯(lián)絡(luò)線初、近、遠期全日最大單向斷面客流量分別為2.68萬人次/d、3.48萬人次/d、5.06萬人次/d，初、近、遠期的高峰時段最大單向斷面客流量分別為0.41萬人次/h、0.52萬人次/h、0.89萬人次/h。合理的列車編組應不僅能滿足各設(shè)計年度的高峰時段斷面客流量，還應具有一定的運能儲備余量。

目前，市域動車組列車主要有4輛編組、6輛編組、8輛編組。機場聯(lián)絡(luò)線的編組方案主要有：

方案一，初、近、遠期均采用8輛編組；

方案二，初、近期采用6輛編組，遠期采用8輛編組；

方案三，初、近期采用4輛編組，遠期逐漸過渡到8輛編組。

機場聯(lián)絡(luò)線各編組方案在不同設(shè)計年度的運能余量見表5。由表5分析可知：方案一與方案二的初、近期運能富余較大，較浪費；方案三在初、近期采用小編組列車，既提高了開行頻率，又實現(xiàn)了運營組織靈活，還節(jié)省了初、近期的工程投資，其遠期可視客流變化情況調(diào)整編組，能更好地適應客流。故方案三為推薦方案。

表5 機場聯(lián)絡(luò)線各編組方案在不同設(shè)計年度的運能余量

4 列車救援與動拖比選擇

4.1 列車救援

如機場聯(lián)絡(luò)線的列車編組采用方案三，則運營期內(nèi)會出現(xiàn)4輛編組和8輛編組列車混跑的情況。根據(jù)市域鐵路車輛救援要求[4-5]，同編組列車救援(4編組救援4編組、8編組救援8編組或兩列4編組重聯(lián)救援8編組)，無論動拖比采用1∶1(2M(動車)2T(拖車))還是3∶1(3M1T)，均能在線路最大坡度上完成救援。對于三林南站—上海東站區(qū)間，可能會有16輛編組的大鐵路跨線列車進入機場聯(lián)絡(luò)線運營。由于4編組列車救援16編組列車沒有先例，故需對4編組列車采用不同動拖比(1∶1和3∶1)的列車救援能力進行線路仿真分析(啟動時計算黏著系數(shù)取0.20)。

當動拖比為1∶1時：

1) 當使用4輛編組AW0工況列車來救援8輛編組AW3工況無動力列車時，能在≤12‰的坡道上啟動。

2) 當使用4輛編組AW0工況列車來救援16輛編組AW3工況無動力列車，能在≤2‰的坡道上啟動。

當動拖比為3∶1時：

1) 當使用4輛編組AW0工況列車來救援8輛編組AW3工況無動力列車時，能在≤25‰的坡道上啟動。

2) 當使用4輛編組AW0工況列車來救援16輛編組AW3工況無動力列車時，能在≤10‰的坡道上啟動。

由此可見：

1) 即使采用動拖比為3∶1的4輛編組AW0工況列車，也僅能在10‰的坡度上救援16輛編組AW3工況無動力列車。按規(guī)范，正線最大坡度為30‰。故該救援措施無法滿足16輛編組列車的救援要求。

2) 當采用2列4輛編組AW0工況列車重聯(lián)救援16輛編組AW3工況列車時，其救援情況與使用4輛編組AW0工況列車救援8輛編組AW3工況無動力列車的救援情況相同，僅能在≤25‰的坡道上啟動。根據(jù)線路特征，當考慮雙向救援時，該救援措施能夠滿足救援需求。

因此，在列車能實施正向救援和反向救援的前提下，3∶1的動拖比能滿足機場聯(lián)絡(luò)線(8輛編組列車)及國家鐵路(16輛編組列車)跨線運營的救援需求，但車輛購置成本和運營檢修成本會相應增加。

4.2 列車動力性能

4.2.1 動力配置與動拖比選擇

在初、近期，列車編組為4輛編組，動拖比主要為3∶1及1∶1，則牽引性能參數(shù)見表6。

表6 不同動拖比時的列車牽引性能參數(shù)

由表6可以看出，相對于2M2T，3M1T列車的電機數(shù)量增加了4臺，明顯提高了牽引功率。故3M1T列車在旅行時間、旅行速度、救援能力及達速比等方面具有一定的優(yōu)勢。

3M1T列車主要存在以下缺點：①市域鐵路動車組可靠性高，故障率低，在日常運營時動力冗余較多，有一定的資源浪費；②動力配置增強，故列車購置費用相應增加，列車全壽命周期運用檢修維護工作量也將增加，故運營成本增加。

從機場聯(lián)絡(luò)線線路情況、救援性能、運營靈活性、全壽命周期成本等因素綜合考慮，機場聯(lián)絡(luò)線列車動拖比暫推薦采用3∶1。

4.2.2 列車牽引性能

列車起動牽引力是在額定載客量、車輪半磨耗的條件下計算確定的。動拖比為3∶1時，列車牽引性能需滿足：最高運行速度為160 km/h，平均起動加速度≥1.0 m/s2，平均加速度≥0.4 m/s2。

5 列車疏散方式

5.1 國家鐵路動車組列車的疏散方式

國家鐵路動車組列車配置了應急救援梯，如圖3所示。當列車發(fā)生火災等緊急情況時，由列車員操作應急救援梯，并組織乘客疏散至道床面。

圖3 應急疏散梯

5.2 城市軌道交通列車疏散方式

城市軌道交通列車運行速度一般較低，且列車頭部一般采用非流線型設(shè)計，故可在列車頭部和尾部設(shè)置端門。當在高架或未設(shè)置疏散平臺的區(qū)域發(fā)生緊急情況時，可利用端門疏散，如圖4所示。在地下區(qū)間一般設(shè)置高度為900 mm疏散平臺。疏散平臺與設(shè)備限界的距離一般控制為50～100 mm。

圖4 端門疏散梯

5.3 機場聯(lián)絡(luò)線列車疏散方式

機場聯(lián)絡(luò)線列車設(shè)計速度為160 km/h，橋隧比為94.7%。為減少列車運行阻力及司機室噪聲，車頭需采用流線型，無法設(shè)置端門。

由于國家鐵路動車組與機場聯(lián)絡(luò)線互聯(lián)互通運營，故機場聯(lián)絡(luò)線列車的技術(shù)標準需滿足國家鐵路動車組限界標準：建(構(gòu))筑物距離線路中心距離不得小于2 200 mm。而機場聯(lián)絡(luò)線動車組列車車體半寬為1 650 mm。如設(shè)置疏散平臺，則疏散平臺距離車輛側(cè)部最小距離為550 mm。在緊張氛圍或光線昏暗條件下，極易在人員疏散時發(fā)生掉落事件，危害乘客安全。因此，機場聯(lián)絡(luò)線無法按照常規(guī)模式貼臨列車設(shè)置架空疏散平臺。

因此，當列車由于動力故障或火災等需要在區(qū)間疏散乘客時，機場聯(lián)絡(luò)線在地下及高架區(qū)間主要以道床面和電纜溝蓋板面作為縱向疏散通道進行乘客緊急疏散，其列車也需相應配置能夠滿足市域鐵路動車組疏散需求的疏散設(shè)施。

為節(jié)省運營成本，機場聯(lián)絡(luò)線列車不配備乘務員。為便于乘客從列車疏散至地面，機場聯(lián)絡(luò)線動車組疏散設(shè)施設(shè)計有多種結(jié)構(gòu)形式。參考國家鐵路適應低站臺的車門結(jié)構(gòu)形式(見圖5)[5]，推薦在頭尾車中間車門附近設(shè)置下沉式踏步結(jié)構(gòu)形式的應急疏散設(shè)施。通過仿真分析驗證[6]，該設(shè)施疏散效率較高。

圖5 國家鐵路適應低站臺車門結(jié)構(gòu)形式

6 結(jié)語

機場聯(lián)絡(luò)線是我國第一條與國家鐵路實現(xiàn)互聯(lián)互通的市域鐵路線路。本文從線路條件、站間距、時間目標值、工程投資、技術(shù)成熟度、便于實現(xiàn)互聯(lián)互通、實現(xiàn)資源共享等角度出發(fā)，通過綜合分析提出，機場聯(lián)絡(luò)線車輛應選用AC 25 kV供電制式、目標速度為160 km/h的市域鐵路動車組列車，并對該車型的車輛基本參數(shù)、定員、編組、動拖比、疏散和救援性能展開分析和討論。

本文提出的車輛主要技術(shù)指標及解決方案，可為類似條件線路的車輛選型提供參考借鑒。