張?zhí)t

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司 陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室，陜西 西安 710043)

速度目標值是鐵路項目的最重要技術(shù)指標之一[1]，是確定項目規(guī)模、設(shè)備配置、工程投資的重要基礎(chǔ)。速度目標值選擇既需要著眼于長遠發(fā)展，又需要經(jīng)濟合理[2]；既需要考慮充分發(fā)揮新建鐵路的骨干作用，又需要使其能與相鄰路網(wǎng)相匹配以及與其他交通方式充分合作，形成相互匹配的綜合交通運輸體系[3]。研究根據(jù)相應設(shè)計規(guī)范，結(jié)合功能定位、路網(wǎng)意義、客流特點、工程投資等，對新建濟濱鐵路(濟南東—濱州)速度目標值選擇進行綜合研究，論證技術(shù)標準選擇的合理性、適用性[4]。

1 濟濱鐵路客流特征及旅行時間目標值分析

1.1 項目概況

濟濱鐵路位于山東半島城市群北部，為山東半島城市群城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分，線路西自濟南樞紐濟南東站引出，向北經(jīng)過濟南市歷城區(qū)、遙墻機場、章丘區(qū)，上跨黃河經(jīng)過濟南市濟陽區(qū)、商河縣，向東經(jīng)過濱州市惠民縣、濱城區(qū)，接入濱州地區(qū)濱州站，線路全長150.7 km，共設(shè)濟南東、遙墻機場、濟陽、商河、惠民、濱州6 個車站。濟濱鐵路南端通過濟南樞紐連接京滬高速鐵路(北京南—上海虹橋)、石濟客運專線(石家莊—濟南)、濟鄭客運專線(濟南—鄭州)、濟萊高速鐵路(濟南—萊蕪)，北端通過濱州地區(qū)濱州站連接京滬高速鐵路輔助通道(北京—上海)，濟濱鐵路有助于加強與京津冀、長三角等發(fā)達地區(qū)的緊密聯(lián)系，便利群眾出行，促進沿線經(jīng)濟和社會發(fā)展[5-6]。濟濱鐵路計劃于2022 年10 月開工建設(shè)，建設(shè)工期為4 年。

1.2 客流特征

濟濱鐵路作為山東省快速鐵路網(wǎng)魯北通道的主要組成部分，以區(qū)域城際客流為主，同時承擔遙墻機場集疏運任務，兼顧路網(wǎng)干線功能，是一條高標準的區(qū)域城際鐵路，有利于改善區(qū)域交通條件的交通基礎(chǔ)設(shè)施，促進新舊動能轉(zhuǎn)換國家試驗區(qū)建設(shè)，實施山東省“加密、提速、擴通道”交通發(fā)展戰(zhàn)略，推動區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程。從客流特征分析，該線主要承擔省內(nèi)外跨線區(qū)際交流、沿線與區(qū)域內(nèi)城市間的省際交流及沿線城際客流[7]。濟濱鐵路客流特征分析如表1 所示。

表1 濟濱鐵路客流特征分析Tab.1 Passenger flow characteristic analysis table

從客流特征分析表可以看出，該線承擔的省內(nèi)外跨線區(qū)際間的客流、以及沿線與區(qū)域內(nèi)其他城市間的省際客流占比較高，近、遠期分別占比72.5%和71.7%，該部分客流運距較大，對運輸質(zhì)量要求相對較高，而本線沿線客流運距較短，占比較小。

1.3 旅行時間目標值分析

（1）速度目標值選擇原則。一是滿足并適度超前山東半島城市群規(guī)劃發(fā)展、人民群眾出行服務對交通時間目標值的要求。既要經(jīng)濟合理，還應充分考慮未來發(fā)展趨勢，速度目標值應符合規(guī)劃及政策相關(guān)要求。二是發(fā)揮項目在綜合交通系統(tǒng)中的優(yōu)勢。體現(xiàn)方便、快捷、安全的運輸特點，滿足不同層次客流的需求，實現(xiàn)工程投資最小化和經(jīng)濟效益最大化的和諧統(tǒng)一。

（2）相關(guān)路網(wǎng)規(guī)劃分析。根據(jù)《山東省綜合交通網(wǎng)中長期發(fā)展規(guī)劃(2018—2035 年)》發(fā)展目標，通過高速鐵路實現(xiàn)覆蓋全省、通達省周邊主要城市的1 小時、2 小時、3 小時陸上交通圈，其中，濟南至相鄰六市0.5 h 通達，濟南至青島、青島至周邊市、全省相鄰各市1 h 通達，濟南與省內(nèi)各市2 h 通達，濟南與北京、上海等14 個國內(nèi)主要城市3 h 左右通達。濟濱鐵路同時作為京滬高速鐵路至京滬高速鐵路輔助通道的聯(lián)絡線，具有國家干線鐵路功能，應與相鄰鐵路速度目標值相適應[8]。

（3）市場與競爭力分析。濟濱鐵路承擔濟南市至濱州市及沿線機場、縣城、城鎮(zhèn)間客流，目前沿線客運交流主要通過既有鐵路和公路運輸。既有鐵路運輸方面，膠濟線(青島—濟南)速度目標值為160 km/h，淄東線(淄博—東營)允許速度為50～80 km/h。濟南市至濱州市之間選擇既有鐵路出行所需費用32.5 元，耗時4 h 19 min。隨著旅客對出行方式的時效性、舒適性、安全性要求越來越高，既有鐵路運輸質(zhì)量與公路相比競爭優(yōu)勢不強。既有公路運輸方面，通道內(nèi)與該項目平行的公路主要有濟東高速，目前濟南市與濱州市間快速客運交流主要通過濟東高速、G20 (青銀高速)、S29(濱博高速)實現(xiàn)。旅客選擇公路出行所需費用在43～49 元之間，耗時2 h 左右，競爭優(yōu)勢高于既有鐵路運輸。但是，隨著客貨運輸需求的日益增長，公路很難適應未來運輸需求。如果對既有公路通道進行擴建，不僅占用大量寶貴土地資源，而且加劇石油資源消耗，并造成大量的廢氣污染，公路運輸所帶來的“高污染、高能耗、高占地”對當?shù)氐沫h(huán)境保護、資源節(jié)約帶來負面影響。運輸方式競爭能力比較如表2 所示。

表2 運輸方式競爭能力比較Tab.2 Competitiveness comparison table of various modes of transportation

（4）旅行時間目標值的確定。濟濱鐵路建成后，濟南市至濱州市間將形成高速鐵路、普速鐵路、高速公路、省道等多種交通運輸方式并存的綜合交通運輸體系。濟南市至濱州市間高速公路最快旅行時間約2 h，票價在43～49 元之間。為保證該線具備與公路競爭的優(yōu)勢，從滿足時間目標值要求和區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展分析，濟南東—濱州間列車旅行時間宜控制在0.5～1 h，根據(jù)測算，高速鐵路二等座出行的旅客票價在45～60 元之間。

2 濟濱鐵路的速度目標值選擇

2.1 方案構(gòu)成

與濟濱鐵路相關(guān)聯(lián)的高速鐵路及城際鐵路速度目標值范圍為250～350 km/h，因而，濟濱鐵路速度目標值研究250 km/h、300 km/h、250 km/h 預留350 km/h、350 km/h 共4 個方案。由于濟南東—濟陽段受地形、工程等因素控制，需要采用局部限速，故首先對濟南東—濟陽段速度目標值進行研究，在此研究的基礎(chǔ)上，對全線的速度目標值進行比選研究[9]。

2.2 濟南東—濟陽段不同速度目標值比選分析

濟南東—濟陽段位于濟南市市區(qū)附近，沿線主要受濟南東片區(qū)規(guī)劃、臨空經(jīng)濟區(qū)、機場規(guī)劃、黃河橋位、濟陽區(qū)規(guī)劃、既有交通設(shè)施、大型企業(yè)遷改等因素控制及鐵路大跨度跨越高速公路技術(shù)條件的限制，如果采用較高標準的速度目標值，平面需要采用較大的曲線半徑，對城市干擾極大，工程實施難度極高，會大大增加工程投資和社會風險。由于濟南東為始發(fā)站，且至濟陽站距離僅34 km，根據(jù)受控因素和相關(guān)意見，對該段方案限速的可行性方案進行具體研究。

2.2.1 方案概述

（1）線路平面適應性分析。①濟南東—遙墻機場段。線路自濟南東站東端與在建濟萊高速鐵路分線路別引出，與既有濟青高速鐵路(濟南東—青島北)、在建濟萊高速鐵路等處于同一通道。線路采用一個R-600 m 小半徑曲線下穿濟萊高速鐵路，之后為滿足大跨度連續(xù)梁特殊設(shè)置條件，線路連續(xù)采用R-800 m、R-1 300 m、R-1 400 m 的較小曲線半徑上跨濟青高速公路和機場高速公路，而后并行機場高速公路西側(cè)北行，采用R-4 000m 曲線半徑跨越機場高速立交匝道，為避免緩和曲線伸入車站，遙墻機場進站前采用較短緩和曲線的R-7 000 m 曲線半徑。從平面條件分析，CK2+055至CK4+191 段平面條件限速100 km/h，CK4+191至CK5+951 段限速120 km/h，CK5+951 至CK7+876 段限速160 km/h，CK7+876 至CK19+654段限速為250 km/h。②遙墻機場—濟陽段。線路自遙墻機場站引出，采用R-2 200 m 曲線半徑，之后為繞避濟南市綜合保稅區(qū)、利用G308 黃河橋位公鐵合建跨越黃河、繞避濟陽區(qū)漢方制藥建成區(qū)，線路分別依次采用R-2 500 m、R-1 300 m、R-2 000 m曲線半徑，線路整體上基本適應200 km/h 設(shè)計速度。其中，CK19+654 至CK20+784 段平面條件限速250 km/h，CK20+784 至CK22+460 段限速160 km/h，CK22+460 至CK28+901 段限速250 km/h，CK28+901至CK32+536 段限速200 km/h，CK32+536 至濟陽段限速250 km/h。

（2）列車最高運行速度分析。根據(jù)線路平面條件適應性研究結(jié)論，濟南東—濟陽段受平面曲線半徑控制，列車最高允許速度為100～250 km/h?？紤]平面曲線限速后，對濟南東—濟陽段行車速度曲線模擬。濟南東—濟陽段(下行線)V-S曲線示意圖如圖1 所示(V表示速度，S表示里程，V-S曲線表示速度與里程的關(guān)系)，濟南東—濟陽段(上行線)V-S曲線示意圖如圖2 所示。由V-S曲線示意圖可以看出，考慮平面曲線限速后，濟南東—濟陽段列車最高運行速度可達250 km/h。

圖1 濟南東—濟陽段(下行線) V-S 曲線示意圖Fig.1 Schematic diagram of V-S curve of Jinandong to Jiyang section (railway down line)

圖2 濟南東—濟陽段(上行線) V-S 曲線示意圖Fig.2 Schematic diagram of V-S curve of Jinandong to Jiyang section (railway up line)

（3）曲線超高檢算。上述V-S曲線只考慮平面曲線半徑控制，未考慮曲線范圍列車速度差引起的曲線超高設(shè)置控制因素，根據(jù)《鐵路軌道設(shè)計規(guī)范》(TB 10082-2017)，采用城際鐵路技術(shù)標準對濟南東站及濟陽站范圍曲線地段允許最高通過速度進行檢算，本次最低速度按不利條件考慮。結(jié)合濟南東—濟陽段V-S曲線示意圖，經(jīng)檢算，不存在速度差控制列車通過速度問題。

（4）速度目標值方案。如上所述，濟南東—濟陽段受地形及構(gòu)筑物限制，平面曲線半徑滿足的速度目標值為100～250 km/h；通過V-S曲線分析，該段線路列車最高運行速度可以達到250 km/h；曲線超高檢算表明，通過合理的超高設(shè)置，不存在超高限速情況。結(jié)合本段存在局部160 km/h 限速情況，本次速度目標值研究160 km/h、200 km/h 和250 km/h 共3 個方案。

2.2.2 方案比選

（1）工程建設(shè)標準分析。通過研究分析3 個不同限速方案，得出不同方案的特征。濟南東—濟陽段不同方案工程經(jīng)濟比較如表3 所示。由表3 可以看出，200 km/h 方案較160 km/h 方案增加投資約2.21 億元，增加2.37%；200 km/h 方案較250 km/h方案節(jié)省投資約3.55 億元，節(jié)省3.59%。

表3 濟南東—濟陽段不同方案工程經(jīng)濟比較Tab.3 Project economic comparison table of different schemes

（2）運營效果。濟南東—濟陽段不同運輸方案比較如表4 所示。從表4 中看出，160 km/h、250 km/h方案分別較200 km/h 方案運行時間多1.8 min 和減少0.5 min，從運營效果分析，200 km/h 方案效果相對較好。

表4 濟南東—濟陽段不同運輸方案比較Tab.4 Comparison of transportation quality of different schemes

2.2.3 研究結(jié)論

200 km/h 方案較160 km/h 方案增加投資約2.21 億元，旅行時間節(jié)省1.8 min，投資節(jié)時比1.23 億元/min；250 km/h 較200 km/h 方案投資增加約3.55 億元，旅行時間節(jié)省0.5 min，投資節(jié)時比7.10 億元/min，投資節(jié)時效果差。綜合考慮運營效果和工程投資，濟南東—濟陽段速度目標值推薦采用200 km/h。

2.3 全線不同速度目標值比選分析

根據(jù)濟南東—濟陽段速度目標值研究結(jié)論，該段速度目標值采用200 km/h。在此基礎(chǔ)上，對全線速度目標值進行分析。

（1）地形設(shè)置及工程投資分析。重點對濟陽—濱州段采用250 km/h、250 km/h預留350 km/h、300 km/h、350 km/h 的工程建設(shè)標準及工程投資進行分析。濟陽—濱州段地形平坦，控制性地物較少，不同速度目標值方案走向基本一致，線路長度也相差不大。不同速度目標值方案比選示意圖如圖3 所示，濟陽—濱州段不同速度方案工程經(jīng)濟比較如表5 所示。

表5 濟陽—濱州段不同速度方案工程經(jīng)濟比較Tab.5 Economic comparison of projects with different speed schemes in the section from Jiyang to Binzhou

圖3 不同速度目標值方案比選示意圖Fig.3 Schematic diagram of comparison and selection of different speed target value schemes

（2）站間距離適應性分析。濟南東—濟陽段速度目標值為200 km/h，不同速度目標值方案達速性能一致，因此，站間距離適應性對濟陽—濱州段進行分析。濟陽—濱州段運營長度114.7 km，共分布車站4 處(含濟陽、濱州站)，平均站間距離38.2 km。本段擬組織一站直達、大站直達、交錯停站列車。通過模擬牽引計算，不同速度目標值方案列車達速效果如表6 所示。

表6 不同速度目標值方案列車達速效果 %Tab.6 Train speed effect table

（3）運輸質(zhì)量。通過列車仿真牽引計算分析，在濟南東—濟陽段速度目標值為200 km/h 的前提下，全線范圍動車組列車不同速度目標值運輸方案比較如表7 所示。由表7 可見，各速度目標值方案均可滿足本線時間目標值的要求。

表7 全線范圍動車組列車不同速度目標值運輸方案比較Tab.7 Transport quality comparison table of different speed target value schemes

（4）經(jīng)濟效益分析。影響不同速度目標值方案財務效益的主要因素有建設(shè)投資、客流規(guī)模、運營成本、運輸收入等因素[10]。對項目不同速度方案的財務指標進行測算，不同速度方案投資及效益比較如表8 所示。財務效益分析表明，采用350 km/h的速度目標值方案經(jīng)濟性最優(yōu)，其次為300 km/h、250 km/h 預留350 km/h 方案，250 km/h 方案最差。因此，從經(jīng)濟效益分析，宜采用350 km/h 的速度目標值方案。

表8 不同速度方案投資及效益比較Tab.8 Comparison of investment and benefits of different speed schemes

2.4 速度目標值研究結(jié)論

從通道功能定位考慮[11]，濟濱鐵路為山東省綜合交通網(wǎng)橫向魯北通道的主要組成部分，亦是連接京津冀與長三角地區(qū)的重要通道，速度目標值宜采用350 km/h。與濟濱鐵路銜接的線路，除石濟客運專線速度目標值為250 km/h 外，其余均為350 km/h，因而，濟濱鐵路速度目標值宜采用350 km/h。濟南東—濟陽段200 km/h 方案較160 km/h 方案增加投資約2.21 億元，旅行時間節(jié)省1.8 min，投資節(jié)時比1.23 億元/min；250 km/h較200 km/h 方案投資增加約3.55 億元，旅行時間節(jié)省0.5 min，投資節(jié)時比7.10 億元/min，投資節(jié)時效果差。綜合考慮運營效果和工程投資[12]，濟南東—濟陽段速度目標值采用200 km/h。在濟南東—濟陽段200 km/h 速度目標值的基礎(chǔ)上，采用350 km/h 方案較250 km/h 方案全線運行時間節(jié)省7 min，節(jié)時16%，投資增加7.4%，增加有限，且350 km/h 方案較250 km/h 方案經(jīng)濟性優(yōu)。綜上，考慮功能定位和客流特點，從滿足沿線快速出行的需求和相鄰路網(wǎng)的銜接角度考慮，按照綜合效益最大化的原則[13]，濟濱鐵路速度目標值推薦濟南東—濟陽段200 km/h，濟陽—濱州段350 km/h。

3 結(jié)束語

速度目標值選擇是確定鐵路項目建設(shè)規(guī)模和工程投資的重要前提，是鐵路主要技術(shù)標準的最重要指標，速度目標值的選擇是一個復雜、科學、嚴謹?shù)倪^程，需要綜合考慮各項因素，從路網(wǎng)構(gòu)成、功能定位、客流特點、效益分析、市場競爭、工程投資、鐵路高質(zhì)量發(fā)展等方面進行綜合研究分析，既要立足實際，又要適度超前，從而確立科學合理的建設(shè)標準，為項目建設(shè)提供決策依據(jù)。下一步將針對確定的速度目標值進一步研究優(yōu)化各段線路技術(shù)方案，科學合理選用各項技術(shù)標準，最大限度節(jié)約建設(shè)資金，同時實現(xiàn)鐵路運輸綜合效益最優(yōu)化。