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        軌道交通市域快線(xiàn)快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式方案研究

        2023-02-12 02:58:54黃江陽(yáng)李?lèi)?ài)東包樂(lè)培
        城市軌道交通研究 2023年1期

        黃江陽(yáng) 李?lèi)?ài)東 陳 劍 包樂(lè)培

        (1.廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,510010,廣州; 2.中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,300308,天津;3.中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司廣東分公司,518052,深圳∥第一作者,工程師)

        目前,國(guó)內(nèi)超大城市地鐵建設(shè)已基本完成主要城區(qū)覆蓋,處于核心區(qū)軌道網(wǎng)絡(luò)加密和快速聯(lián)系城市副中心組團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“組團(tuán)”)的發(fā)展階段。隨著運(yùn)營(yíng)距離的增長(zhǎng)和旅客通勤需求時(shí)間的縮短,新型快速軌道交通形式應(yīng)運(yùn)而生。軌道交通市域快線(xiàn)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“市域快線(xiàn)”)作為超大城市內(nèi)聯(lián)系各大組團(tuán)的快速通道,其線(xiàn)路最高運(yùn)行速度已不滿(mǎn)足于傳統(tǒng)地鐵的線(xiàn)路最高運(yùn)行速度(80 km/h),在建的深圳地鐵14號(hào)線(xiàn)已達(dá)到120 km/h,市域快線(xiàn)規(guī)劃研究方案中其最高運(yùn)行速度可達(dá)160 km/h,快慢車(chē)分線(xiàn)運(yùn)營(yíng)勢(shì)在必行。

        本文基于深圳市域快線(xiàn)線(xiàn)路的功能特點(diǎn)及需求,通過(guò)對(duì)比快慢車(chē)組合運(yùn)營(yíng)和復(fù)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)兩大快線(xiàn)建設(shè)模式的相關(guān)特點(diǎn),研究最佳的快慢車(chē)分線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式,為深圳市乃至全國(guó)城市軌道交通建設(shè)提供快線(xiàn)建設(shè)借鑒思路。

        1 項(xiàng)目概況

        深圳市域快線(xiàn),規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)速為120~160 km/h,沿西南—東北向聯(lián)系前海區(qū)、南山區(qū)、龍華區(qū)、龍崗區(qū)等組團(tuán),其主要功能為快速聯(lián)系都市核心區(qū)與東部中心,滿(mǎn)足龍崗區(qū)與龍華區(qū)往南山科技園區(qū)與前海區(qū)的通勤需求。

        線(xiàn)路起自南山前保站,途經(jīng)前海自貿(mào)區(qū)、南山高新科技園區(qū)、龍華深圳北站商務(wù)中心區(qū)、龍崗大運(yùn)片區(qū),終至龍崗坪地站,全長(zhǎng)63.8 km,全地下敷設(shè);共設(shè)站24座(其中換乘車(chē)站18座),全部為地下車(chē)站,最大站間距為6.975 km(白泥坑站至坳背站),最小站間距為0.825 km(白石龍站至梅龍站),平均站間距為2.700 km。其中,南山段平均站間距為1.400 km,非南山段平均站間距為3.100 km。龍崗段在科興站東側(cè)及新生站東側(cè)引出出入線(xiàn),分別與沙河西停車(chē)場(chǎng)和坪地車(chē)輛段銜接。深圳市域快線(xiàn)平面圖截圖如圖1所示。

        圖1 深圳市域快線(xiàn)平面圖截圖

        2 國(guó)內(nèi)外案例介紹

        2.1 局部四線(xiàn)模式

        局部四線(xiàn)模式屬于快慢線(xiàn)組合運(yùn)營(yíng),意在局部車(chē)站設(shè)置四線(xiàn)平行敷設(shè),增加越行線(xiàn)。該模式下,慢車(chē)可通過(guò)站內(nèi)越行線(xiàn)避讓快車(chē),但受追蹤最小間隔及越行線(xiàn)數(shù)量限制,線(xiàn)路系統(tǒng)能力會(huì)有一定折減。

        該模式在日本筑波線(xiàn)、我國(guó)廣州地鐵18號(hào)線(xiàn)和22號(hào)線(xiàn)上有所應(yīng)用。以日本筑波線(xiàn)為例,該線(xiàn)路全長(zhǎng)約58.3 km,設(shè)站20座,平均站間距為3.100 km,車(chē)輛最高運(yùn)行速度為130 km/h。日本筑波線(xiàn)在八潮站和流山蒼鷹之森站設(shè)越行線(xiàn),快車(chē)比慢車(chē)少停11站,快車(chē)全線(xiàn)旅行時(shí)間節(jié)省12 min,平均越行1站可節(jié)省約1 min旅行時(shí)間。 日本筑波線(xiàn)局部四線(xiàn)方案配線(xiàn)圖如圖2所示。

        圖2 日本筑波線(xiàn)局部四線(xiàn)方案配線(xiàn)圖

        2.2 三線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式

        三線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式屬于復(fù)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式,意在增設(shè)一條線(xiàn)路以滿(mǎn)足快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)調(diào)配。第三線(xiàn)又分為雙向運(yùn)營(yíng)和單向運(yùn)營(yíng)兩種模式。第三線(xiàn)的雙向運(yùn)行模式是將第三線(xiàn)作為輔助避讓行車(chē)線(xiàn),當(dāng)快車(chē)來(lái)臨時(shí),慢車(chē)駛?cè)氲谌€(xiàn)進(jìn)行避讓?zhuān)詽M(mǎn)足快慢車(chē)同時(shí)正常運(yùn)行的需求。該模式應(yīng)用于韓國(guó)首爾地鐵9號(hào)線(xiàn),該線(xiàn)于2009年開(kāi)通運(yùn)營(yíng),線(xiàn)路全長(zhǎng)31.5 km(一期工程全長(zhǎng)27.0 km,二期工程全長(zhǎng) 4.5 km),共設(shè)車(chē)站30座(一期工程25座,二期工程5座),其中快車(chē)站12座,是韓國(guó)第一條提供快車(chē)服務(wù)的線(xiàn)路,快車(chē)僅在主要車(chē)站停靠??燔?chē)從金浦機(jī)場(chǎng)站開(kāi)行至中央保勛醫(yī)院站約需54 min,普速列車(chē)則需86 min,乘坐快車(chē)可節(jié)省32 min,節(jié)省時(shí)間效果顯著。

        第三線(xiàn)單向運(yùn)行模式是將第三線(xiàn)作為獨(dú)立運(yùn)行線(xiàn)路,快線(xiàn)單線(xiàn)單向運(yùn)行,主要滿(mǎn)足潮汐客流需求,早高峰由居住區(qū)開(kāi)往工作區(qū),晚高峰再由工作區(qū)開(kāi)往居民區(qū)。該模式在美國(guó)紐約地鐵7號(hào)線(xiàn)(法拉盛站—曼哈頓廣場(chǎng)站)有所應(yīng)用[1]。快慢線(xiàn)處于同一平面,快車(chē)線(xiàn)在中間,兩側(cè)為慢車(chē)線(xiàn)。由于快車(chē)線(xiàn)只有一條,只能開(kāi)行單向快車(chē)。快車(chē)站臺(tái)在快慢車(chē)線(xiàn)路中間,同方向的快慢車(chē)換乘時(shí)不需要換站臺(tái),快車(chē)不??康能?chē)站不設(shè)快車(chē)站臺(tái)。紐約地鐵第三線(xiàn)模式在客流高峰時(shí)期為主客流方向同時(shí)提供快慢車(chē)服務(wù),由于單方向運(yùn)營(yíng),快車(chē)由法拉盛站至曼哈頓中心區(qū)僅需38 min。

        2.3 四線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式

        四線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式屬于復(fù)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式,意在增設(shè)兩條線(xiàn)路以實(shí)現(xiàn)快慢車(chē)獨(dú)立運(yùn)營(yíng)。該模式在紐約地鐵的絕大多數(shù)快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路上有所應(yīng)用。分線(xiàn)運(yùn)行不會(huì)造成運(yùn)營(yíng)能力上的損失,快線(xiàn)較慢線(xiàn)而言速度相同,但停靠站較少。慢線(xiàn)站站停,而快線(xiàn)只停靠較大的換乘站,或者采用分段停站方案。以采用該模式的紐約弗拉新線(xiàn)為例,快線(xiàn)及慢線(xiàn)的旅行速度分別為41 km/h、28 km/h,平均站間距分別為2.500 km、0.700 km。其相關(guān)數(shù)據(jù)可為國(guó)內(nèi)新建市域快線(xiàn)提供參考。

        3 快慢線(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)

        3.1 快慢線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式

        深圳市域快線(xiàn)是龍崗區(qū)、龍華區(qū)至南山區(qū)的直接快速通道,其中非南山區(qū)有快線(xiàn)運(yùn)營(yíng)的設(shè)置條件。列車(chē)旅行時(shí)間需控制在1 h內(nèi),以滿(mǎn)足旅客的通勤需求。通過(guò)研究局部四線(xiàn)、單向三線(xiàn)、四線(xiàn)運(yùn)行3個(gè)方案,比選適合本線(xiàn)路的運(yùn)行模式。

        3.1.1 速度目標(biāo)值

        通常來(lái)說(shuō),列車(chē)運(yùn)行距離至少在加減速度距離合計(jì)的2倍以上,列車(chē)才能達(dá)到最高速度,且勻速行駛狀態(tài);否則,列車(chē)性能將得不到發(fā)揮,并處于頻繁起停狀態(tài),旅行舒適度將有所降低。因此,實(shí)現(xiàn)列車(chē)最高速度的站間距宜大于列車(chē)加減速度距離合計(jì)的2倍以上。

        不同速度目標(biāo)值對(duì)應(yīng)的列車(chē)加減速距離及合理站間距如表1所示。由表1可知,速度目標(biāo)值越大,所需充分發(fā)揮列車(chē)性能的站間距離也越大?;谏钲谑杏蚩炀€(xiàn)南山區(qū)和非南山區(qū)的平均站間距,其與速度目標(biāo)值為120~160 km/h時(shí)的數(shù)據(jù)匹配性較高。

        表1 不同速度目標(biāo)值對(duì)應(yīng)的列車(chē)加減速距離及合理站間距

        基于站間距,速度目標(biāo)值采用120 km/h,同時(shí)由于南山區(qū)科技園處高層建(構(gòu))筑物較多,若速度目標(biāo)值采用160 km/h,必將導(dǎo)致大量建筑拆遷,工程可實(shí)施性較差。因此在滿(mǎn)足旅客需求的前提下,降低最高速度來(lái)?yè)Q取線(xiàn)路平面曲線(xiàn)半徑取值的靈活性,故本研究選取速度目標(biāo)值為120 km/h的方案。

        3.1.2 線(xiàn)路系統(tǒng)能力

        基于速度目標(biāo)值為120 km/h的方案,針對(duì)不同快慢線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行線(xiàn)路系統(tǒng)能力的測(cè)算。在不影響快車(chē)運(yùn)行的情況下,根據(jù)線(xiàn)路條件和列車(chē)停站時(shí)間等因素[2-3],設(shè)計(jì)快慢車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù),通過(guò)快慢車(chē)旅行時(shí)間、發(fā)車(chē)間隔、運(yùn)能儲(chǔ)備等指標(biāo)分析線(xiàn)路系統(tǒng)能力。列車(chē)旅行時(shí)間是線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)的重要參數(shù),直觀地反映出全線(xiàn)列車(chē)的運(yùn)行時(shí)間。發(fā)車(chē)間隔是指列車(chē)運(yùn)行時(shí)間間隔,可通過(guò)高峰小時(shí)開(kāi)行對(duì)數(shù)獲得。運(yùn)能儲(chǔ)備為高峰小時(shí)輸送旅客客流與高峰小時(shí)旅客出行需求之間的關(guān)系,可直觀地反映線(xiàn)路系統(tǒng)能力。

        不同快慢線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式下的線(xiàn)路系統(tǒng)能力如表2所示。由表2可知:當(dāng)采用局部四線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式時(shí),受快慢車(chē)車(chē)速差的影響,高峰小時(shí)僅能開(kāi)行24對(duì)/h,快車(chē)發(fā)車(chē)間隔為15.6 min,運(yùn)能儲(chǔ)備僅為0.3%,應(yīng)對(duì)客流風(fēng)險(xiǎn)性較差,且隨著快車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)的增加,線(xiàn)路系統(tǒng)能力會(huì)進(jìn)一步折減;當(dāng)采用三線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式或四線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式時(shí),快慢線(xiàn)分線(xiàn)運(yùn)行,互相不受影響,能夠保證客流運(yùn)輸需求,且快慢車(chē)開(kāi)行比例更高。因此建議選用三線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式或四線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式。

        表2 不同快慢線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式下的線(xiàn)路系統(tǒng)能力

        3.2 線(xiàn)站位方案

        線(xiàn)路由南山中心區(qū)經(jīng)龍華深圳北站交通樞紐,終至龍崗大運(yùn)片區(qū)和坪地片區(qū),線(xiàn)路周邊條件復(fù)雜。龍華區(qū)和龍崗區(qū)地處城市外環(huán),新舊區(qū)域建設(shè)差別較大,老區(qū)城中村房屋密集、道路較窄,新區(qū)建設(shè)較好、道路較寬。南山區(qū)高樓林立、建筑規(guī)整,但其他軌道線(xiàn)路交錯(cuò)縱橫,對(duì)于線(xiàn)路敷設(shè)通道有嚴(yán)格限制。

        基于該線(xiàn)路周邊環(huán)境特點(diǎn),線(xiàn)站位方案需遵循以下原則[4-6]:

        1) 快慢線(xiàn)站點(diǎn)應(yīng)根據(jù)客流覆蓋需要設(shè)置,盡量將快線(xiàn)停車(chē)站設(shè)置在換乘樞紐和早晚高峰客流量較大區(qū)域,慢線(xiàn)站間距宜控制在1.500 km,快線(xiàn)站間距宜控制在3.000 km。

        2) 線(xiàn)路盡量選擇城市主干道敷設(shè),在快線(xiàn)不停靠站點(diǎn)區(qū)間,線(xiàn)路可繞避居民區(qū),以減少不必要的拆遷和噪聲影響。

        3) 對(duì)于線(xiàn)路與其他軌道交通線(xiàn)路的相交點(diǎn),應(yīng)盡量將快慢線(xiàn)設(shè)于同一平面通道,避免占用兩層通道而浪費(fèi)地下通道空間。

        4) 線(xiàn)路應(yīng)根據(jù)城市道路現(xiàn)狀和規(guī)劃要求,采用大半徑曲線(xiàn)以保持線(xiàn)路平順,避免采用小半徑曲線(xiàn)而限制全線(xiàn)最高速度取值。

        采用四線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式,在線(xiàn)路與其他軌道交通立交段快慢線(xiàn)無(wú)法處于同一平面,需占用二層地下通道。三線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式在線(xiàn)站位敷設(shè)方案上較為節(jié)省地下空間。局部四線(xiàn)方案車(chē)站需增設(shè)2條越行線(xiàn),車(chē)站寬度較大,較三線(xiàn)和四線(xiàn)運(yùn)營(yíng)的車(chē)站規(guī)模大,對(duì)于車(chē)站周邊地下空間要求較高,局部地段存在大量拆遷影響。

        3.3 車(chē)站布設(shè)形式

        局部四線(xiàn)方案意在通過(guò)增設(shè)越行線(xiàn)[7]來(lái)滿(mǎn)足快車(chē)過(guò)站而不影響慢車(chē)??康男枨螅叫芯€(xiàn)在外側(cè),停車(chē)線(xiàn)在內(nèi)側(cè)。四線(xiàn)運(yùn)營(yíng)方案地下站的常用形式為雙島四線(xiàn),列車(chē)同向同站臺(tái)??浚瑑?nèi)側(cè)為快線(xiàn),外側(cè)為慢線(xiàn)。三線(xiàn)運(yùn)營(yíng)方案地下站的常用形式為兩島三線(xiàn),快線(xiàn)設(shè)中間,兩側(cè)為慢線(xiàn)。

        不同快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式下的車(chē)站常用布置圖如圖3所示。局部四線(xiàn)方案增設(shè)兩條快車(chē)越行線(xiàn),車(chē)站規(guī)模較大。但三線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式和四線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式的快車(chē)??寇?chē)站在局部空間受限地段可采用疊線(xiàn)布設(shè),有效避免了地面建(構(gòu))筑物的拆遷。對(duì)于道路寬度不富裕的地段,三線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式和四線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式優(yōu)勢(shì)較為明顯。

        圖3 不同快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式下的車(chē)站常用布置圖

        3.4 工程投資

        3個(gè)快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式中,局部四線(xiàn)模式雖造價(jià)較小,但無(wú)法滿(mǎn)足旅客通勤時(shí)間要求;四線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式功能齊全、體量較大、造價(jià)高昂(較三線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式多15.34%)。根據(jù)客流測(cè)算,該線(xiàn)的遠(yuǎn)期高峰小時(shí)客流量為51 100人,而四線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式可以提供128 160人/h的輸送能力,大大超過(guò)客流需求,會(huì)造成一定的資源浪費(fèi)。單向三線(xiàn)可提供64 080人/h的輸送能力,較滿(mǎn)足客流需求。不同快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式下的工程投資如表3所示。

        表3 不同快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式下的工程投資

        3.5 3種運(yùn)營(yíng)模式分析

        3種快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式的差異較為明顯,線(xiàn)路系統(tǒng)能力隨著工程投資的增長(zhǎng)而顯著增長(zhǎng)。局部四線(xiàn)方案較為經(jīng)濟(jì),能夠滿(mǎn)足一定的快車(chē)通行需求,但無(wú)法滿(mǎn)足長(zhǎng)大距離的快速通勤需求。三線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式可滿(mǎn)足單向通勤需求,是解決潮汐客流的最優(yōu)解,但車(chē)站三線(xiàn)并行敷設(shè),占地較多,工程投資較局部四線(xiàn)方案多。四線(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式可滿(mǎn)足超大城市內(nèi)各大組團(tuán)間的快速聯(lián)絡(luò),不僅能滿(mǎn)足一個(gè)中心區(qū)的通勤需求,還可滿(mǎn)足沿線(xiàn)各大中心就業(yè)區(qū)的通勤需求,但其占地規(guī)模較大,工程投資也最多,選擇此方案時(shí)應(yīng)詳細(xì)研究及預(yù)測(cè)遠(yuǎn)期客流形態(tài)與需求。

        針對(duì)不同組團(tuán)間的客流需求和客流特征形態(tài),選出最適宜的快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式來(lái)解決城市內(nèi)旅客快速通行的需求。不同快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式方案比較如表4所示。

        表4 不同快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式方案比較

        4 結(jié)語(yǔ)

        本文基于深圳市域快線(xiàn),研究了3種市域快線(xiàn)快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式設(shè)置,獲得以下幾點(diǎn)結(jié)論:

        1) 隨著城市的擴(kuò)張,新區(qū)不斷建設(shè),線(xiàn)路長(zhǎng)度隨之有所增長(zhǎng),對(duì)于旅行速度的要求也越來(lái)越高。獨(dú)立運(yùn)行的快線(xiàn)勢(shì)在必行,復(fù)線(xiàn)運(yùn)行模式是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

        2) 快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式需要根據(jù)線(xiàn)路特點(diǎn)和旅客需求進(jìn)行選擇,綜合比選得出結(jié)論,避免功能過(guò)剩而造成資源浪費(fèi)。

        3) 工程應(yīng)根據(jù)線(xiàn)路條件和線(xiàn)路周邊控制點(diǎn)情況,分段選擇適宜的線(xiàn)路要素設(shè)置,而不是一味要求全線(xiàn)統(tǒng)一高速運(yùn)行。

        4) 三線(xiàn)運(yùn)行模式作為快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式設(shè)置的一個(gè)重要方式,在周邊建設(shè)條件和工程投資有所限制的情況下,是值得采用的、能滿(mǎn)足基本通勤需求的有力保障模式。

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