短距离城际轨道交通工程速度目标值的选择

马 晋

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)

列车速度目标值是短距离城际轨道交通的重要技术指标,它直接影响土建工程规模及设备系统的选择。它的选择与线路长度、客流构成、站间距离以及服务水平密切相关,过高或过低的速度目标值都会给运营带来不利的影响。过高的速度目标值,会造成工程投资的增加,对于站间距并不大的线路,会影响行车效率,对缩短运行时分的效果并不明显;而过低的速度目标值,不利于吸引客流,同时造成运用车数量的增加。因此,合理确定各线的速度目标值,对运营组织意义重大。结合沈阳至抚顺快速铁路客运工程(以下简称沈抚线),分析短距离城际轨道交通工程速度目标值的选择方法。

1 沈抚线的功能定位及时间需求综合分析

1.1 功能定位

通过研究分析国内外城市群发展的经验可知,当城市群内的经济发展到较高水平时,就有必要研究城际轨道交通来承担区域内城市、城镇间中短途旅客运输,以实现同城化发展,缩短各城市、城镇之间的时空距离,是一种以人为本、环境友好的新型公交化运输工具。沈抚线是连接沈阳市至抚顺市的快速线,该项目的实施将加快沈抚两地同城化进程。

1.2 时间需求综合分析

沈抚线起点位于沈阳市黎明文化宫,与地铁 1号线在此形成换乘,终点为抚顺市盛城街。由于本项目定位为实现沈抚同城化的城际骨干交通,通过调查客流对时间的要求及参考相关的短距离城际轨道交通项目,全程旅行时间控制在 45min左右较为适宜。

通过调查沿线的公交服务系统,由沈阳市开往抚顺市的高速客车,从黎明文化宫至抚顺南站,全程共需时 60min左右。相比之下,本线 45min左右即可到达抚顺市盛城街,在节省 15min旅行时间的情况下,还能多走行 7km左右,大大提高了运输服务质量。

2 线路长度及车站分布

沈抚线全长 43.107km,其中地下线长 3.030km,高架线长 39.177km,过渡段长 0.900km。全线设置17座车站(其中预留 3座车站),不计预留站,平均站间距为3275m,最大站间距为6500m(位于望花街站—大官屯站区间);最小站间距为1727m(位于黎明文化宫站—长安路站区间)。其中站间距在 3km以上的区段共有 8处,合计长度为30907m,占线路总长度的 72.6%,站间距在 1.9～3km的区段共有 4处,合计长度为9940m,占线路总长度的 23.3%,站间距在1.9km以下的区段共有 1处,合计长度为1727m,占线路总长度的 4.1%。

3 速度目标值的分析方法及范围选择

选择速度目标值采用的分析方法:首先,应根据线路的功能定位,选择应能满足全线的旅行时间需求的速度目标值。其次在满足时间需求的速度范围内,分析不同的速度目标值对选择技术成熟,经济合理的工程措施和设备系统等方面的影响。最后,由于最高速度值不同的列车,其加减速度不同,因此列车加、减速所需的时间和走行距离也就不同,如果站间距较短,则列车发挥不出其运行速度较高的优势,故通过分析车站分布情况来选择适宜的速度目标值,以达到节约能源,工程设计经济合理的目标。

80km/h是目前国内外轨道交通项目普遍采用的速度目标值,各种配套技术非常成熟,经概略分析,80 km/h的速度有可能实现沈抚线的时间需求或者相差不多。

100km/h及 120km/h的速度目标值在国内轨道交通工程中已有采用,经概略分析,完全可以实现沈抚线的时间需求。

140km/h的速度目标值在国内轨道交通工程中尚未被采用,再加上沈抚线站间距相对较小,因此本次研究暂不考虑 140km/h速度目标值的比选,研究范围确定为 80、100、120km/h共 3个速度挡。

4 时间计算参数的选择

计算参数的选择主要是指不同速度目标值所采用的加减速度,根据有关车辆参数,不同速度目标值的加减速度及对应的列车加减速距离见表1。

表1 不同速度目标值的加减速度值及加减速距离

从表1可以看出,80km/h的速度目标值的合理站间距离在 0.8km以上,100km/h的速度目标值的合理站间距离在1.2km以上,120km/h的速度目标值的合理站间距离在 1.9km以上。

5 各速度目标值的运行时分计算

80、100、120km/h速度目标值各区间运行时分统计见表2。

表2 不同速度目标值各区间运行时分统计

由表2可知,80km/h方案全程运行时间为 47 min;100km/h方案全程运行时间为 41.9min;120km/h方案全程运行时间 40.3min。120km/h方案与 100 km/h方案相比,全线仅节约运行时分 1.6min,而 100 km/h方案与 80km/h方案相比,全线可节约运行时分5.1min。

6 速度目标值技术经济分析与比较

6.1 不同速度目标值主要参数比较(表3)

表3 不同速度目标值主要参数比较

6.2 不同速度目标值工程技术经济分析与比较

下面分别从车辆、土建、信号等 3个方面来分析选取不同速度目标值在工程技术和投资方面的差异。

6.2.1 车辆

不同速度目标值的车辆购置费比较见表4。

表4 不同速度目标值车辆购置费比较

国内现有地铁车辆完全能满足 100km/h及以下的速度目标值的要求;广州地铁 3号线第一批车辆采用进口,在进一步消化国外技术的基础上,国内生产厂将可以生产出满足 120km/h速度目标值要求的国产化车辆,但是需要开发、试验时间,对于本线若采用120km/h速度目标值,首批车辆仍需要进口。

6.2.2 土建工程

速度目标值的选取对土建工程的影响较大,速度目标值越高,则要求的限界也越大。对于地下线来说,就要增大其结构断面尺寸,对于高架线来说,则需要增加桥面宽度,这将使得土建工程费用相应增加。

80、100、120km/h三种速度目标值对应的土建工程投资分别为:141364、142946、156193万元。

从上述数据可以看出,当速度目标值由 80km/h增加到 100km/h时,土建工程的造价仅增加了 1%,当速度目标值增大到 120km/h后,土建工程的造价增加非常迅速,达到 10%。

6.2.3 信号

(1)不同速度目标值对信号系统技术影响的分析

①城轨工程大多采用 80km/h的速度目标值,工程经验多,技术成熟,也完全能够满足本线的行车组织运营要求。

②对于采用 100km/h的速度目标值,国内已有实际的工程经验,技术成熟也完全能够满足本线的行车组织运营要求,只是投资较 80km/h速度目标值略有增加。

③广州地铁 3号线设计最高时速 120km,采用大站间距快速线的设计思路,目前仅开通后备系统,行车间隔 6min,正式信号系统(基于感应环线的移动闭塞系统)尚未开通。

上海地铁 11号线对列车最高时速 120km进行了研究,但由于为实现该技术指标需要车辆、屏蔽门等各设备系统均需做深入研究,未最后实施。

北京机场线设计最高时速 110km,设计行车间隔3min,为国内第一条无人驾驶线路。信号系统采用国际上最先进的移动闭塞系统。目前该工程仅开通后备系统,行车间隔 10min,正式信号系统尚未开通。

鉴于 120km/h速度目标值所采用的信号系统在城轨交通工程中尚未真正实施,加上沈抚线站间距又不是很大,行车间隔较小,很难实现高速运行。若本线采用 120km/h速度目标值,则需对信号系统方案和投资进行更深入的研究。

(2)不同速度目标值对信号系统投资影响的分析

对比 80km/h和 100km/h两种速度下的信号系统投资,主要是轨旁设备有一定的差别,对工程总造价影响不大。列车最高速度选择 100km/h,信号系统投资约1380万元/km,较国内普遍实施的时速 80km的城轨项目每千米投资约增加 50万 ～80万元。

7 综合分析

7.1 从节约时分方面分析

从满足本线功能定位的时间需求分析,80km/h方案的旅行时间偏长,不符合需求。其余两个方案均满足时间需求,故 80km/h方案予以淘汰。

一般认为列车在区间保持匀速运行距离的比例占整个区间的 50%以上,是比较合适的。100km/h方案保持匀速运行距离的比例占整个区间的 84.6%,120 km/h方案保持匀速运行距离的比例占整个区间的15.4%,120km/h方案与沈抚线的车站布置及客流特点的实际情况不相适应。

图1 不同速度目标值节省时分比较

从全程运行时间来看,3个方案中,采用 80km/h方案,运行时间为 47min;采用 100km/h方案,运行时间为 41.9min;采用 120km/h方案,运行时间为40.3min。120km/h方案较 100km/h方案仅快了1.6min,而 100km/h方案较 80km/h方案快了 5.1 min,各速度目标值节省时分比较如图1所示,可以看出,100km/h方案较 120km/h方案的节时效果更为明显。

另一方面,考察区间匀速运行距离比例,80km/h和 100km/h方案全线各区间均能达到最高速度,并能够保持较长时间的匀速运行,但考虑到 80km/h方案的全程运行时间较长,因此采用 100km/h方案是较适宜的,可以较大程度地缩短全程运行时间;而 120km/h方案的节时效果不明显,因此不适宜采用。

7.2 从工程投资方面分析

选用不同的速度目标值,在许多专业方面将存在技术可行性和工程投资方面的差异,下面主要从车辆、土建两个方面来进行技术经济比较(表5)。

表5 不同速度目标值工程技术经济比较

由于采用 100km/h的速度目标值提高了全线旅行速度,从而减少了车辆的配属列数,降低了车辆的购置费。

由以上分析可以看出,120km/h方案投资增加过多,且节时效果不明显;而 100km/h方案,技术成熟,投资节省,节时效果明显。

综合以上因素,沈抚线推荐采用 100km/h速度目标值。

8 结语

短距离城际轨道交通工程及城市轨道交通市域线速度目标值的选择,一方面要结合全线车站分布情况比较采用不同速度目标值的节时效果,另一方面应分析研究不同速度目标值工程实施的可行性及对工程投资影响程度。对于站间距较大,适宜选用 120km/h速度目标值的线路,应重点研究 120km/h车辆的国产化能力,以及信号、屏蔽门等设备系统的方案可行性。合理选择速度目标值,可以有效缩短乘客出行时间,降低工程投资,从而实现轨道交通高效、合理、科学的建设目标。

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