宁句城际轨道交通工程速度目标值的选择

2014-05-30麻金伟

铁道标准设计 2014年5期

麻金伟

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

城际轨道交通定位介于客运专线和城市轨道交通之间。速度目标值是城际轨道交通主要技术标准中的核心指标，其选择要结合项目功能定位、线路条件、客流特征、经济指标等综合考虑。结合宁句城际轨道交通工程，分析选择合理的速度目标值。

1 项目概况

宁句城际轨道交通线是国家发改委批复的《江苏省沿江城市群城际轨道交通网规划(2012～2020)》中的一条。本工程主线起点自南京的马群，经麒麟镇、东郊小镇、汤山镇、黄梅镇至句容;支线由汤山站引出，终至汤山城际站。主线全长约31.31 km，设站12座，支线长度约5.90 km，设站3座。

2 速度目标值选择分析

2.1 速度目标值选择的宏观分析

目前国内对城际轨道交通尚未有明确的定义。一般认为，城际轨道交通系统可划分为两大类:第一类为城市群区域主要中心城市之间(通常距离在100～300 km)，以开行城际列车为主的城际轨道干线;第二类为以都市圈中心城市为中心(通常距离在100 km以内)，以承担都市圈内城市间通勤客流为主的都市圈城际轨道。

对于速度目标值的选择，首先从宏观进行速度目标值选择。项目特征若属于上述第一类(城市群区域主要中心城市联系类型)，宜考虑200 km/h及以上速度标准;若属于第二类(都市圈内城市间通勤类型)，宜根据具体客流特征、城镇分布特征，选择100～160 km/h 的速度标准［1］。

宁句城际轨道交通衔接南京都市区和紧邻都市区的句容市等区域及组团，承担麒麟镇、汤山新城向心客流，是句容市与南京都市区核心区域城际客流的主要通道和运输方式。参照国内与本线功能相似线路的列车最高运行速度(表1)，考虑列车不越行模式下，本线的速度目标值宜在100～140 km/h选取。

表1 国内部分城际线最高运行速度统计［2，3］

2.2 客流特征分析

根据客流预测结果(表2)，宁句城际轨道交通远期日客流量达到42.6万人次，高峰小时最大断面流量3.09 万人，平均乘距19.4 km。

表2 宁句城际轨道交通工程客流总体指标

从客流结构分析:远期宁句城际主要承担着三种性质客流，麒麟与汤山内部客流(12.21%)、麒麟与主城联系客流(46.05%)、汤山句容与南京方向联系客流(41.74%)，其中麒麟与汤山内部客流、麒麟与主城联系客流主要以通勤客流为主，而汤山、句容与南京联系客流，具有较为明显的城际客流特征。从客流结构来看，宁句城际客流主要以城际客流为主，并兼有城市轨道交通部分功能。

客流乘距分析:宁句城际客流乘距均在14～20 km，句容与南京中心城区间的客流出行距离较长，具备显著城际客流特点;麒麟南京主城区间的客流出行距离较短，具有城市轨道交通客流特点。

从客流特征来看，宁句城际客流主要以城际客流为主，并兼有城市轨道交通部分功能。可见，本工程速度目标值应大于一般城市轨道交通的速度目标值，宜按短距离城际轨道交通的特征来选取。

2.3 时间目标分析

宁句城际加强南京与镇江南部的联系，是南京都市圈重点发展的主要通道之一，使得句容快速融入南京中心城区。

《南京城市轨道交通线网规划》(2009年版)提出的南京市出行时空目标为:

(1)实现与都市圈紧密圈层(50 km半径)1 h联系;

(2)都市区(40 km半径)内新城45 min到达市中心;

(3)中心城(20 km半径)内副城30 min直达市中心［4］。

在《江苏省沿江城市群城际轨道交通线网规划(2012～2020年)》中，句容市被纳入南京都市圈的半小时通勤圈。

在平直坡道上，一般车辆从0～140 km/h的平均加速度一般在0.5 ～0.6 m/s2，制动减速度在1.0 ～1.2 m/s2。根据线路平纵断面方案，分别采用最高运行速度100、120和140 km/h的B型车进行列车运行模拟计算，不同速度目标值情况下，列车运行模拟结果见表3。

表3 不同速度目标值车辆旅行速度和旅行时间

3种速度目标值的车辆均能满足《南京城市轨道交通线网规划》提出的45 min旅行时间的要求，基本可以满足《江苏沿江城市群城际轨道交通线网规划》中半小时通勤圈的要求。速度目标值由100 km/h提高到120 km/h，旅行时间节省了2.0 min，由120 km/h提高到140 km/h，旅行时间节省了1.3 min，总体来看，由100 km/h提高到120 km/h或140 km/h，时间节省均较少，意义不大。

2.4 线路条件适应性分析

2.4.1 平面条件

最小曲线半径的选取是决定线路平面条件优劣的主要技术指标之一，它与行车速度、车辆性能、地形地物条件等有关。最小曲线半径的选取主要取决于速度目标值、超高、列车行车安全等因素。

最小曲线半径的选取，对最高速度为100 km/h及以下的，可参考《地铁设计规范》(GB50157—2003)设计，对最高速度大于100 km/h的，可根据以下公式计算确定［5］

式中 Rmin——满足欠超高要求的最小曲线半径，m;

v——设计速度，km/h;

hmax——最大超高，mm，取 120 mm;

hqy——允许欠超高，mm，取61.2 mm。

经计算，不同行车速度下最小曲线半径见表4。

表4 不同行车速度下最小曲线半径

对于轨道交通系统来说，列车的最高运行速度与线路的平面线路条件有密切的关系，一般的适应范围为:当选取100 km/h的速度目标值时，实际列车运行速度在90～93 km/h，曲线半径远大于650 m，才能发挥列车速度优势;当选取120 km/h的速度目标值时，实际列车运行速度在110～113 km/h，曲线半径远大于1 000 m，才能发挥列车速度优势;当选取140 km/h的速度目标值时，实际列车运行速度在130～133 km/h，曲线半径远大于1 300 m，才能发挥列车速度优势［6］。

由表5可知，宁句城际线主线中，列车限速值在100 km/h以下的曲线总长度占主线长度的4.2%，主要分布在南京马群站至锁石村、汤山镇范围;列车限速值在120 km/h以下的曲线总长度占主线长度的17.8%;列车限速值在140 km/h以下的曲线总长度占主线长度的18.1%。从线路平面角度分析，速度目标值由100 km/h上升到120 km/h对线路要求变化较大，速度目标值由120 km/h上升到140 km/h对线路的影响变化不大。但是宁句线线位在麒麟镇范围沿规划省道S122南侧高架敷设，S122在该段线形曲折，呈“M”形，且连续以R-350 m、R-740 m和R-420 m曲线相连，宁句线选择最小曲线半径越大，其与S122线形拟合难度就越大，致使线路切割麒麟规划地块严重，沿线拆迁量急剧增加。

2.4.2 纵断面条件

采用动力分散式布置后，最高运行速度在100～140 km/h的车辆对线路纵坡要求基本一致，正线最大坡度一般不大于30‰，困难时可采用35‰;辅助线最大坡度为40‰(均不计各种坡度折减值)。

表5 宁句线线路平面曲线统计

受旅客舒适性要求，速度目标值越大，对竖曲线半径的要求越大。竖曲线半径按下式计算［7］

式中 Rv——竖曲线最小曲线半径，m;

v——设计速度，km/h;

av——列车通过变坡点时产生的附加竖向加速度，正线上取值一般为 av=0.1～0.154 m/s2。

经计算，不同行车速度对应的最小竖曲线半径见表6。

表6 不同行车速度下最小竖曲线半径

2.5 站间距适应性分析

列车在区间运行经历起动、恒速和制动3种工况，速度目标值的选择还应与车站的站间距相适应。站站停运营模式下，列车在每个区间都要作加减速运营，列车运行速度越高，启动和制动距离就越长。在站间距一定的条件下，速度目标值选择过小，则列车加速时间短，旅行速度低，旅行时间加长;速度目标值选择过大，则导致列车还没有运行到最高速度或以最高速度运行极短时间后就开始减速，造成运行浪费。

根据车辆加减速度值计算，不同速度目标值列车对应的加减速距离结果见表7。

表7 不同速度目标值列车对应的加减速时间、距离

根据经验，不同最高速度目标值的列车是否充分发挥其效率，一般以列车达到最高速并持续运行的时间指标(以最高速度至少运行10s)来衡量［8］。结合表7，100 km/h的速度目标值的站间距离宜在1.5 km以上，120 km/h的速度目标值的站间距离宜在2.0 km以上，140 km/h的速度目标值的站间距离宜在3.3 km以上。

根据宁句线线路和车站设置方案，本线主线由马群至句容，线路长度为31.31 km，共设车站12座，平均站间距约为2.8 km，不同站间距范围内区间个数详见表8。

表8 不同站间距区间个数

以100 km/h的速度目标值运行，本线能达到最高速度并保持10 s以上的巡航速度运行的区间个数为10个，占总区间数的90.9%，与车站分布具有很好的适应性;以120 km/h的速度目标值运行，能达到最高速度并保持10s以上的巡航速度运行的区间个数为8个，占总区间数的72.7%，与车站分布的适应性较好;以140 km/h的速度目标值运行，能达到最高速度并保持10s以上的巡航速度运行的区间个数为3个，占总区间数的27.3%，大多数区间无法加速到最高速度，即使部分区间可以加速到最高速度，巡航时间也较短，对旅行速度的提高帮助不大，而且频繁的加减速会造成牵引能耗的增大，经济性较差，因此车站分布的适应性较差。

2.6 工程造价影响分析

2.6.1 对桥梁造价的影响

对速度目标值在100～140 km/h的普速城际轨道交通工程，桥梁上部结构一般采用25～30 m的标准跨度箱梁，梁高度一般为1.8 m。因普速城际轨道交通工程线间距变化不大，其相应梁宽变化也不大，所以下部结构桥墩、基础承重等变化不大。总体来讲，桥梁工程总量变化不大，工程造价变化不大。

2.6.2 对隧道造价的影响

目前，广州地铁3号线(已运营)速度目标值为120 km/h，地下线采用普通的单线盾构断面，内径5.4 m;上海地铁11号线南延线(已运营)速度目标值为120 km/h，地下线采用单洞双线大直径盾构隧道，内径10.36 m;深圳地铁11号线速度目标值为120 km/h，地下线采用内径6 m的盾构断面;北京地铁6号线速度目标值为100 km/h，内径采用5.4 m的盾构隧道断面。

为减小隧道空气阻力和隧道内压力变化幅值及其梯度，就单线隧道而言，速度目标值与隧道内径、净空面积的匹配值可按表9选取。

虫害防治就是茄子在生长的过程中会受到一些病虫的感染，进而破坏茄子的正常生长。虫害主要有蚜虫、白粉虱和茶黄螨等，在防治的过程中，可以在定植3-4天后在苗床上用15%哒嗪酮2500倍液防治茶黄螨，现蕾至结果期再查治1次。白粉虱采用25%阿克泰水分散粒剂，每亩2-3 g，兑水30 kg或以青霉素喷药与黄板诱杀的办法结合进行。蚜虫可用韶关霉素防治，进而减少病虫对茄子的大面积感染。

随着速度目标值的加大，隧道盾构直径增加，土方开挖、盾构管片混凝土及钢筋量增加，直接工程投资加大。初步估算，采用120 km/h的速度标准比采用100 km/h的速度标准，隧道区间工程费增加约17%。

表9 速度目标值与隧道断面尺寸匹配

2.6.3 对轨道造价的影响

普速城际轨道交通工程，对钢轨、扣件、轨枕及道床、道岔、超高等技术标准及结构形式的要求均相同，仅减振降噪措施稍有不同，工程造价变化较小。

2.6.4 对车辆购置费的影响

根据目前车辆厂家的技术能力，100、120 km/h以及140 km/h三种速度目标值的列车均可实现［9］。株洲电力机车厂已能生产120 km/h的 A型车(SIEMENS技术)和B型车，已用于上海11号线和广州地铁3号线;四方机车车辆厂已能生产140 km/h的A型车(BOMBARDIER技术)，目前处于方案设计阶段;长春客车厂已能生产135 km/h的A型车，已用于香港地铁;浦镇车辆厂已能生产140 km/h的A型车(ALSTOM技术)，目前已完成方案设计，价格约1 300万元/辆［10］。不同速度车辆单价也不同，构造速度为100 km/h的B型车，每辆约700万元;构造速度为120 km/h 的 B 型车，每辆约 750 万元［11，12］。

不同速度车辆的购置费差别主要是由于车辆购置数量及车辆单价不同引起的。车辆购置数量在线路长度及运营交路方案相同的情况下主要是由列车的旅行速度决定的，旅行速度高车辆周转快，需要的运用车数少，需购置车数就少，反之则引起购置车数量增加。

速度目标值在100～140 km/h时，主变电所分布、中压环网构成、牵引网配置基本相同，随着速度目标值提高时，牵引变电所设置数量及设备容量必须增加，投资相应增加。

2.6.6 对通信、信号造价的影响

速度目标值120 km/h与100 km/h相比，通信系统区别不大。信号系统投资约增加80万元/km。

通过对以上土建及设备系统的造价变化分析，100、120 km/h和140 km/h的速度标准对工程造价的影响，除隧道、车辆、信号系统有一定变化外，其他方面均相差不大，投资增加不多。

3 本工程推荐速度目标值

通过以上分析，在3种速度目标值中，采用100 km/h的速度目标值，其对线路平面、站间距的适应性好，但不能满足江苏省沿江城市群城际轨道交通线网对句容市纳入南京都市圈半小时通勤圈的要求;采用140 km/h的速度目标值，旅行时间较120 km/h缩短1.3 min，速度优势不明显，且列车要不断地处在加减速状态，很难达到最高运行速度，不能充分发挥列车性能，且工程投资增大;采用120 km/h的速度目标值，其对线路平面、站间距的适应性较好，亦能满足规划的时间目标值，土建及设备系统投资均有所增加，但与采用100 km/h速度目标值差异不大。

综上，推荐宁句城际轨道交通工程采用120 km/h的速度目标值。