深圳地铁9号线短距离站点间纵坡设计研究

卓文海

摘 要：地铁线路应注重节能设计，区间通常采用节能坡，但并非所有情况采用节能坡都最经济，当车站间距较近时，列车运行并不能达到最高设计速度，该情况下应综合牵引能耗、运营维护、实施难度、土建投资等因素综合研究线路纵坡。

关键词：节能坡；牵引能耗；投资

引言

轨道交通虽然节能环保，但同时也是城市“用电大户”，电费用占运营费的50%左右，而牵引用电又占其中的50%以上。线路纵断可采用节能坡设计，而短距离站点间坡度设计所考虑的因素，与常规区间有所不同，本文就该情况下线路纵坡设置进行综合分析。

1 短距离站间距情况

1.1 研究对象

地铁在市中心站间距多为1km左右，但在成熟建成区，往往存在相邻两站均为换乘站或重要客流集散点，设计中会出现个别小站间距的情况。本文主要结合实例，针对站间距小于750m的情况进行分析。

1.2 特点分析

（1）速度难以达到最高值。通常车辆加速至80km/h需280～320m，由最高速制动停站所需230～250m，最低巡航时间10s走行约222m，因此，站间距小于750m的区间，实际运行速度往往较低，常规节能坡效果有所降低。

（2）存在不设联络通道的条件。对于6A或6B编组列车其站台长多为140m和120m，站台端至主体端部至少约20m，站间距小于750m时，区间实际长度往往小于600m，可不设置联络通道。

1.3 影响因素

（1）运营成本。包括列车牵引能耗、废水泵房运转费用。

（2）土建成本。包括车站主体、联络通道及废水泵房土建费用。

（3）资金时间价值。考虑一次性土建投资费用与后期运营费用的资金现值比较。

（4）工程实施条件及风险。联络通道地面加固场地实施条件及施工风险等。

2 深圳地铁9号线实例分析

2.1 基本情况

深圳地铁9号线前海路站～荔香站的站间距为659m，该段位于前海自贸区以西，沿东滨路敷设，采用盾构法实施，均为地下二层站。

2.2 “V”型坡方案

考虑到区间较短，运行速度较低，采用V型缓坡设置。右线采用坡长210m坡度-5‰、坡长253m坡度8.1‰的坡段，左线采用坡长215m坡度-5‰、坡长260m坡度8‰的坡段。

该方案右线单列车每趟上、下行分别耗电20.78kwh、18.66kwh，但区间需增设1处联络通道及泵房，投资约202万（土建185万，设备17万），泵房运营增加费用7.6万/年（人工费6万/年，设备折旧费用1.6万/年）。

运行能耗计算，已知：定员D=1860；人重量M人=60kg；空载情况下MAW0=223.8t；初、近、远期全日开行对数N初=186对、N近=230对、N远=280对；初、近、远期全日平均满载率P初=22.4%、P近=24.2%、P远=26.7%（客流预测数据）；电费单价s=0.78元/kwh；

则MAW2=MAW0+M人×D/1000=335.4t；

列车满载重量比例F初=（MAW0+M人×D×P初/1000）/MAW2=74.18%；F近=74.79%；F远=75.59%；

初期全年牵引电费S初=（20.78+18.66）×N初×365×s×F初=154.95万；

S近=193.19万；S远=237.71万。

2.3 单坡方案

前海路站地势相对荔香站低1m，设为前海路站低，荔香站高的单向坡，坡长403m坡度3.5‰的坡段保证排水效果。前海路站埋深需增加0.4m，增加土建工程费约234万。该方案初、近、远期全年牵引电费分别为167万、208.21万、256.18万。

2.4 “人”字坡方案

为避免增加埋深，可考虑纵断为“人”字形态，在不影响盾构隧道排水效果的情况下，区间设置坡長250m坡度8‰及坡长207m坡度-4.8‰的坡段。

该方案对车站埋深无影响，区间无需设置联络通道、泵房，但“人”字型区间不利列车经济运行，牵引能耗相对较大。初、近、远期全年牵引电费分别为176.37万、219.89万、270.56万。

2.5 综合投资差异

（1）运营期年金现值

地铁为百年工程，在比较投资时，以100年为时段，考虑一次性土建投资及百年运营费用的年金现值。

以“V”型坡方案为基准，单坡方案初、近、远期每年增加运营费用分别约为12万、15万、18万，“人”字坡方案分别约为21万、27万、32万。在计算年金现值时，考虑远期权重较大，统一以远期每年运营费用的差额作为年金计算。

“V”型坡方案存在泵房，运营期将产生人工费6万/年，折旧费1.6万/年。

普通年金现值公式为：

P=A×（1+i）-1+A×（1+i）-2+…+A×（1+i）-（n-1）+×（1+i）-n=A×（1-（1+i）-n）/i

式中的分式（1-（1+i）-n）/i为“年金现值系数”，记为（P/A，i，n），可通过直接查阅“1元年金现值表”求得有关的数值。

其中，利率i=8%，期数n=100，单坡方案年金A单=18万，“人”字坡方案年金A人=32万，“V”型坡方案AV=7.6万。

经计算单坡方案牵引能耗增加费用的年金现值为225万，“人”字坡方案为400万，“V”型坡方案泵房产生费用的年金现值为95万。

（2）综合投资

“V”型坡方案有一处联络通道及废水泵房，投资202万，泵房运营期间费用折合年金现值为95万，比较范围内共计297万。

单坡方案前海路站埋深增加0.4m，土建工程投资增加234万，牵引能耗增加年金现值225万，比较范围内共计459万。

“人”字坡方案未增加土建工程，运营牵引能耗增加年金现值400万。

该区间隧道基本位于硬塑状砾质黏土层，地层条件较好，联络通道实施难度不大，因此，推荐投资较小的“V”型坡方案。

3 特殊情况分析

并非所有情况下，均采用“V”型坡方案。“V”型坡方案隧道中部埋深相对较大，应注意避免局部侵入中、微风化花岗岩的硬岩地层，联络通道的设置应避免在软弱地层而增加工程风险。区间若设置贯通式停车线，采用全明挖实施，负一层可进行物业开发，采用平坡便于空间利用及与周边建筑的衔接，通过底板找坡排水。区间明挖实施，“人”字坡方案能够一定程度减小埋深，有利于节省土建工程投资。当相邻两站存在一定地势高差时，可考虑单向坡设置。

4 结束语

地铁线路小站间距区段纵坡设计需结合列车牵引能耗、运营维护、土建投资等因素合理选用。分析投资时，应考虑一次性土建投资及百年运营费用的年金现值因素，本文就深圳9号线为例进行了经济性分析，希望通过此案例，能为其他项目设计提供借鉴和参考，但不同项目的外部因素可能存在一定差异，在具体区段研究中应综合各方因素采用合理的纵坡方案。

参考文献

[1]广州地铁设计研究院有限公司.深圳地铁9号线西延线工程线路设计[R].广州：广州地铁设计研究院有限公司，2014.

[2]叶霞飞，顾保南.轨道交通线路设计[M].上海：同济大学出版社，2010.

[3]石继述，赵海燕.地铁线路纵断面区间单向坡设计探析[J].科技资讯，2012（36）.