上海市市域铁路嘉闵线速度目标值研究

陈 祥，章建庆

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 1 高级工程师 2 教授级高工 上海 200092）

1 引言

改革开放以来我国经济迅速发展，城市化进程明显加快，城市正处于从中心区向外扩张、卫星城及新城逐步建立、城市群逐渐形成的发展阶段。随着城市规模不断扩大，城市居民出行距离也在加大，在人口密集的特大城市，道路交通拥挤，居民出行时间往往超过一小时。为了解决大城市中心城区道路交通过度拥挤，在特大型城市出现了超长的市域铁路。速度目标值是市域铁路最重要的技术标准之一，是确定工程规模、车辆选型、设备配置以及工程投资的基础。本文以上海市域铁路嘉闵线为例，对市域铁路的速度目标值进行研究。

2 嘉闵线概况

图1-1 嘉闵线线路走向图

图1-2 嘉闵线车站设置示意图

上图为嘉闵线线路走向及车站设置示意图。嘉闵线是上海市域铁路网中城市西侧的南北向骨干线，北起嘉定新城，途径南翔镇、江桥镇、虹桥商务区、七宝镇，南至莘庄，并通过网络互联互通衔接宝山、松江、奉贤、金山及长三角周边新城。嘉闵线是连通上海市西侧快速交通系统，全线总长约42 km，共设16站，平均站间距2.62 km。

3 时间目标值的确定

3.1 嘉闵线现状交通方式行程时间示意 目前公共交通和私家车在嘉定新城、虹桥枢纽、莘庄三点间的联系受城市布局的影响，不是特别便捷，据统计，目前最快的公共交通和最快的私家车出行方案如图2所示：

图2 嘉闵线现状交通方式行程时间示意图

3.2 嘉闵线现状交通方式行程时间统计 根据有关资料和调查，嘉闵线现状交通方式行程时间统计见表1。.

表1 嘉闵线现状交通方式行程时间统计表

3.3 嘉闵线及有关路段时间目标值 通过以上图表数据统计，嘉定新城中心至莘庄中心采用目前的公共交通方式，最快也需要90 min，私家车最快都需要60 min；嘉定新城进入虹桥枢纽公共交通也需要至少90 min，私家车35 min；莘庄进入虹桥枢纽公共交通需要60 min，私家车35 min。

结合综合交通规划对城市交通布局的发展目标，嘉闵线沟通新城嘉定新城、大型交通枢纽虹桥枢纽和城市副中心莘庄，重要市镇之间的出行时间控制在30～40 min；考虑现状情况，受城市布局影响，嘉定新城到莘庄、嘉定新城到虹桥以及虹桥到莘庄，无论采用公共交通还是采用私家车，出行时间都比较长，需要一种更快捷的交通方式加强它们之间的联系。为了更好的吸引客流、增强本条线的竞争力，本线全程时间目标值设定为30 min，嘉定北站到虹桥站旅行旅行时间控制在20 min 以内，莘庄站到虹桥站旅行时间控制在10 min以内。

4 速度目标值研究

目前国内外市域铁路的平均站间距一般都在2～6 km，最高运营速度在120～160 km/h。嘉闵线线路全长约42 km，平均站间距2.62 km。考虑本线功能定位及线站位布局，是一条典型的上海市西部的一条市域铁路，为了提高车辆的使用效率，速度目标值不宜高于160 km时；同时本线的线间距比一般城市轨道交通大，可采用高于普通城市轨道交通80 km/h的最高运营速度。

基于本线的线站位布局，参考国内外市域铁路最高运营速度及站间距的关系，本文主要对时速120 km/h、140 km/h、160 km/h三个速度目标值方案，从时间目标适应性、站间距离适应性、车辆配置、土建工程、机电设备系统、运营费用等方面进行研究。

4.1 时间目标适应性 根据全线的线路条件，对三种速度目标值方案进行牵引计算模拟，经过计算和模拟三个方案（即时速分别为120 km/h、140 km/h、160 km/h三个速度目标值方案）的列车全程旅行速度、旅行时间分别如表2、表3、表4所示。

表2 不同速度目标值列车牵引计算结果表（大站车 停南翔货车站、虹桥）

表3 不同速度目标值列车牵引计算结果表（直达车）

表4 不同速度目标值列车牵引计算结果表（站站停车）

由上表可知，如果按站站停的方式运营，无论是采用12 0km/h、140 km/h、160 km/h哪种设计速度，均不能满足时间目标。对于如果采用大站车、直达车的运营方式，三种设计速度，均能满足时间目标。

针对大站车，120 km/h全程运行时间27.7 min，满足半小时到达的时间目标，140 km/h节省2.7 min，160 km/h 节省4.7 min；120 km/h 嘉定北站到虹桥站运行时间20 min，满足20 min 到达的时间目标，而140 km/h 节 省2.1 min，160 km/h 则 节 省3.6 min；120 km/h莘庄站到虹桥站运行时间7.7 min，满足10 min 到达的时间目标，140 km/h 可节省0.6 min，160 km/h可节省1.1 min。

4.2 站间距离适应性 站间距离是列车速度目标值选择的重要因素。一般列车在两站之间运营需要经过加速-匀速-减速的过程，从列车牵引特性、车辆利用效率及乘客的舒适性考虑，加速距离或减速距离与匀速运行的距离比值在：1：1～1：3之间。三种设计速度适宜的站间距如下表5所示：

表5 不同速度适宜站间距

从上表可以看出，本条线平均站间距2.62 km，120 km/h的设计速度比较适宜。针对本条线的车辆使用效率如图3所示：

图3 不同速度车辆使用效率

由上图所示，120 km/h、140 km/h、160 km/h三种速度目标运行的距离分别占去见总长的52.7%、27.9%、3.4%。就车辆使用效率来看，120km/h 的设计速度比较适宜。

4.3 经济性分析

1）土建工程投资

（1）线路土建工程

列车行车速度越高，要求线路的最小曲线半径越大。本线线路都在已建成区域，整体线型受路径沿线既有建（构）筑物制约大，小曲线半径多。如果要满足线形要求，对于速度目标越高，调整的线路越长，导致线路的长度越短，可以节约工程土建费用，但是会增多切割地块，浪费土地资源，同时受沿线在建和既有建（构）筑物及站位布设等因素导致部分曲线半径已无调整余地。因此受道路线形及沿线建（构）筑物影响，部分地段根据曲线半径限速。综上所述，受现场条件控制，设计速度不同对本线路土建工程造价影响有限。

（2）隧道工程

不同速度目标值对隧道断面尺寸要求不同，列车运行速度越高，隧道内径尺寸越大。结合空气动力学，对于120 km/h、140 km/h 、160 km/h 三种速度目标值方案，如果采用双线单圆隧道，隧道直径分别要求7.2 m、7.8 m、9.0 m。土建费用相应增加。

（3）车辆段规模

为满足行车组织的要求，当采用不同最高行车速度时，需要配置的车辆数量是不同的，车辆配属越多，车辆段检修的工作量就越大，则检修厂房及检修设备规模越大。由于本线行车量不大，车辆段检修工作量相差不大，对检修设施的影响较小，不同速度目标值车辆段规模差异主要体现停车列检库的规模。经过计算，速度目标值由120 km/h、140 km/h、160 km/h，车辆配属数量依次减少1列。三种方案车辆配属车差别不大，车辆段规模及投资基本相当。

2）机电系统

速度目标值120 km/h、140 km/h 、160 km/h，信号系统造价基本无变化，其他如通信、机电设备监控=、防灾报警、自动售检票、屏蔽门及自动扶梯等系统，都与最高行车速度没有直接关系，列车最高行车速度提高后，均不需要额外增加投资；牵引供电系统随着速度提高，投资增加非常有限。综合看，机电系统对不同的速度目标值方案影响不大。

3）车辆购置费

随着行车速度的提高，对车辆的总体性能要求更高，速度提高主要对车辆的牵引系统、制动系统、转向架等方面产生影响。同时为了减少噪声，保证车内乘客舒适度，需要采取经济合理的措施降低噪声。当最高速度分别为120 km/h、140 km/h 以及160 km/h 时，车辆的造价依次增加1%～4%左右。随着行车速度的提高，配属车数会相应减少。本项目远期车辆购置费如下表所示：

表6 不同速度车辆购置费

通过上表可以看出，三种方案的车辆购置费相差不大，随着行车速度目标增加，车辆的购置费也相应增加。

4）运营费用

运营费用主要包括牵引能耗成本、维修和人工成本等。经分析计算，各速度目标值方案运营维修成本、人工成本相差较小、运营费用的差别主要表现为运营能耗的差别。随着速度目标值的提高，运营能耗依次增加。经测算，160 km/h、140 km/h方案分别比120 km/h 方案30 年运营期累计增加运营能耗支出净现值13 560 万元、25 640 万元，从运营费用看，160 km/h 方案运营费用最高，140 km/h 方案较120km/h方案略高。

5）综合技术经济比较

通过以上分析，采用不同的速度目标，从工程投资、车辆购置费、运营费用上比较，随着速度目标的提高，费用指标也提高。160 km/h、140 km/h方案分别比120 km/h方案增加17.122亿元、6.231亿元。

5 结束语

在确定时间目标值的基础上，从工程投资、与时间目标值的适应性、与车站分布的适应性等方面对不同速度目标值进行研究，120 km/h 速度在设置快慢车组合运营模式后，满足时间目标值要求，对站间距离适应性较好，旅行速度较高，从工程投资、车辆购置费、运营费等方面进行综合技术经济比较，120 km/h最优，作为本线的目标值较适宜。