赣州至深圳高速铁路速度目标值比选研究

2018-08-29石万新展志成

铁道勘察 2018年4期

石万新展志成

(1.中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308；2.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 概述

赣州至深圳高速铁路(赣深高铁)自赣州西站引出，向南途经河源、惠州、东莞，最终引入深圳北站，计划新建正线436.37 km。赣深高铁是国家高铁大动脉─京九高铁的重要组成部分，主要承担珠三角、粤东地区前往京九沿线地区，如华中、华北等地的中长途客流的运输，同时兼顾粤东地区和珠三角地区的城际短途客流，对完善华南地区高速铁路网络，密切华南、华中、华东、粤赣地区经济联系，大幅缩短珠三角、长三角人员的交通往来时间有着重要的作用。

2 客流特点

本线是规划京九客运专线的重要组成部分，从与相邻线网的关系来看，本线客车(京九客专)与相邻客运专线和客货共线铁路关系密切，以龙川至惠州段为例，跨线列车占总列车数的63%左右，主要是与广梅汕客专龙梅段、广汕客专广惠段等的交流(与设计速度350 km/h的广汕客专交流占77.3%，其余22.7%是与广梅汕客专龙梅段的交流)。从客流运距来看，本线客流平均运距为1187 km，其中在0～500 km的运距占总客流比例最大(为44.5%)，其次为1500 km及以上运距(占30.1%)，500～1200 km运距占13.3%，1200～1500 km运距占12.1%，本线不同运距客流分布如图1所示。

图1 本线客流运距示意

在各种运输方式并存的通道上，旅客选择不同的交通运输工具，主要出于对速度、安全、经济及舒适性的比较。运量预测的敏感性测试表明，在其他因素基本相同的情况下(以龙川至惠州段为例)，不同年度客流随速度目标值变化的关系见表1。

表1 不同速度目标值方案的客流密度变化

3 时间目标值选择

3.1 区域经济发展规划对时间目标值的要求

赣深高铁途经江西省和广东省，沿线主要分布有江西省赣州市，广东省龙川、河源、惠州、东莞、深圳等城市。《江西省城镇体系规划》和《广东省十二五综合交通体系规划》提出的交通发展目标中指出：深圳南昌两地间旅行时间宜控制在4 h左右，深圳赣州两地间旅行时间宜控制在2 h左右。

3.2 与其他交通方式竞争的时间目标值要求

赣深高铁沿线航空、高速公路网络比较完善，对于铁路、公路、航空三种运输方式来说，均有其特定的优势范围，近年来高铁运营情况及相关研究表明，铁路的优势范围已拓展至200～1 200 km区间。对于该区间的中短途客流，铁路在旅行时间上应保持对航空、公路的竞争优势。而对于距离超过1 200 km的长途客流，铁路应强化经济性、方便性等方面的优势。

以合肥至深圳高铁为例，合肥至深圳运距约1 272 km，从现有运营情况分析可知，客流运距组成中，0～500 km占比44.5%左右，1 500 km及以上占比30.1%，500～1 500 km占比25.4%。从长途客流来看，高铁与航空出行之间存在一定的竞争关系，合肥到深圳飞行时间在2～2.5 h之间，但航空出行的附加时间较多，一般在3 h左右；而铁路出行的附加时间一般在1 h左右。以航空出行附加3 h，铁路出行附加1 h来计算，合肥至深圳之间的出行时间目标值宜为5.5 h。南昌至深圳、赣州至深圳运距较短，以公路竞争为主，航空竞争较弱，高速公路走行时间分别约为8 h、4 h，公路出行附加时间在现有交通方式中最短，一般取0.5 h。因此，南昌-深圳间的时间目标值宜小于4 h，赣州-深圳间的时间目标值宜小于2 h。

综上所述，从赣深高铁对区域经济发展规划的适应性出发，并综合考虑赣深高铁本身定位及与航空运输、公路运输之间的竞争关系与相互补充。赣深高铁各个主要城市间旅客列车时间目标值如表2所示。

表2 时间目标值

4 速度目标值方案比选

4.1 速度目标值方案构成

京九客专是一条跨越南北众多省市的南北向大能力快速客运通道，赣深高铁作为京九客专的重要组成部分，其速度目标值不应低于250 km/h。从相邻路网来看，与赣深高铁相邻的在建昌吉赣客运专线的速度目标值为250 km/并预留300 km/h以上条件，规划的广汕高铁速度目标值为350 km/h，广梅汕铁路扩能改造为250 km/h，广深港客专广深段为350 km/h。结合赣深高铁功能定位、相邻线速度目标值和时间目标值要求，对250 km/h(有砟)、300 km/h、350 km/h三个方案进行比选。

4.2 速度目标值方案比较

(1)速度目标值对工程投资的影响

速度目标值对工程投资影响较大，主要体现在土建工程总量、单价指标、站后设备等方面。速度目标值是高铁设计的重要技术参数，且其一旦确定，很难再进行改变。以下对赣深高铁各项工程不同速度目标值的投资差异进行分析。

①最小曲线半径：最小曲线半径是高铁设计的重要参数，且速度目标值对其影响较大。我国高速铁路规范中，350 km/h标准铁路一般采用7 000～9 000 m的曲线半径(最小为5 500 m)；300 km/h标准铁路一般采用6 000～8 000 m曲线半径(最小为5 000 m)；而250 km/h的铁路一般曲线半径为4 500～5 500 m(最小为3 500 m)。从赣深高铁速度目标值的选择来说，三个速度目标值对应最小曲线半径对赣深高铁项目工程投资影响不大，在选择最小曲线半径时，可适当大于规范值。

②轨道工程：350 km/h、300 km/h采用无砟轨道，250 km/h方案仅长度大于1 km的隧道地段铺设无砟轨道，其余路段采用有砟方案。因此，250 km/h方案相较其他两种无砟方案投资差异较大，350 km/h、300 km/h两种无砟方案差异很小。对赣深高铁来说，350 km/h方案轨道工程投资较250 km/h有砟方案高25.6亿元。

③路基工程：250 km/h与300 km/h、350 km/h方案路基工后沉降控制标准有一定差异，路基宽度、基床表层和线间距不同，对投资有一定影响。350 km/h方案对工后差异沉降要求较为严格(一般为不大于15 mm)，路基填筑高度相较于250 km/h方案也相应降低，桥隧比也较高。对赣深高铁来说，350 km/h方案相较于250 km/h方案桥隧长度增加8.114 km，路基长度减小8.693 km，线下工程总投资高出9.8亿元。

④桥梁工程：250 km/h、300 km/h、350 km/h不同速度目标值方案主要影响桥梁动力响应参数、设计荷载和结构尺寸。

桥梁动力响应参数对工程投资的影响主要体现在墩台和基础设计，但差别很小。桥梁的设计荷载不同，会导致恒载产生差异，但其结构静力计算差别很小，对工程投资基本不产生影响。不同的速度目标值下，桥梁的结构尺寸会产生相应的变化，但仅产生梁部和墩台圬工的较小变化，对工程投资影响不大。因此，不同速度目标值的选择对桥梁工程投资影响较小。

⑤隧道工程：350 km/h、300 km/h方案隧道内净空有效面积相同，250 km/h方案隧道内净空有效面积略小。因此，350 km/h、300 km/h方案隧道工程投资基本相同，250 km/h方案隧道工程投资略低，但差异不大。

⑥站后工程：对于三个速度目标值方案，电气化工程主要在变压器容量、接触网悬挂类型及支柱和线材等方面存在差异，350 km/h较250 km/h方案需增加变电所变压器安装容量和生产房屋面积，此外，接触网张力、腕臂材质、正馈线导线规格有所提高，电气化总投资增加约3.3亿元；通信、信号工程差异较小。三种速度目标值方案列控系统均采用CTCS-3级，350 km/h较250 km/h方案信号需增加中继站7处，投资额增加0.3亿元。

⑦车辆购置费用：350 km/h方案比250 km/h方案增加8亿元。

综上所述，赣深高铁350 km/h方案较300 km/h、250 km/h有砟方案分别增加静态投资2.15亿元、47.76亿元，投资增幅分别为0.4%、9.1%(如表3所示)。

表3 速度目标值方案比较

(2)不同速度目标值综合效益比选分析

不同速度目标值方案对综合效益的影响主要体现在对运营成本的影响和对国民经济效益的影响两方面，运营成本的增加无疑会影响铁路企业的经济效益。从成本构成要素可知，能耗对运营成本的增加影响最为显著，300 km/h和350 km/h方案能耗分别较250 km/h方案能耗分别增加17%和30%，总成本分别增加5%和10%。不同速度目标值对国民经济效益的影响主要体现在时间价值上，即速度目标值越高，越能节省旅客出行时间。全线350 km/h方案运行时间较300 km/h和250 km/h分别缩短14.9 min和31.6 min，节时比分别达到14.3%和26.1%。

从经济效益和财务效益两个方面分析不同速度目标值方案的综合效益。将350 km/h方案、300 km/h方案分别对250 km/h方案进行净现金流量差额折现，计算不同速度目标值的累计净现值，计算周期为25a，其中社会折现率取8%，财务折现率取8%。得到财务净现值和经济净现值与不同速度目标值的关系(如图2所示)。由图2可以看出，350 km/h方案综合效益最优。

图2 经济财务净现值与速度目标值关系

5 速度目标值350 km/h方案适应性分析

5.1 速度目标值定位及邻线适应性分析

赣深高速铁路的功能定位为京九客运专线的重要组成部分。350 km/h速度目标值方案与京九客运专线250 km/h及以上速度目标值适应性良好，且与相邻的在建昌吉赣客运专线250 km/h速度目标值并预留300 km/h条件相适应，与规划广汕铁路350 km/h速度目标值，广梅汕铁路扩能改造250 km/h方案相匹配，与广深港客专广深段350 km/h的速度目标值亦可形成良好的适应性。因此，赣深高铁350 km/h速度目标值方案与路网规划、邻线速度目标值适应性较好。

5.2 与我国高速铁路发展趋势的适应性

截至2017年12月，我国已开通多条350 km/h速度目标值高铁线路，包括京沪高铁、京广高铁、郑西高铁、沪杭高铁等。350 km/h高速铁路更能代表我国高速铁路形象、技术实力和标准体系。速度是高速铁路技术水平的最主要标志，速度越高，越能体现技术优势。因此，赣深高铁采用350 km/h速度目标值方案，与我国高速铁路主要技术体系、发展趋势等适应性更好。