成都市轨道交通市域快线技术创新与实践

苟明中

（成都轨道交通集团有限公司，四川成都 610041）

成都市轨道交通18号线沿城市最核心的功能轴带（人民路—天府大道）南北展开，是贯穿老城核心区，连接天府新区和东部新区，有效拉近新老城区的时空距离，带动新区发展和促进城市空间结构转型的市域快线。18号线与1号线共走廊敷设，能够分担其客运压力，形成“普快同廊”格局，共同提高南北轴带通勤效率，支撑该核心轴带高强度、高水平、高效率集聚发展。18号线按运行速度140 km/h设计，预留160 km/h线路条件，综合了城市轨道交通和大铁两方面的技术特点和优势，大胆探索与实践一系列新技术、新方法，妥善解决了隧道压力波、长大区间供电及疏散救援、高速车-地无线通信等技术难题；并通过多项科技创新，实现了在牵引供电、通风、通信信号、综合监控、车辆选型和运营管理等系统方面的兼容和统筹，满足了市域快线安全舒适运营的技术要求。

1 18 号线概况

18号线分为一、二、三期工程，起于火车北站终于临江站，全长82.887 km，设车站18座，平均站间距为4.822 km。其中，一、二期工程为火车南站—天府机场北站，全长 69.394 km，设车站13座，最大站间距为19.181 km，平均站间距为5.233 km，于2020年12月18日开通试运营；三期工程已开工建设，预计2024年开通试运营。

18号线工程是按“中心穿越、串城连接、快慢运行、互联融合”理念实施的全国首条最高运行速度140～160 km/h的市域快线，采用A型车8辆编组，也是国内首条采用AC25kV牵引供电制式进城，集“快慢组合、共线运营 ”等多种运营组织模式和功能于一体的复合线路，兼顾中心城区、市域及机场客流；开通运营后，可与19 号线共线运营，与资阳线（S3）、眉山线（S5）、德阳线（S11）互联互通或同台换乘，满足成德眉资客流的快速、高效转换和促进成德眉资同城化发展，详见图1。18号线的开通试运营，标志着成都市轨道交通正式步入快线时代，可满足市民高效、便利的出行需求。

2 快线创新技术与实践

为提高建设经济性、运营可靠性、乘客舒适性，以及实现资源共享，18号线大胆探索与实践了一系列新理念、新技术和新方法，如快慢直达混跑、普快线同廊敷设、A型车及其升级、25 kV交流供电、空气压力波研究、高速运行下车地无线通信传输、针对性综合监控、差异化运营管理等，满足了140 km/h速度下安全、舒适运营的技术要求。

图1 18号线区位图以及与其他市域铁路衔接图

2.1 快慢直达混跑

18号线按照“快慢组合、一线多功能”的理念和运营组织模式进行设计，通过设置双岛四线和越行线实现市域功能复合线的行车组织要求：机场功能列车采用大站快车和直达车，城市通勤功能列车使用站站停慢车，分别在海昌站、三岔站设置越行线。火车南站—机场T1/T2 站直达快车、大站快车、站站停3种运行模式的旅行时间分别为 32 min 41 s、36 min 37 s、47 min 31 s，旅行速度分别为 118.26 km/h、107.05 km/h、82.51 km/h，大幅提高了车辆周转效率，节约了机场客流出行的时间，满足多元化出行需求。

2.2 普快线同廊敷设

成都市城市空间结构已由以老城为核心的单中心向“老城+天府新区”的双中心转变，沿人民路—天府大道形成全市功能最强的南北中轴核心功能带，也是全市交通出行最密集、强度最大、时效性要求最高的走廊，使采用6B制式、2010年底通车的1号线难堪重负。18 号线与1号线同廊道敷设，长度约32 km，1号线共设29座站，18号线设10座站（均可与1号线通过站厅换乘），有效满足了该廊道上大规模客流的不同出行需求，可有力缓解1号线高峰期拥挤的问题，实现沿线重要枢纽和商业中心的快速串联，显著提升南北轴带客运效率，特别是早晚高峰通勤效率。这为城市核心区大客流走廊普快同廊敷设提供了实践参考。

2.3 A 型车及其升级

目前国内已投入运营的160 km/h 市域快线基本采用CRH系列车型，将城际铁路制式的车辆降级应用于市域快线，而成都是国内第一个将地铁A型车进行升级应用于最高运行速度达140～160 km/h市域快线的城市。18号线对A型车主要做了如下升级改造。

（1）通过采用高隔音、隔热和具有气密性能的塞拉门系统，加厚的双层棚布贯通道，贴有防晒膜的双层有色玻璃车窗，转向架区域高隔音性能复合材料地板等，提高了车辆的密封性能、隔音效果和调整了客室内的压力波。

（2）通过采用基于等声功率设计和分频段控制策略，解决了减振降噪难题。

（3）由于线路存在长大区间，增加了载客救援要求，即1列超载列车可将另1列故障超载列车推送至临近车站；而常规线路无载客救援要求。

（4）通过采用能够适应高速行车的流线外形铝合金车头，降低了列车在长大隧道区间运行时的空气阻力。

（5）对车辆弓网监测系统进行了优化升级，提高了信息采集精度。通过采用基于4G/5G在线传输的门控器智能维护系统，全方面采集车门电机运行数据，通过大数据分析诊断，实现140 km/h高速运行环境下的故障预警。

列车采用6动2拖模式，轴重≤17 t；每侧4个客室门，不设置端部疏散门；采用基于通信的列车自动控制系统（CBTC）；起动平均加速度为：速度0～50 km/h时≥ 1 m/s2、速度 0～140 km/h 时≥ 0.5 m/s2；制动平均减速度≥1.0 m/s2，紧急制动平均减速度≥1.2 m/s2；实现了地铁A型车的升级改造，提高了乘车舒适度，实现了资源共享。

相比CRH系列车型，升级地铁A型车具有以下优势：

（1）车辆造价降低20%～30%，可有效降低工程投资；

（2）由于与常规地铁的车型一致，可有效实现线网资源共享；

（3）信号系统兼容性更好，最小行车间隔时间仅为2 min，能够保证全线运输能力。

2.4 25 kV 交流供电

根据最高行车速度140 km/h和站间距大的特点，18号线选择更适用于运量大、负荷重、速度高、牵引供电系统结构简单、供电能力强、运营费用低、供电距离长的单相工频25 kV交流供电模式，柔性架空接触网。主变电所采用 110 kV / 35 kV 电力变压器和 110 kV / 25 kV牵引变压器作为动力照明和牵引网供电，通过设置动态无功功率补偿装置（SVG）和磁控电抗器进行电磁防护。电力监控系统（PSCADA）采用独立组网的方式设置独立中心服务器，与维护系统作为互联子系统接入综合监控系统，实现与综合监控系统的互联互通，达到了系统配置和使用更灵活、对数据库容量和服务器要求更低、专用性和实用性更好的效果，使整个供电系统具有高可靠性、高时效性和高性价比。

通过对电磁环境兼容性的研究可知：①25 kV交流牵引电磁环境下2.4 GHz或5.8 GHz的无线通信系统可以正常工作；②强度较大的弓网离线脉冲骚扰会造成数字集群通信系统（TETRA）瞬时的呵呖声，但由于TETRA用于语音通信，并不用于列车控制，因此可在25 kV交流牵引电磁环境下正常工作；③车载设备通信总线容易受到电磁干扰，通过合理布线，避免信号电缆与强电电缆近距离并行或交叉，屏蔽层采用360°环接，可有效避免电磁干扰。

2.5 空气压力波研究

根据最高运行速度140 km/h 安全舒适性要求，研究人员通过理论研究、数值模拟、模型试验与实车测试等手段，对隧道结构、风道设置、列车运行及车体密封性能等方面采用如下技术措施和技术参数。

（1）隧道净空：综合考虑舒适性指标和交流供电接触网安装要求，圆形盾构隧道直径采用7.5 m，净空面积约 44 m2。

（2）140 km/h 快线压力舒适度标准：当隧道内空气总的压力变化值超过700 Pa时，其压力变化率不得大于415 Pa/s。

（3）车辆气密性：满足列车以140 km/h速度运行时的舒适度需求，列车车厢的永久动态密封性指数不小于3.0 s，司机室的永久动态密封性指数不小于6.0 s。

（4）屏蔽门系统：在列车最高运行速度140 km/h区段，最大活塞风压值为±2 400 Pa，屏蔽门正常启闭过程中承受的最大动态风压为250 Pa；在列车最高运行速度160 km/h区段，地下车站最大活塞风压值为±3 200 Pa，屏蔽门正常启闭过程中承受的最大动态风压为330 Pa。全高屏蔽门门体最接近列车动态包络线构件的最大弹性变形量不大于12 mm。非越行直线站台屏蔽门限界为1 630 mm，越行直线站台屏蔽门限界为1 800 mm。

（5）越行车站隧道净空面积：列车以100 km/h的速度越行过站时，车站轨行区的最小净空面积不小于29.4 m2。

（6）隧道洞口泄压井：在隧道进出洞口处设置泄压竖井，以减轻列车进出隧道时引起的洞口压力波效应，使压力变化平缓，但对隧道压力波峰值的影响不大。

（7）迂回泄压风阀：为改善屏蔽门的受力条件，以及为其可靠启闭提供冗余保障，地下车站无配线端设置迂回泄压风阀，净通风面积不小于16 m2。当车站左、右线间设置迂回风道后，可降低屏蔽门风压值40%～50%。该迂回泄压风阀按常闭工况考虑，并纳入隧道通风系统模式控制，当远期高峰小时存在列车追踪运行工况时，开启屏蔽门泄压模式。

（8）设备承压：区间隧道设备承压 3 500 Pa，车站设备承压 2 500 Pa。

通过提高车辆气密性、减小隧道阻塞比、局部泄压等措施，18号线解决了由列车高速运行带来的空气动力学问题和高风压下屏蔽门的结构安全及安装难题，满足了司乘人员的舒适度和区间设备设施的安全性要求。

2.6 高速运行下车-地无线通信传输

18号线车-地无线通信采用长期演进系统（Long Term Evolution，LTE）第四代无线通信技术。列车运行控制系统采用基于授权专用频段（Long Term Evolution–Metro，LTE–M）的CBTC系统，10 MHz带宽满足列车在140 km/h高速移动状态下车-地信息传输的实时性、安全性、稳定性和高可靠性。车载视频监控系统及车载乘客信息系统（PIS）的无线信息传输首次采用非授权频段（Long Term Evolution – Unlicensed，LTE–U），传输有效带宽不低于40 Mb/s，能够实现紧急情况下的全部列车车载视频监控图像上传至控制中心，使调度中心能够实时了解列车上的情况；同时实时下发视频等相关信息至列车，实现了列车高速运行下相关数据的稳定、可靠传输，提高运营服务水平。

18号线为快慢车混合运行线路，全线设置2座越行车站。信号系统按照快慢车混跑的运营模式编制运行图，具备相应的运营组织调整方案，如慢车避让/快车越行优先、快慢车统一调整为站站停等间隔运营方案，以实现非正常运营情况下的运营组织。在常规接口信息内容的基础上，信号系统与PIS、广播系统的接口信息增加列车性质（快慢车）、后续停靠车站、车站站台号等相关内容，以实现对乘客的正确引导。

2.7 针对性综合监控

18号线地下区间内由于存在大量瓦斯区段，为有效降低瓦斯隧道的安全风险，保障列车安全运行，同时有效降低巡检和运维工作量，提高隧道瓦斯监测监控与通风工作效率，采用运营期隧道瓦斯监测系统，实现对隧道瓦斯危险场所的有效监控和报警，并通过预设逻辑实现通风的自动控制和调节。结合目前城市轨道交通轨行区人防门的特点，18号线采用区间人防隔断门智能监视报警系统，经过对数据的采集、存储和智能分析，为区间内安全行车提供了有效保障。

2.8 差异化运营管理

18号线车站划分为快车停靠站、慢车停靠站、快车越行站和快车停靠越行站。与常规站站停车站相比，车站管理主要存在以下3个方面的差异化。

（1）广播系统差异化。根据大站快车、快车越行站、快车停靠越行站的列车停站模式不同，列车及车站广播也有所不同。快车进站广播增加列车越行信息，无越行站时不加越行信息；列车广播增加列车类型、越行及换乘信息，无越行站时不加越行信息。

（2）PIS显示差异化。站台PIS较常规线路增加相关信息，如显示列车到站时间、列车类别、列车终到站、停靠候车站台信息；列车PIS增加对应快慢车站信息，可以让乘客在上错车后能够及时地发现。

（3）导向标识差异化。每个车站均需设置快车停靠站导向，即有快车站为快车不停靠的车站及后续停靠车站的导向、无快车站为快车不在本站停靠的导向，以便乘客查看。站台屏蔽门上方增加LED屏提示，提示下趟车为快车或慢车，同时提示快车停靠站。站台立柱贴附式导向，注明各快车停靠站站名。

3 现场试运营测试

3.1 噪声测试

针对18号线，研究人员在合江车辆段试车线隧道内进行了测试，当列车以105 km/h匀速运行时，客室的噪声为79 dB，司机室的噪声为73 dB；另外，在火车南站—西博城站区间隧道内进行了噪声测试，当列车以140 km/h速度运行时，客室的噪声为81.3 dB，司机室的噪声为77.8 dB。其与普通地铁以80 km/h的速度在隧道内运行时车内的噪声值相当，因此满足国家相关规范的要求。

3.2 屏蔽门风压测试

针对18号线，研究人员测试了天府新站和兴隆站的屏蔽门压力，测试列车从三岔站发车，以140 km/h的速度突入龙泉山—天府新区间敞口段洞口（YDK41+117），并在敞口段洞口—天府新站—兴隆站—西博城站区间上行线内运行，主要测试了以下3类工况，测试结果如下。

（1）单车运行工况：当关闭兴隆站迂回风阀、开启区间所有风阀、列车以100 km/h的速度过站时，屏蔽门的最大正压力为460 Pa，最大负压力为334 Pa；当同时关闭兴隆站迂回风阀及区间所有风阀、列车以100 km/h的速度过站时，屏蔽门的最大正压力为517 Pa，最大负压力为 536 Pa。

（2）两车间隔2 min追踪运行工况：当关闭兴隆站迂回风阀、开启区间所有风阀、列车以100 km/h的速度过站时，屏蔽门的最大正压力为446 Pa，最大负压力为386 Pa；当同时关闭兴隆站迂回风阀及区间所有风阀、列车以100 km/h的速度过站时，屏蔽门的最大正压力为480 Pa，最大负压力为 617 Pa。

（3） 一列列车阻塞，另一列列车追踪运行：一列列车停在兴隆站，另一列列车追踪运行，当关闭兴隆站迂回风阀时，屏蔽门的最大压力为222 Pa；当开启迂回风阀时，屏蔽门的最大压力为166 Pa。迂回风阀的开启使得由后车运行传播到轨行区的压力降低20%，起到有效的泄压作用。一列列车停在天府新站，另一列列车追踪运行，屏蔽门的最大压力为90 Pa。兴隆站及天府新站屏蔽门开关门试验正常，未出现关闭不畅的情况。

由以上测试可知，屏蔽门的现场测试压力均小于设计最大承压值，其结构安全，开关门正常。

3.3 车辆动力学测试

列车速度为154 km/h时的动力学试验数据如表1所示，测试的各项动力学指标均满足 GB/T 5599-2019《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》规定的要求。

表1 列车试验测试最大值

4 结束语

18号线已于2020年12月开通试运营，运营效果良好，乘客体验感舒适。其技术创新与实践满足速度为140～160 km/h市域快线安全、舒适运营的技术要求。特别是18号线将地铁A型车升级应用于市域快线，融合了城际动车组和地铁车辆的优点，能够满足市域快线“快速、大运量、公交化、乘坐舒适”等运营需求，有效实现了线网资源共享、互联互通，提高了快线运输效率，促进了成都市东部新区、天府新区与老城区的交流和共融发展。