轨道交通市域快线快慢车运营模式方案研究

2023-02-12黄江阳李爱东包乐培

城市轨道交通研究 2023年1期

黄江阳李爱东陈剑包乐培

(1.广州地铁设计研究院股份有限公司，510010，广州； 2.中国铁路设计集团有限公司，300308，天津；3.中国铁路设计集团有限公司广东分公司，518052，深圳∥第一作者，工程师)

目前，国内超大城市地铁建设已基本完成主要城区覆盖，处于核心区轨道网络加密和快速联系城市副中心组团(以下简称“组团”)的发展阶段。随着运营距离的增长和旅客通勤需求时间的缩短，新型快速轨道交通形式应运而生。轨道交通市域快线(以下简称“市域快线”)作为超大城市内联系各大组团的快速通道，其线路最高运行速度已不满足于传统地铁的线路最高运行速度(80 km/h)，在建的深圳地铁14号线已达到120 km/h，市域快线规划研究方案中其最高运行速度可达160 km/h，快慢车分线运营势在必行。

本文基于深圳市域快线线路的功能特点及需求，通过对比快慢车组合运营和复线运营两大快线建设模式的相关特点，研究最佳的快慢车分线运营模式，为深圳市乃至全国城市轨道交通建设提供快线建设借鉴思路。

1 项目概况

深圳市域快线，规划设计时速为120～160 km/h，沿西南—东北向联系前海区、南山区、龙华区、龙岗区等组团,其主要功能为快速联系都市核心区与东部中心，满足龙岗区与龙华区往南山科技园区与前海区的通勤需求。

线路起自南山前保站，途经前海自贸区、南山高新科技园区、龙华深圳北站商务中心区、龙岗大运片区，终至龙岗坪地站，全长63.8 km，全地下敷设；共设站24座(其中换乘车站18座)，全部为地下车站，最大站间距为6.975 km(白泥坑站至坳背站)，最小站间距为0.825 km(白石龙站至梅龙站)，平均站间距为2.700 km。其中,南山段平均站间距为1.400 km,非南山段平均站间距为3.100 km。龙岗段在科兴站东侧及新生站东侧引出出入线,分别与沙河西停车场和坪地车辆段衔接。深圳市域快线平面图截图如图1所示。

图1 深圳市域快线平面图截图

2 国内外案例介绍

2.1 局部四线模式

局部四线模式属于快慢线组合运营，意在局部车站设置四线平行敷设，增加越行线。该模式下，慢车可通过站内越行线避让快车，但受追踪最小间隔及越行线数量限制，线路系统能力会有一定折减。

该模式在日本筑波线、我国广州地铁18号线和22号线上有所应用。以日本筑波线为例，该线路全长约58.3 km，设站20座，平均站间距为3.100 km，车辆最高运行速度为130 km/h。日本筑波线在八潮站和流山苍鹰之森站设越行线，快车比慢车少停11站，快车全线旅行时间节省12 min，平均越行1站可节省约1 min旅行时间。日本筑波线局部四线方案配线图如图2所示。

图2 日本筑波线局部四线方案配线图

2.2 三线运营模式

三线运营模式属于复线运营模式，意在增设一条线路以满足快慢车运营调配。第三线又分为双向运营和单向运营两种模式。第三线的双向运行模式是将第三线作为辅助避让行车线，当快车来临时，慢车驶入第三线进行避让，以满足快慢车同时正常运行的需求。该模式应用于韩国首尔地铁9号线，该线于2009年开通运营，线路全长31.5 km(一期工程全长27.0 km，二期工程全长 4.5 km)，共设车站30座(一期工程25座，二期工程5座)，其中快车站12座，是韩国第一条提供快车服务的线路，快车仅在主要车站停靠。快车从金浦机场站开行至中央保勋医院站约需54 min，普速列车则需86 min，乘坐快车可节省32 min，节省时间效果显著。

第三线单向运行模式是将第三线作为独立运行线路，快线单线单向运行，主要满足潮汐客流需求，早高峰由居住区开往工作区，晚高峰再由工作区开往居民区。该模式在美国纽约地铁7号线(法拉盛站—曼哈顿广场站)有所应用[1]。快慢线处于同一平面，快车线在中间，两侧为慢车线。由于快车线只有一条，只能开行单向快车。快车站台在快慢车线路中间，同方向的快慢车换乘时不需要换站台，快车不停靠的车站不设快车站台。纽约地铁第三线模式在客流高峰时期为主客流方向同时提供快慢车服务，由于单方向运营，快车由法拉盛站至曼哈顿中心区仅需38 min。

2.3 四线运营模式

四线运营模式属于复线运营模式，意在增设两条线路以实现快慢车独立运营。该模式在纽约地铁的绝大多数快慢车运营线路上有所应用。分线运行不会造成运营能力上的损失，快线较慢线而言速度相同，但停靠站较少。慢线站站停，而快线只停靠较大的换乘站，或者采用分段停站方案。以采用该模式的纽约弗拉新线为例，快线及慢线的旅行速度分别为41 km/h、28 km/h，平均站间距分别为2.500 km、0.700 km。其相关数据可为国内新建市域快线提供参考。

3 快慢线规划设计

3.1 快慢线运营模式

深圳市域快线是龙岗区、龙华区至南山区的直接快速通道，其中非南山区有快线运营的设置条件。列车旅行时间需控制在1 h内，以满足旅客的通勤需求。通过研究局部四线、单向三线、四线运行3个方案，比选适合本线路的运行模式。

3.1.1 速度目标值

通常来说，列车运行距离至少在加减速度距离合计的2倍以上，列车才能达到最高速度，且匀速行驶状态；否则，列车性能将得不到发挥，并处于频繁起停状态，旅行舒适度将有所降低。因此，实现列车最高速度的站间距宜大于列车加减速度距离合计的2倍以上。

不同速度目标值对应的列车加减速距离及合理站间距如表1所示。由表1可知，速度目标值越大，所需充分发挥列车性能的站间距离也越大。基于深圳市域快线南山区和非南山区的平均站间距，其与速度目标值为120～160 km/h时的数据匹配性较高。

表1 不同速度目标值对应的列车加减速距离及合理站间距

基于站间距,速度目标值采用120 km/h，同时由于南山区科技园处高层建(构)筑物较多，若速度目标值采用160 km/h，必将导致大量建筑拆迁，工程可实施性较差。因此在满足旅客需求的前提下，降低最高速度来换取线路平面曲线半径取值的灵活性，故本研究选取速度目标值为120 km/h的方案。

3.1.2 线路系统能力

基于速度目标值为120 km/h的方案，针对不同快慢线运营模式进行线路系统能力的测算。在不影响快车运行的情况下，根据线路条件和列车停站时间等因素[2-3]，设计快慢车开行对数，通过快慢车旅行时间、发车间隔、运能储备等指标分析线路系统能力。列车旅行时间是线路运营的重要参数，直观地反映出全线列车的运行时间。发车间隔是指列车运行时间间隔，可通过高峰小时开行对数获得。运能储备为高峰小时输送旅客客流与高峰小时旅客出行需求之间的关系，可直观地反映线路系统能力。

不同快慢线运营模式下的线路系统能力如表2所示。由表2可知：当采用局部四线运营模式时，受快慢车车速差的影响，高峰小时仅能开行24对/h，快车发车间隔为15.6 min，运能储备仅为0.3%，应对客流风险性较差，且随着快车开行对数的增加，线路系统能力会进一步折减；当采用三线运营模式或四线运营模式时，快慢线分线运行，互相不受影响，能够保证客流运输需求，且快慢车开行比例更高。因此建议选用三线运营模式或四线运营模式。

表2 不同快慢线运营模式下的线路系统能力

3.2 线站位方案

线路由南山中心区经龙华深圳北站交通枢纽，终至龙岗大运片区和坪地片区，线路周边条件复杂。龙华区和龙岗区地处城市外环，新旧区域建设差别较大，老区城中村房屋密集、道路较窄，新区建设较好、道路较宽。南山区高楼林立、建筑规整，但其他轨道线路交错纵横，对于线路敷设通道有严格限制。

基于该线路周边环境特点，线站位方案需遵循以下原则[4-6]：

1) 快慢线站点应根据客流覆盖需要设置，尽量将快线停车站设置在换乘枢纽和早晚高峰客流量较大区域，慢线站间距宜控制在1.500 km，快线站间距宜控制在3.000 km。

2) 线路尽量选择城市主干道敷设，在快线不停靠站点区间，线路可绕避居民区，以减少不必要的拆迁和噪声影响。

3) 对于线路与其他轨道交通线路的相交点，应尽量将快慢线设于同一平面通道，避免占用两层通道而浪费地下通道空间。

4) 线路应根据城市道路现状和规划要求，采用大半径曲线以保持线路平顺，避免采用小半径曲线而限制全线最高速度取值。

采用四线运营模式，在线路与其他轨道交通立交段快慢线无法处于同一平面，需占用二层地下通道。三线运营模式在线站位敷设方案上较为节省地下空间。局部四线方案车站需增设2条越行线，车站宽度较大，较三线和四线运营的车站规模大，对于车站周边地下空间要求较高，局部地段存在大量拆迁影响。

3.3 车站布设形式

局部四线方案意在通过增设越行线[7]来满足快车过站而不影响慢车停靠的需求，越行线在外侧，停车线在内侧。四线运营方案地下站的常用形式为双岛四线，列车同向同站台停靠，内侧为快线，外侧为慢线。三线运营方案地下站的常用形式为两岛三线，快线设中间，两侧为慢线。

不同快慢车运营模式下的车站常用布置图如图3所示。局部四线方案增设两条快车越行线，车站规模较大。但三线运营模式和四线运营模式的快车停靠车站在局部空间受限地段可采用叠线布设，有效避免了地面建(构)筑物的拆迁。对于道路宽度不富裕的地段，三线运营模式和四线运营模式优势较为明显。

图3 不同快慢车运营模式下的车站常用布置图

3.4 工程投资

3个快慢车运营模式中，局部四线模式虽造价较小，但无法满足旅客通勤时间要求；四线运营模式功能齐全、体量较大、造价高昂(较三线运营模式多15.34%)。根据客流测算，该线的远期高峰小时客流量为51 100人，而四线运营模式可以提供128 160人/h的输送能力，大大超过客流需求，会造成一定的资源浪费。单向三线可提供64 080人/h的输送能力，较满足客流需求。不同快慢车运营模式下的工程投资如表3所示。

表3 不同快慢车运营模式下的工程投资

3.5 3种运营模式分析

3种快慢车运营模式的差异较为明显，线路系统能力随着工程投资的增长而显著增长。局部四线方案较为经济，能够满足一定的快车通行需求，但无法满足长大距离的快速通勤需求。三线运营模式可满足单向通勤需求，是解决潮汐客流的最优解，但车站三线并行敷设，占地较多，工程投资较局部四线方案多。四线运营模式可满足超大城市内各大组团间的快速联络，不仅能满足一个中心区的通勤需求，还可满足沿线各大中心就业区的通勤需求，但其占地规模较大，工程投资也最多，选择此方案时应详细研究及预测远期客流形态与需求。

针对不同组团间的客流需求和客流特征形态，选出最适宜的快慢车运营模式来解决城市内旅客快速通行的需求。不同快慢车运营模式方案比较如表4所示。