市域（郊）铁路与城市轨道交通贯通运营适应性分析

2023-09-21蒋春生

现代城市轨道交通 2023年9期

蒋春生

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063）

市域（郊）铁路是在都市圈范围内或市域行政管辖范围内，连接市区与外围组团，串联沿线主要城镇及客流集散点，采用大站距、全封闭方式的快速轨道交通系统，最高运行速度通常为120～160 km/h。其为城市轨道交通（以下简称“城轨”）发展到一定阶段而产生的、用于支撑市域空间结构拓展的交通系统。因此，做好与既有或规划城轨线路的衔接，实现与其贯通运营，对于市域（郊）铁路最大限度吸引客流、保障服务水平至关重要。

1 国内外发展及贯通运营现状

1.1 国外典型都市圈

国外不同层次轨道交通系统的贯通运营起步较早，并且形成了一定的规模。下面将对东京、巴黎、纽约三大典型都市圈中市域（郊）铁路与城轨的贯通运营现状进行分析。

（1）东京都市圈。东京都市圈轨道交通网络由外围的市郊铁路线（JR线+私铁）与中心城区的地铁线构成，整体呈现“环+放射”状网络结构。其中，已运营市郊铁路线共计97条，运营里程达2 704 km；已运营地铁线仅13条，运营里程约304 km。为满足高峰期客流从外围直达中心城区的需求，开通的13条地铁线中有10条已实现与私铁或JR线的贯通运营。东京都市圈轨道交通贯通运营模式如图1所示。

图1 东京都市圈轨道交通贯通运营模式

（2）巴黎都市圈。巴黎都市圈轨道交通网络包括16条地铁线（总长241 km）、5条区域快铁RER线（含支线，总长587 km）、8条市郊铁路Transilien线（总长1 296 km）。其中，地铁线服务于距巴黎市中心半径约6～8 km范围内的客流出行；RER线主要服务于距巴黎市区半径约40～50 km范围内的通勤通学客流出行；Transilien线主要服务于巴黎都市圈外围远郊区。RER线从郊区进入中心城区，贯穿市区，并在市区内与地铁线路以站点换乘的方式实现衔接，在城市外围则与多条Transilien线贯通运营。巴黎都市圈轨道交通贯通运营模式如图2所示。

图2 巴黎都市圈轨道交通贯通运营模式

（3）纽约都市圈。纽约都市圈轨道交通网络由25条城轨线、27条市郊铁路线（含支线，总长度约3 197 km）组成。其中，市郊铁路呈“主线+支线”布局，主要包括长岛铁路、大都会北方铁路、新泽西铁路及其支线，如长岛铁路含1条主线+10条支线，覆盖长岛全岛。市郊铁路线均深入中心城区内部，止于市区主要铁路车站，通过在铁路车站换乘的方式衔接城轨。纽约都市圈轨道交通布局及贯通运营状况如图3所示。

图3 纽约都市圈轨道交通布局及贯通运营状况

综上所述，东京、巴黎、纽约三大都市圈市域（郊）铁路发展及运营组织情况如表1所示。

表1 三大都市圈市域（郊）铁路发展及运营组织情况汇总

可以看出，国外都市圈市域（郊）铁路的建设规模远超过中心城区地铁，其线路长度在都市圈轨道交通线路总长度中的占比多在70%以上，其客流量在公交客流总量中的占比通常超过30%。其一般采用大小交路结合、快慢车混跑的运营模式，运营组织灵活，可适应不同客流需求，并通过深入中心城区及与城轨贯通运营的方式满足中心城区与外围郊区之间客流直达运输的需求。

1.2 国内

相比之下，国内市域（郊）铁路起步较晚，发展相对滞后，有效供给能力不足，成为大城市公共交通的短板。国内的市域（郊）铁路是在大城市城轨发展到一定阶段后，需要更加快速、高效、灵活的交通系统以实现区域内更大范围联系的情况下着手发展的。由于规划之初，中心城区主要通道已经被城轨、城市快速路占据，因此我国的市域（郊）铁路极少有独立贯穿城区的线路，多为外围射线。此外，城轨的最高运行速度通常不超过100 km/h，而市域（郊）铁路的最高运行速度普遍为120 km/h及以上，加之二者在功能及制式等方面存在明显差异，因此市域（郊）铁路通常是在城市外围通过站点换乘的方式实现与城轨的衔接，暂无贯通运营实例。

虽然如此，但关于不同层次轨道交通网络融合、不同轨道交通系统互联互通（其中包括市域（郊）铁路与城轨贯通运营）的研究却在广泛开展，并获得了丰硕的成果。例如，重庆市郊铁路跳磴至江津线根据重庆市“三铁融合”的发展战略，为实现与地铁5号线（采用DC1500V接触网供电制式，速度目标值100 km/h）单向贯通运营，首次选用山地城市As双流制车（采用DC1500V与AC25kV接触网供电制式，速度目标值120 km/h），应用不停车全自动交直流切换技术，如图4所示。

图4 DC1500V/AC25kV供电不停车全自动切换示意图

2 市域（郊）铁路与城轨贯通运营适应性分析

市域（郊）铁路与城轨贯通运营可以分为单向贯通和双向贯通2种模式。考虑到城轨的服务范围主要为中心城区，而市域（郊）铁路又有深入中心城区的需求，本文重点针对市域（郊）铁路跨线运营至城轨线路的单向贯通模式进行研究，并以合肥至庐江市域铁路（以下简称“合庐线”）与合肥市轨道交通8号线贯通运营为例，具体分析其适应性。

2.1 客流需求分析

合肥市轨道交通8号线为中心城区的南北方向快线，全长47 km，采用6辆编组B型车；合庐线为长江三角洲地区多层次轨道交通规划中远期布局的一条市域（郊）铁路线，主线长约65 km，拟与8号线衔接，主要承担合肥与庐江之间的跨组团客流，其客流整体呈现向合肥市区聚集的特征。因线路定位不同，合庐线与8号线客流水平存在着较大差距，两线衔接后的远期高峰小时最大断面客流量如图5所示。

图5 合庐线与8号线衔接后远期高峰小时最大断面客流量示意图

贯通运营的目的是满足跨线客流直达运输的需求，以减小换乘压力。因此，只有当跨线客流达到一定数量，才有必要实施贯通运营，跨线客流量越大，贯通运营的必要性越强。据预测，合庐线本线远期客流将达14.8万人次/日，其中庐江（含合庐产业新城、庐江北部城镇、庐江县城）与合肥市区之间的交换客流达9.6 万人次/日，在全线总客流中占比达64.8%，跨线客流量大，占比高，如图6所示。此外，根据分析，合庐线与8号线贯通运营后的全程旅行时间较同台及通道换乘分别节省约3 min、5 min，可有效提升庐江至合肥主城区客流出行的便捷性。因此，合庐线与8号线有较强的贯通运营客流需求。

图6 合庐线各组团间客流交换特征示意图（单位：人次/日）

2.2 通过能力适应性分析

市域（郊）铁路与城轨贯通运营会对贯通区段的通过能力产生影响，因此需要对此进行计算，分析贯通运营的适应性，并综合考虑服务水平、运营组织及工程经济性等因素，确立合理的运营组织方案。

合庐线与8号线贯通运营，拟采用与8号线一致的B型车。8号线为合肥市中心城区南北向城轨快线，客流量大、行车密度高。合庐线在贯通区段采用不同编组，会对8号线运能产生不同影响，具体如表2所示。

表2 合庐线在与8号线贯通运营区段采用不同编组方案的通过能力对比

由表2可知，8号线自身运能余量已经比较吃紧，因此合庐线应在与8号线贯通运营区段尽量采用与其一致的6辆编组列车，以减少对8号线运能的影响。然而，由于合庐线自身客流量较小，如果合庐线全线采用6辆编组列车，虽可满足客流需求，但会降低自身服务水平并造成土建工程的浪费，因此其与8号线贯通运营时，应综合考虑其自身服务水平、运营组织条件及工程经济性，采取4/6辆编组混跑、快慢车结合的运营组织方案，即大站快车采用6辆编组与8号线跨线贯通运营，在贯通区段内站站停，在本线仅停靠大站快车停靠站，站站停慢车采用4辆编组，停靠本线所有车站，如图7所示。

2.3 技术适应性分析

市域（郊）铁路与城轨贯通运营的前提是二者的车辆限界、牵引供电制式和信号系统具备统一性或兼容性。

（1）车辆限界。车辆限界直接影响车站、区间相关设施的适配性。例如，贯通区段站台长度及高度、站台与车辆的间隙、隧道尺寸等是否满足市域（郊）铁路及城轨车辆限界要求，以及屏蔽门与二者车门位置能否对应等问题均是制约二者贯通运营的因素。因此，市域（郊）铁路应尽量采用与城轨一致的车型及编组，以保证限界条件的统一。

（2）牵引供电制式。目前，城轨普遍采用以DC1500V或DC750V为代表的直流供电制式。市域（郊）铁路若要与城轨贯通运营，则需采用与城轨相同的直流供电制式，或者采用同时搭载交流、直流2种供电系统，能在交流、直流2种供电线路上全自动切换运行的双流制列车，从而解决贯通运营的牵引供电制式切换问题。

（3）信号系统。为实现市域（郊）铁路与城轨贯通运营，二者需要采用相同或兼容的信号系统，以确保列车车载信号设备与其经过线路的地面信号设备间可以正常交换、识别并处理信号。

8号线采用6辆编组B型车、DC1500V牵引供电制式及基于通信的列车运行控制（CBTC）系统。合庐线设计人员根据合庐线的速度目标值（140 km/h），结合国内多个厂家对于市域（郊）铁路在该速度目标值下采用DC1500V供电制式B型车的可行性研究结果，确定合庐线采用DC1500V供电制式B型车，这可使合庐线在保证自身速度目标的前提下，具备与8号线贯通运营的技术条件。

此外，本文还将对合庐线在采用不同速度、不同供电制式车辆时的相关工程、车辆、设备等费用进行对比，对比结果如表3所示。由表3可知，采用最高运行速度120 km/h或140 km/h、DC1500V供电制式的B型车，虽然供电系统投资相较采用交流供电制式的车辆略高，但其土建工程费用相对较低，具有一定的经济性。