短距離城際軌道交通工程速度目標值的選擇

馬 晉

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300251)

列車速度目標值是短距離城際軌道交通的重要技術指標,它直接影響土建工程規模及設備系統的選擇。它的選擇與線路長度、客流構成、站間距離以及服務水平密切相關,過高或過低的速度目標值都會給運營帶來不利的影響。過高的速度目標值,會造成工程投資的增加,對于站間距并不大的線路,會影響行車效率,對縮短運行時分的效果并不明顯;而過低的速度目標值,不利于吸引客流,同時造成運用車數量的增加。因此,合理確定各線的速度目標值,對運營組織意義重大。結合沈陽至撫順快速鐵路客運工程(以下簡稱沈撫線),分析短距離城際軌道交通工程速度目標值的選擇方法。

1 沈撫線的功能定位及時間需求綜合分析

1.1 功能定位

通過研究分析國內外城市群發展的經驗可知,當城市群內的經濟發展到較高水平時,就有必要研究城際軌道交通來承擔區域內城市、城鎮間中短途旅客運輸,以實現同城化發展,縮短各城市、城鎮之間的時空距離,是一種以人為本、環境友好的新型公交化運輸工具。沈撫線是連接沈陽市至撫順市的快速線,該項目的實施將加快沈撫兩地同城化進程。

1.2 時間需求綜合分析

沈撫線起點位于沈陽市黎明文化宮,與地鐵 1號線在此形成換乘,終點為撫順市盛城街。由于本項目定位為實現沈撫同城化的城際骨干交通,通過調查客流對時間的要求及參考相關的短距離城際軌道交通項目,全程旅行時間控制在 45min左右較為適宜。

通過調查沿線的公交服務系統,由沈陽市開往撫順市的高速客車,從黎明文化宮至撫順南站,全程共需時 60min左右。相比之下,本線 45min左右即可到達撫順市盛城街,在節省 15min旅行時間的情況下,還能多走行 7km左右,大大提高了運輸服務質量。

2 線路長度及車站分布

沈撫線全長 43.107km,其中地下線長 3.030km,高架線長 39.177km,過渡段長 0.900km。全線設置17座車站(其中預留 3座車站),不計預留站,平均站間距為3275m,最大站間距為6500m(位于望花街站—大官屯站區間);最小站間距為1727m(位于黎明文化宮站—長安路站區間)。其中站間距在 3km以上的區段共有 8處,合計長度為30907m,占線路總長度的 72.6%,站間距在 1.9～3km的區段共有 4處,合計長度為9940m,占線路總長度的 23.3%,站間距在1.9km以下的區段共有 1處,合計長度為1727m,占線路總長度的 4.1%。

3 速度目標值的分析方法及范圍選擇

選擇速度目標值采用的分析方法:首先,應根據線路的功能定位,選擇應能滿足全線的旅行時間需求的速度目標值。其次在滿足時間需求的速度范圍內,分析不同的速度目標值對選擇技術成熟,經濟合理的工程措施和設備系統等方面的影響。最后,由于最高速度值不同的列車,其加減速度不同,因此列車加、減速所需的時間和走行距離也就不同,如果站間距較短,則列車發揮不出其運行速度較高的優勢,故通過分析車站分布情況來選擇適宜的速度目標值,以達到節約能源,工程設計經濟合理的目標。

80km/h是目前國內外軌道交通項目普遍采用的速度目標值,各種配套技術非常成熟,經概略分析,80 km/h的速度有可能實現沈撫線的時間需求或者相差不多。

100km/h及 120km/h的速度目標值在國內軌道交通工程中已有采用,經概略分析,完全可以實現沈撫線的時間需求。

140km/h的速度目標值在國內軌道交通工程中尚未被采用,再加上沈撫線站間距相對較小,因此本次研究暫不考慮 140km/h速度目標值的比選,研究范圍確定為 80、100、120km/h共 3個速度擋。

4 時間計算參數的選擇

計算參數的選擇主要是指不同速度目標值所采用的加減速度,根據有關車輛參數,不同速度目標值的加減速度及對應的列車加減速距離見表1。

表1 不同速度目標值的加減速度值及加減速距離

從表1可以看出,80km/h的速度目標值的合理站間距離在 0.8km以上,100km/h的速度目標值的合理站間距離在1.2km以上,120km/h的速度目標值的合理站間距離在 1.9km以上。

5 各速度目標值的運行時分計算

80、100、120km/h速度目標值各區間運行時分統計見表2。

表2 不同速度目標值各區間運行時分統計

由表2可知,80km/h方案全程運行時間為 47 min;100km/h方案全程運行時間為 41.9min;120km/h方案全程運行時間 40.3min。120km/h方案與 100 km/h方案相比,全線僅節約運行時分 1.6min,而 100 km/h方案與 80km/h方案相比,全線可節約運行時分5.1min。

6 速度目標值技術經濟分析與比較

6.1 不同速度目標值主要參數比較(表3)

表3 不同速度目標值主要參數比較

6.2 不同速度目標值工程技術經濟分析與比較

下面分別從車輛、土建、信號等 3個方面來分析選取不同速度目標值在工程技術和投資方面的差異。

6.2.1 車輛

不同速度目標值的車輛購置費比較見表4。

表4 不同速度目標值車輛購置費比較

國內現有地鐵車輛完全能滿足 100km/h及以下的速度目標值的要求;廣州地鐵 3號線第一批車輛采用進口,在進一步消化國外技術的基礎上,國內生產廠將可以生產出滿足 120km/h速度目標值要求的國產化車輛,但是需要開發、試驗時間,對于本線若采用120km/h速度目標值,首批車輛仍需要進口。

6.2.2 土建工程

速度目標值的選取對土建工程的影響較大,速度目標值越高,則要求的限界也越大。對于地下線來說,就要增大其結構斷面尺寸,對于高架線來說,則需要增加橋面寬度,這將使得土建工程費用相應增加。

80、100、120km/h三種速度目標值對應的土建工程投資分別為:141364、142946、156193萬元。

從上述數據可以看出,當速度目標值由 80km/h增加到 100km/h時,土建工程的造價僅增加了 1%,當速度目標值增大到 120km/h后,土建工程的造價增加非常迅速,達到 10%。

6.2.3 信號

(1)不同速度目標值對信號系統技術影響的分析

①城軌工程大多采用 80km/h的速度目標值,工程經驗多,技術成熟,也完全能夠滿足本線的行車組織運營要求。

②對于采用 100km/h的速度目標值,國內已有實際的工程經驗,技術成熟也完全能夠滿足本線的行車組織運營要求,只是投資較 80km/h速度目標值略有增加。

③廣州地鐵 3號線設計最高時速 120km,采用大站間距快速線的設計思路,目前僅開通后備系統,行車間隔 6min,正式信號系統(基于感應環線的移動閉塞系統)尚未開通。

上海地鐵 11號線對列車最高時速 120km進行了研究,但由于為實現該技術指標需要車輛、屏蔽門等各設備系統均需做深入研究,未最后實施。

北京機場線設計最高時速 110km,設計行車間隔3min,為國內第一條無人駕駛線路。信號系統采用國際上最先進的移動閉塞系統。目前該工程僅開通后備系統,行車間隔 10min,正式信號系統尚未開通。

鑒于 120km/h速度目標值所采用的信號系統在城軌交通工程中尚未真正實施,加上沈撫線站間距又不是很大,行車間隔較小,很難實現高速運行。若本線采用 120km/h速度目標值,則需對信號系統方案和投資進行更深入的研究。

(2)不同速度目標值對信號系統投資影響的分析

對比 80km/h和 100km/h兩種速度下的信號系統投資,主要是軌旁設備有一定的差別,對工程總造價影響不大。列車最高速度選擇 100km/h,信號系統投資約1380萬元/km,較國內普遍實施的時速 80km的城軌項目每千米投資約增加 50萬 ～80萬元。

7 綜合分析

7.1 從節約時分方面分析

從滿足本線功能定位的時間需求分析,80km/h方案的旅行時間偏長,不符合需求。其余兩個方案均滿足時間需求,故 80km/h方案予以淘汰。

一般認為列車在區間保持勻速運行距離的比例占整個區間的 50%以上,是比較合適的。100km/h方案保持勻速運行距離的比例占整個區間的 84.6%,120 km/h方案保持勻速運行距離的比例占整個區間的15.4%,120km/h方案與沈撫線的車站布置及客流特點的實際情況不相適應。

圖1 不同速度目標值節省時分比較

從全程運行時間來看,3個方案中,采用 80km/h方案,運行時間為 47min;采用 100km/h方案,運行時間為 41.9min;采用 120km/h方案,運行時間為40.3min。120km/h方案較 100km/h方案僅快了1.6min,而 100km/h方案較 80km/h方案快了 5.1 min,各速度目標值節省時分比較如圖1所示,可以看出,100km/h方案較 120km/h方案的節時效果更為明顯。

另一方面,考察區間勻速運行距離比例,80km/h和 100km/h方案全線各區間均能達到最高速度,并能夠保持較長時間的勻速運行,但考慮到 80km/h方案的全程運行時間較長,因此采用 100km/h方案是較適宜的,可以較大程度地縮短全程運行時間;而 120km/h方案的節時效果不明顯,因此不適宜采用。

7.2 從工程投資方面分析

選用不同的速度目標值,在許多專業方面將存在技術可行性和工程投資方面的差異,下面主要從車輛、土建兩個方面來進行技術經濟比較(表5)。

表5 不同速度目標值工程技術經濟比較

由于采用 100km/h的速度目標值提高了全線旅行速度,從而減少了車輛的配屬列數,降低了車輛的購置費。

由以上分析可以看出,120km/h方案投資增加過多,且節時效果不明顯;而 100km/h方案,技術成熟,投資節省,節時效果明顯。

綜合以上因素,沈撫線推薦采用 100km/h速度目標值。

8 結語

短距離城際軌道交通工程及城市軌道交通市域線速度目標值的選擇,一方面要結合全線車站分布情況比較采用不同速度目標值的節時效果,另一方面應分析研究不同速度目標值工程實施的可行性及對工程投資影響程度。對于站間距較大,適宜選用 120km/h速度目標值的線路,應重點研究 120km/h車輛的國產化能力,以及信號、屏蔽門等設備系統的方案可行性。合理選擇速度目標值,可以有效縮短乘客出行時間,降低工程投資,從而實現軌道交通高效、合理、科學的建設目標。

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