蘭州市軌道交通4號線速度目標值研究

安　軻

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司　西安　710043)

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蘭州市軌道交通4號線速度目標值研究

安軻

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司西安710043)

速度目標值是市域快線的重要技術指標,它直接影響土建工程規模及設備系統的選擇。以蘭州軌道交通4號線為例研究分析如何選擇速度目標值，根據現狀公路旅行時間以及軌道交通線網對該線功能定位的要求，提出該線的時間目標值。對100、120、140 km/h 3種速度目標值方案從運行時間、站間距離、旅行速度、運行能耗、系統設備、環境影響和工程投資等方面進行綜合分析，最終推薦運營費用和投資較節省的100 km/h速度目標值方案。

軌道交通；市域快線；時間目標值；速度目標值；方案；蘭州

速度目標值是市域快線的重要技術指標,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、客流特點、站間距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。過低的速度目標值不利于吸引客流,同時會造成運用車數量及車輛基地規模的增加；而過高的速度目標值,會造成工程投資的增加,對于站間距并不大的線路,縮短運行時間的效果并不明顯，同時還將對環境造成影響。因此合理確定各線路的速度目標值,對運營組織意義重大。筆者結合蘭州軌道交通4號線分析市域快線速度目標值的選擇方法。

1　蘭州軌道交通4號線概況

1.1線路走向

蘭州軌道交通4號線起于天水路與規劃T603路交叉口，沿雁灘路向東，至雁東街路口南轉后，再下穿南河道，斜穿飛天家園所在地塊，而后下穿魚兒溝并斜穿范家灣村改造工程二期地塊，之后進入東崗東路，引入1號線東崗站換乘節點；換乘后線路下穿東崗立交，沿東金公路向東，至閻王溝由地下轉為地面線，之后穿越大青山，至柳溝河溝口南轉，以高架或地面線沿溝西側臺地梁峁地形邊緣向南，穿越方家泉村，下穿連霍高速，之后上跨柳溝河，進入和平大道，以隧道形式沿和平大道向南敷設。出和平大道后，線路沿312國道繼續向南，在路側由地下線轉為高架線，在定遠組團大名城范圍分別沿規劃經十五路和規劃經十二路敷設；出定遠后，線路下鉆寶蘭客專向南設連搭站后折向東在312國道東側設連搭東站，之后線路沿寶蘭客專一路向南，在規劃盆地大道路口西側設榆中站，后沿規劃經十六路敷設，至榆中高鐵站前設置全線終點，線路走向如圖1所示。

圖1　蘭州軌道交通4號線線路走向示意

1.2功能定位

4號線在城區內貫穿雁灘組團東西向的中軸線，與1、2、5號線換乘，是典型的城區線路；而在和平、定連組團的作用介于城區線與市域線之間，所銜接的榆中組團是具有相對獨立功能的市域城鎮。因此4號線是一條兼顧城區功能的市域快線。

1.3客流特點

4號線沿線組團數量較多，組團之間由于地形的限制聯系不便，因此主要功能是加強外圍組團與黃河谷地的聯系，將外圍組團客流匯聚在主軸上。客流潮汐特點明顯，早高峰主要是由東向西的進城客流，晚高峰主要是由西向東的出城客流，高峰斷面均分布在東崗至和平區段。高峰時段，和平組團、定連組團、榆中組團內部以及幾個組團之間的跨組團客流較小，主要客流為東部組團與黃河谷地的跨區域客流。

2　時間目標值的確定

2.1現狀公路旅行時間

目前，東崗至和平、定遠、連搭及榆中各組團之間的交通聯系主要為公交車(包括城市公交、單位通勤車輛、出租車等)和私家車。由于私家車出行具有一定的不確定性，因此本次研究以公路交通時間，特別是公交車的旅行時間為參照確定合理的軌道交通時間目標值。雁灘路至東崗長約7 km，均為城市道路，公共交通的走行時間約為15 min。東崗至沿線各組團之間的現狀公路通道有2條：312國道和連霍高速公路。312國道自東崗始，依次將和平、定遠、連搭、榆中串聯起來。連霍高速自東崗始，向三角城方向延伸，通過設置高速公路路口，將沿線和平、定遠、榆中納入。

通過調研發現，目前東崗至沿線各組團的公交車站點主要沿312國道設置，將各組團依次串聯。另外，部分通勤車輛通過連霍高速直接抵達三角城，再通過101省道至榆中片區。根據公路交通的一般旅行規律，312國道平均速度按35 km/h、連霍高速按60 km/h計算，得出公交旅行時間如表1所示。

表1　沿線各組團至東崗公交旅行時間

通過對上述公路交通的分析可知，最東端的榆中片區，采用最便捷的公路交通方式，東崗至榆中的公路交通旅行時間最短為40 min。

結合4號線線路長度,考慮與公路的競爭優勢,4號線全線合理的時間目標值應不大于55 min。

2.2城市軌道交通網絡對時間目標值的要求

根據蘭州軌道交通線網規劃中各功能組團以及城鎮節點間的旅行時間要求，并結合軌道交通技術的合理性進行分析，線網范圍內軌道交通劃分為市區軌道交通、市域快速軌道交通兩個層次，如圖2所示。

圖2　蘭州軌道交通線網層次

由圖2可見，蘭州市城市軌道交通線網對該線的定位為市域快線，應保證在1 h內到達中心城區。該線至城市中心區域的軌道交通換乘與旅行時間合計為15 min，因此該線的旅行時間應不大于45 min。

綜合公路交通旅行時間與軌道交通線網對本線的時間要求，全線的時間目標值應不大于45 min。

3　速度目標值的選取

3.1旅行時間分析

市域快線目前主要的速度目標值有100、120、140 km/h 3種，以不同時速的A型車為例，不同速度目標值方案的旅行時間、旅行速度如表2所示。

由表2可見，采用100、120、140 km/h的速度目標值方案均能較好地適應本線的時間目標值要求。根據蘭州市城市總體規劃，和平、定遠組團為主城區，且與中心城區距離近，出行客流以通勤客流為主，對速度目標值的要求較高。但由于距離較短，較高的速度目標值節時效果并不明顯，東崗至科技新城間100 km/h與120、140 km/h方案的旅行時間僅相差2.0～2.6 min。榆中組團離城區較遠，與主城區的交流大部分為休閑、商務客流，對速度目標值的要求相對較低，各方案旅行時間最高相差也僅為5.6 min。

3.2站間距分析

平均站間距與線路運營速度具有一定的關聯性。運營速度與平均站間距的推薦匹配關系如表3所示。

表2　不同速度目標值下的旅行時間及時間差

表3　運營速度與平均站間距的推薦匹配關系

4號線全線平均站間距為2.8 km，但雁灘路至東崗與東崗至榆中高鐵站功能定位不同，應分別進行研究。雁灘路至東崗平均站間距為1.1 km，站間距較小，且受到地形限制，最小曲線半徑僅為400 m，因此建議城區段采用80 km/h的速度目標值。

東崗至榆中高鐵站平均站間距為4.0 km，120 km/h的速度目標值較為適宜，但本線組團內部平均站間距僅為2～3 km，東崗至榆中高鐵站線路長度也僅為35.8 km，較高的速度目標值不能充分發揮其節時的優勢。受到地形限制，局部地段曲線半徑為760 m，比較適宜100 km/h的速度目標值。

3.3運營技術指標分析

速度目標值越高，旅行速度越高，列車牽引能耗就越大。以不同時速的A型車為例，經列車牽引模擬計算，不同速度目標值方案的各項運營技術指標見表4。

由表4可見，120 km/h比100 km/h方案的旅行速度提高9.6%，能耗增加13.9%；而140km/h比120 km/h方案提速4.0%，能耗增加6.3%。從能耗比角度分析，采用100 km/h方案較為經濟合理。

表4　不同速度目標值下的技術指標

3.4系統設備影響分析

3.4.1對牽引變電所的影響

軌道交通列車速度目標值的選取和牽引耗電量關系密切，速度越高，耗電量越大，牽引電流也隨之增大。由于牽引網電壓和鋼軌電位的限制，適應100 km/h、120 km/h、140 km/h 3種速度目標值的牽引供電系統規模有所不同。對應100 km/h速度目標值，全線正線需要設置20座牽引變電所；對應120 km/h、140 km/h速度目標值，全線則需要設置22座牽引變電所。

3.4.2對車輛段及綜合維修基地的影響

列車速度目標值決定運用車的數量，同時也影響到整條線的建設標準，從而影響車輛基地的標準、規模和投資。不同的速度目標值方案對應的配屬車也不同，速度目標值越大配屬車越少，在線路相同的條件下，100 km/h方案配屬車數為70列，120 km/h與140 km/h方案的配屬車分別比100 km/h方案的配屬車少6列、8列。各方案檢修規模相同，定檢列位均為3列位，周月檢均為5列位。

由于配屬車數的不同，速度越高，車輛基地占地越小。在線路相同的條件下，100 km/h方案的車輛基地占地為63.0 hm2，120 km/h與140 km/h方案的車輛基地占地比100 km/h方案的要少5.4 hm2、7.2 hm2。

3.5環境影響分析

線路運營期對沿線各敏感點的環境影響主要體現在噪聲上。通過對速度目標值分別為100、120和140 km/h條件下，不同的工程段在30、60、90、120 m處無遮擋噪聲等效聲級的預測分析可知，不同的速度目標值對沿線各敏感點的聲環境影響程度不同。沿線無遮擋噪聲等效聲級預測如表5所示。

由表5可知，隨著鐵路速度目標值的提高，線路兩側聲環境影響也會逐漸加大。采用100 km/h方案時對線路兩側聲環境影響最小，而140 km/h方案對環境的影響最大。可通過采取聲屏障、隔聲窗等降噪措施，緩解鐵路噪聲對沿線聲環境的影響。

表5　沿線無遮擋噪聲等效聲級預測　dB(A)

3.6工程投資分析

不同速度目標值方案的工程投資差主要體現在因地下區間的限界擴大產生的工程費用。以A型車為例，不同速度目標值限界指標如表6所示。

表6　不同速度目標值下的限界指標

該線東崗以東地下區間長度約12.7 km，120 km/h方案較100 km/h方案投資增加約10.54億元，140 km/h方案較100 km/h方案投資增加約18.58億元。

4　結論

采用100、120、140 km/h速度目標值方案的全線旅行時間相差不大。120 km/h較100 km/h速度方案

旅行速度提高9.6%，能耗增加13.9%；而140 km/h較120 km/h速度方案提速4.0%，能耗增加6.3%。同時，120 km/h方案較100 km/h方案投資增加約10.54億元，140 km/h方案較100 km/h方案投資增加約18.58億元。綜合分析，推薦采用100 km/h速度目標值方案，不僅滿足該線時間目標值要求，而且與該線功能定位吻合，投資較低，后期運營維護費用小。

[1] 地鐵設計規范：GB 50157—2013[S].北京:中國建筑工業出版社, 2013.

[2] 城市軌道交通技術規范：GB 50490—2009[S].北京:中國計劃出版社, 2009.

[3] 城市軌道交通工程項目建設標準：建標104—2008[S].北京:中國計劃出版社, 2008.

[4] 中鐵第一勘察設計院集團有限公司.蘭州軌道交通4號線工程可行性研究報告[R].西安,2014.

[5] 中鐵第一勘察設計院集團有限公司.蘭州軌道交通4號線速度目標值專題研究報告[R].西安,2014.

[6] 馬晉.短距離城際軌道交通工程速度目標值的選擇[J].鐵道標準設計,2010(10)：22-24.

(編輯：王艷菊)

Research on the Target Speed of Lanzhou Rail Transit Line 4

An Ke

(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd., Xi’an 710043)

The target speed is an important technical index of the urban express railway, and it has a direct effect on the scale of civil engineering and equipment system. Lanzhou rail transit line 4 is selected as an example to analyze the speed target. According to the travel time by the existing roads and the function orientation requirements of line 4 from Lanzhou rail transit network, the author puts forward the time target of Lanzhou rail transit line 4. For the speeds of three target schemes including 100, 120, 140km/h, a comprehensive analysis is made considering the operation time, the distance between adjacent stations, operation speed, energy consumption, equipment operation, environmental impact, engineering investment and so on. It is recommended that the speed target of 100km/h be the best way to save the operation expenses and investment.

rail transit; urban express railway; time target; speed target; scheme; Lanzhou

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.01.005

2015-02-16

2015-05-29

安軻，男，工程師，從事城市軌道交通規劃與設計工作，52573538@qq.com

U231

A

1672-6073(2016)01-0018-04