山地旅游景區齒軌鐵路總體設計研究

黃志相 余浩偉 李 濤

(中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031)

1 概述

齒軌鐵路是在普通輪軌鐵路系統基礎上引入一種登山鐵路的助力機構，即在常規鐵路軌道中間平行增設一條齒條，并在齒軌車輛的轉向架上裝備齒輪裝置，依靠齒輪齒軌嚙合力代替常規黏著力，為車輛提供強大前進動力。

齒軌鐵路是一種“小而美”的新型旅游軌道交通方式，具有爬坡能力強、占地小、綠色環保、投資省、自成系統、獨立運營、低運量等特點，能夠適應超大坡度的登山需要，在山地景區內部具有十分獨特的作用。若應用得當，齒軌鐵路將成為游客欣賞景區的最佳方式，如攀上“歐洲之巔”的瑞士阿爾卑斯山少女峰齒軌鐵路，已成為游客雪山之旅的一道風景。齒軌鐵路在國外應用相對較多，第一條齒軌鐵路已經安全運營150余年，世界上已建成的齒軌鐵路有180多條，總里程超過3 000 km[1]。

國內齒軌鐵路多應用于煤礦運輸，較少應用于景區旅游軌道交通，且缺乏國家及行業層面的齒軌鐵路規范和標準。目前，國內已經有多個省開展了齒軌鐵路規劃建設、技術攻關和應用。

已有部分學者對齒軌鐵路設計進行探索：喜來介紹歐洲少女峰齒軌鐵路應用特點[1]；馮帥研究國外齒軌鐵路應用情況及齒軌鐵路制式特點，并分析齒軌鐵路爬坡能力、運輸能力、建設成本、運行速度等指標[2]；尚勤等梳理了國外齒軌鐵路及車輛特點、發展歷史、應用等現狀，并對齒軌車輛的技術發展趨勢進行預測[3-4]；李三兵對長白山旅游軌道交通示范線方案進行論證和比選[5]。在前人研究的基礎上，結合齒軌鐵路設計工作實踐，對景區齒軌旅游線路總體設計進行了疏理和總結，旨在為景區齒軌鐵路總體設計提供參考和借鑒。

2 總體設計

景區齒軌鐵路通常服務于景區內部或景區之間，屬于旅游專線性質。齒軌鐵路一般在景區內部自成體系，獨立運營。這一特點決定景區齒軌鐵路總體設計不同與常規鐵路，齒軌鐵路更注重系統設計、逐步深化的原則，結合景區總體規劃、景區交通規劃和景點分布特征，圍繞如何提高乘客旅游觀光體驗，以總體設計統籌各專業設計，最終實現建設意圖[6-8]。以下結合某景區內齒軌旅游鐵路項目進行分析和總結，其主要技術標準見表1。

表1 主要技術標準

2.1 齒軌鐵路上位規劃

齒軌鐵路通常服務于旅游景區內部或景區之間，為符合國家相關法律法規，宜將齒軌鐵路納入景區相關規劃或交通規劃。旅游規劃通常包括區域旅游規劃、城市旅游規劃、景區景點規劃等，在上位規劃編制前，應將齒軌鐵路納入(尤其是納入景區規劃)，以提供建設依據[9-12]。如四川省于2019年5月發布《四川山地軌道交通規劃》，規劃了23條山地軌道交通線路，其中涵蓋了多條齒軌鐵路，為后期建設實施提供依據。同時，四川省發布DB51/T 2542—2018《山地(齒軌)軌道交通技術規范》，為設計提供依據和標準。有了以上基礎，后期建設就可以做到有的放矢。

四川某旅游景區齒軌鐵路，項目研究前期已納入《四川山地軌道交通規劃》，并且作為景區整體方案設計子項目，除齒軌鐵路外，景區整體設計方案中還有游客服務區及配套附屬設施、自駕車營地服務及配套設施、沿湖棧道及景觀、登山游步道和觀景平臺等。齒軌鐵路作為景區整體方案設計的子項目，在項目對環境影響和財務收益方面，有利于支撐齒軌鐵路的建設必要性、可行性和經濟性等，同時避免景區內各建設項目相互沖突或重復消耗資源。

2.2 設計速度選取關鍵在“慢游”

設計速度是常規鐵路極其重要的技術標準，速度目標值一旦選定，則決定了線路平、縱斷面的主要技術指標及機車車輛選擇。速度目標值一般應根據運輸需求、工程條件等因素經技術經濟比較后確定[13-16]。但對于景區齒軌旅游線路，設計速度卻顯得“沒有那么重要”，一是齒軌設計速度本身不高，最高速度一般不超過40 km/h，其最小平曲線半徑可低至200 m;二是因為景區內部旅游線路重點不在“快旅”，更注重“慢游”，且景區線路長度大多數不超過10 km，故景區齒軌線路對高速度的需求不大。從另一方面看，齒軌鐵路是以“大坡度”犧牲了“高速度”，故最重要的技術標準主要在于線路最大縱坡區段，而非高速度區段。

2.3 根據景區地形特點和登山需要，合理選取線路最大縱坡

最大坡度是齒軌鐵路最重要的技術標準之一，它不但直接決定齒軌鐵路的工程數量和投資，還影響齒軌系統的選擇。齒軌系統最大縱坡范圍較大，涵蓋了0～480‰縱坡范圍(見表2)。

表2 主要齒軌系統與最大縱坡

線路最大縱坡選擇需綜合考慮景區地形特點、景區登山需要、齒軌系統類型、齒軌車輛類型及工程投資等因素。縱坡選擇過小，會造成線路展線過多，足坡率高，線路長，投資高；縱坡選擇過大，會造成線路足坡率低，縱坡能力虛糜，齒軌車輛動力浪費，車輛及齒軌系統投資高。因此，線路最大縱坡應結合景區登山需要，因地制宜合理選擇。

以四川甘孜某景區齒軌旅游線路為例，根據景區地形特點，選取方案1(線路最大縱坡250‰)和方案2(線路最大縱坡350‰)進行分析比較，線路分別長2.2 km和2.1 km，方案1中有2座橋梁(355延米)，方案2全為路基無橋梁，工程投資分別為27 440萬元和19 860萬元。由于線路縱坡較大，兩方案線路長度相差不大，但由于齒軌配套系統及齒軌橋梁費用差異，方案1(線路最大縱坡250‰)較方案2(線路最大縱坡350‰)增加工程投資7 580萬元，增幅高達38%。故線路最大縱坡不同帶來的投資差異，在整個項目的財務內部收益率方面有可能起決定性作用。

2.4 根據景區景點分布敷設線站位

游客來到景區目的，一是景點的觀感體驗；二是齒軌列車大坡度爬升的特色交通體驗。考慮到不同景區的線形特征不同，齒軌交通線站位方案應在景區規劃的指引下因地制宜布設。若景區景點分布呈環形，為避免游客走回頭路，齒軌線路也應按環形線路設計，并在集中片區景點和方便拍攝的地點設置站點，方便乘客集散并近距離游覽；如景區景點呈長條形，齒軌線路應在減災選線[9]和地質選線基礎上順應地形，串聯各景點，并在合適位置設游客集散點。通過齒軌線路的引導，可規范化地組織游客進行生態旅游活動。同時，線站位方案應避開風景名勝區的核心區和緩沖區，使得景區生態環境得到有效保護，并促進旅游資源長效利用和可持續發展。

以四川某齒軌線路為例，以游客觀光車到達末端為齒軌線路起點，中間以串聯湖邊各景點為原則敷設線路，終點設于湖景末端，為提高觀賞性和發揮齒軌大坡度優勢，全線均以路基形式敷設，見圖1。

圖1 線站位示意

2.5 減少道岔，設置環形線路

道岔通常是線路的薄弱環節，齒軌道岔又屬非標產品，造價和維護費用均較高，每組齒軌道岔出廠價從150萬元至數百萬元不等，實現量產后其價格有望下降。為降低項目投資和運營維護成本，一般宜少設或不設齒軌道岔。景區通常位于氣候環境惡劣或海拔較高的地方，道岔養護維修困難，道岔故障率較高，一旦出現故障停運，將對景區將造成惡劣影響，從而造成不可估量的損失。列車通過道岔地段，一般需限速，會降低列車通行效率，當列車突然降速時，也會對游客心理造成急躁情緒，不利于游客體驗。為減少道岔，景區內部雙線鐵路可在線路起始和終端設置成環形線路，類似燈泡形狀；單線鐵路則設置成大環形，并在景區內部成圈運營。環形線路可減少至少4組齒軌道岔。

2.6 減小工程建設影響，整體打造綠色旅游通道

作為旅游景區鐵路，應為景區游客提供便捷、方便舒適的交通體驗，提高旅游觀光功能，對全線路基、橋梁、隧道洞口及相關附屬工程進行整體打造，形成與旅游規劃發展目標相匹配的景觀形態，打造綠色旅游通道，形成“車在路上走，人在畫中游”的效果。

在齒軌鐵路規劃設計、施工建設、運營中，應遵循綠色環保、系統優化的綠色發展理念，在鐵路全壽命周期內融入自然景觀，緩解、降低齒軌鐵路對自然環境負面影響的措施，強調項目與周邊地域景觀環境的協調融合，促進人與自然、動植物的和諧相處。

2.7 靈活開行齒軌旅游列車

旅游景區齒軌鐵路多為小運量，為節省景區運輸成本，提高經濟效益，可根據淡旺季運營特點和實際游客排隊人數，靈活調度列車，縮短游客候車時間。在國家法定節假日，游客呈現高度集中的時間段，應按旺季最高峰安排齒軌列車上線運營。針對突發超大客流，在保障列車安全距離的情況下，可盡量縮短發車間隔，采用“人坐滿、即發車”的運輸方式，提高鐵路行車密度；在淡季游客相對較少的時間段，只安排少量列車上線運營，其余列車則留在維修間備用。同時，適當安排部分票價高的豪華車次或席位，滿足部分高端游客乘坐需求，并提高運輸收入。另外，可以根據游客實際到達和離開景區的時間，合理制定列車開行時刻表并動態調整。

2.8 建立系統完備的故障救援體系

齒軌列車一旦發生故障，列車將無法正常運營，不僅給游客留下不好的旅游體驗，還將影響景區的經濟收入，故齒軌鐵路安全運營及快速救援能力十分重要。

景區齒軌鐵路一般具有“一線一基地”、線路里程短、站間距小、車輛基地“精致小巧”、線路坡度大等技術特點，為保證安全運營和故障救援的需要，根據可能突發事件，應事先分類制定各種應急預案。景區齒軌鐵路一般采用乘客就地快速疏散方式，乘客可就地待援或沿路基面平臺步行至附近站點，故障列車則利用自身動力或由其他列車牽引至鄰近車站。

3 結語

根據齒軌鐵路技術特點，結合實際工程案例，總結景區齒軌旅游鐵路的總體設計原則和主要內容，對國內開展齒軌鐵路設計具有較強現實意義和參考價值。

景區齒軌旅游鐵路的總體設計應首要做好齒軌鐵路上位規劃；設計速度選取關鍵在“慢游”，而非“快旅”；根據景區地形特點和登山需要，合理選取線路最大縱坡；根據景區景點分布特征和景點路線走廊，敷設線站位方案；減少道岔設置，齒軌線路設置成環形；減小工程建設影響，整體打造綠色旅游通道；根據景區游客乘坐規律，靈活開行齒軌列車；建立系統完備的故障救援體系。