軌道交通市域快線快慢車運營模式方案研究

黃江陽 李愛東 陳 劍 包樂培

(1.廣州地鐵設計研究院股份有限公司，510010，廣州； 2.中國鐵路設計集團有限公司，300308，天津；3.中國鐵路設計集團有限公司廣東分公司，518052，深圳∥第一作者，工程師)

目前，國內超大城市地鐵建設已基本完成主要城區覆蓋，處于核心區軌道網絡加密和快速聯系城市副中心組團(以下簡稱“組團”)的發展階段。隨著運營距離的增長和旅客通勤需求時間的縮短，新型快速軌道交通形式應運而生。軌道交通市域快線(以下簡稱“市域快線”)作為超大城市內聯系各大組團的快速通道，其線路最高運行速度已不滿足于傳統地鐵的線路最高運行速度(80 km/h)，在建的深圳地鐵14號線已達到120 km/h，市域快線規劃研究方案中其最高運行速度可達160 km/h，快慢車分線運營勢在必行。

本文基于深圳市域快線線路的功能特點及需求，通過對比快慢車組合運營和復線運營兩大快線建設模式的相關特點，研究最佳的快慢車分線運營模式，為深圳市乃至全國城市軌道交通建設提供快線建設借鑒思路。

1 項目概況

深圳市域快線，規劃設計時速為120～160 km/h，沿西南—東北向聯系前海區、南山區、龍華區、龍崗區等組團,其主要功能為快速聯系都市核心區與東部中心，滿足龍崗區與龍華區往南山科技園區與前海區的通勤需求。

線路起自南山前保站，途經前海自貿區、南山高新科技園區、龍華深圳北站商務中心區、龍崗大運片區，終至龍崗坪地站，全長63.8 km，全地下敷設；共設站24座(其中換乘車站18座)，全部為地下車站，最大站間距為6.975 km(白泥坑站至坳背站)，最小站間距為0.825 km(白石龍站至梅龍站)，平均站間距為2.700 km。其中,南山段平均站間距為1.400 km,非南山段平均站間距為3.100 km。龍崗段在科興站東側及新生站東側引出出入線,分別與沙河西停車場和坪地車輛段銜接。深圳市域快線平面圖截圖如圖1所示。

圖1 深圳市域快線平面圖截圖

2 國內外案例介紹

2.1 局部四線模式

局部四線模式屬于快慢線組合運營，意在局部車站設置四線平行敷設，增加越行線。該模式下，慢車可通過站內越行線避讓快車，但受追蹤最小間隔及越行線數量限制，線路系統能力會有一定折減。

該模式在日本筑波線、我國廣州地鐵18號線和22號線上有所應用。以日本筑波線為例，該線路全長約58.3 km，設站20座，平均站間距為3.100 km，車輛最高運行速度為130 km/h。日本筑波線在八潮站和流山蒼鷹之森站設越行線，快車比慢車少停11站，快車全線旅行時間節省12 min，平均越行1站可節省約1 min旅行時間。 日本筑波線局部四線方案配線圖如圖2所示。

圖2 日本筑波線局部四線方案配線圖

2.2 三線運營模式

三線運營模式屬于復線運營模式，意在增設一條線路以滿足快慢車運營調配。第三線又分為雙向運營和單向運營兩種模式。第三線的雙向運行模式是將第三線作為輔助避讓行車線，當快車來臨時，慢車駛入第三線進行避讓，以滿足快慢車同時正常運行的需求。該模式應用于韓國首爾地鐵9號線，該線于2009年開通運營，線路全長31.5 km(一期工程全長27.0 km，二期工程全長 4.5 km)，共設車站30座(一期工程25座，二期工程5座)，其中快車站12座，是韓國第一條提供快車服務的線路，快車僅在主要車站停靠。快車從金浦機場站開行至中央保勛醫院站約需54 min，普速列車則需86 min，乘坐快車可節省32 min，節省時間效果顯著。

第三線單向運行模式是將第三線作為獨立運行線路，快線單線單向運行，主要滿足潮汐客流需求，早高峰由居住區開往工作區，晚高峰再由工作區開往居民區。該模式在美國紐約地鐵7號線(法拉盛站—曼哈頓廣場站)有所應用[1]。快慢線處于同一平面，快車線在中間，兩側為慢車線。由于快車線只有一條，只能開行單向快車。快車站臺在快慢車線路中間，同方向的快慢車換乘時不需要換站臺，快車不停靠的車站不設快車站臺。紐約地鐵第三線模式在客流高峰時期為主客流方向同時提供快慢車服務，由于單方向運營，快車由法拉盛站至曼哈頓中心區僅需38 min。

2.3 四線運營模式

四線運營模式屬于復線運營模式，意在增設兩條線路以實現快慢車獨立運營。該模式在紐約地鐵的絕大多數快慢車運營線路上有所應用。分線運行不會造成運營能力上的損失，快線較慢線而言速度相同，但停靠站較少。慢線站站停，而快線只停靠較大的換乘站，或者采用分段停站方案。以采用該模式的紐約弗拉新線為例，快線及慢線的旅行速度分別為41 km/h、28 km/h，平均站間距分別為2.500 km、0.700 km。其相關數據可為國內新建市域快線提供參考。

3 快慢線規劃設計

3.1 快慢線運營模式

深圳市域快線是龍崗區、龍華區至南山區的直接快速通道，其中非南山區有快線運營的設置條件。列車旅行時間需控制在1 h內，以滿足旅客的通勤需求。通過研究局部四線、單向三線、四線運行3個方案，比選適合本線路的運行模式。

3.1.1 速度目標值

通常來說，列車運行距離至少在加減速度距離合計的2倍以上，列車才能達到最高速度，且勻速行駛狀態；否則，列車性能將得不到發揮，并處于頻繁起停狀態，旅行舒適度將有所降低。因此，實現列車最高速度的站間距宜大于列車加減速度距離合計的2倍以上。

不同速度目標值對應的列車加減速距離及合理站間距如表1所示。由表1可知，速度目標值越大，所需充分發揮列車性能的站間距離也越大。基于深圳市域快線南山區和非南山區的平均站間距，其與速度目標值為120～160 km/h時的數據匹配性較高。

表1 不同速度目標值對應的列車加減速距離及合理站間距

基于站間距,速度目標值采用120 km/h，同時由于南山區科技園處高層建(構)筑物較多，若速度目標值采用160 km/h，必將導致大量建筑拆遷，工程可實施性較差。因此在滿足旅客需求的前提下，降低最高速度來換取線路平面曲線半徑取值的靈活性，故本研究選取速度目標值為120 km/h的方案。

3.1.2 線路系統能力

基于速度目標值為120 km/h的方案，針對不同快慢線運營模式進行線路系統能力的測算。在不影響快車運行的情況下，根據線路條件和列車停站時間等因素[2-3]，設計快慢車開行對數，通過快慢車旅行時間、發車間隔、運能儲備等指標分析線路系統能力。列車旅行時間是線路運營的重要參數，直觀地反映出全線列車的運行時間。發車間隔是指列車運行時間間隔，可通過高峰小時開行對數獲得。運能儲備為高峰小時輸送旅客客流與高峰小時旅客出行需求之間的關系，可直觀地反映線路系統能力。

不同快慢線運營模式下的線路系統能力如表2所示。由表2可知：當采用局部四線運營模式時，受快慢車車速差的影響，高峰小時僅能開行24對/h，快車發車間隔為15.6 min，運能儲備僅為0.3%，應對客流風險性較差，且隨著快車開行對數的增加，線路系統能力會進一步折減；當采用三線運營模式或四線運營模式時，快慢線分線運行，互相不受影響，能夠保證客流運輸需求，且快慢車開行比例更高。因此建議選用三線運營模式或四線運營模式。

表2 不同快慢線運營模式下的線路系統能力

3.2 線站位方案

線路由南山中心區經龍華深圳北站交通樞紐，終至龍崗大運片區和坪地片區，線路周邊條件復雜。龍華區和龍崗區地處城市外環，新舊區域建設差別較大，老區城中村房屋密集、道路較窄，新區建設較好、道路較寬。南山區高樓林立、建筑規整，但其他軌道線路交錯縱橫，對于線路敷設通道有嚴格限制。

基于該線路周邊環境特點，線站位方案需遵循以下原則[4-6]：

1) 快慢線站點應根據客流覆蓋需要設置，盡量將快線停車站設置在換乘樞紐和早晚高峰客流量較大區域，慢線站間距宜控制在1.500 km，快線站間距宜控制在3.000 km。

2) 線路盡量選擇城市主干道敷設，在快線不停靠站點區間，線路可繞避居民區，以減少不必要的拆遷和噪聲影響。

3) 對于線路與其他軌道交通線路的相交點，應盡量將快慢線設于同一平面通道，避免占用兩層通道而浪費地下通道空間。

4) 線路應根據城市道路現狀和規劃要求，采用大半徑曲線以保持線路平順，避免采用小半徑曲線而限制全線最高速度取值。

采用四線運營模式，在線路與其他軌道交通立交段快慢線無法處于同一平面，需占用二層地下通道。三線運營模式在線站位敷設方案上較為節省地下空間。局部四線方案車站需增設2條越行線，車站寬度較大，較三線和四線運營的車站規模大，對于車站周邊地下空間要求較高，局部地段存在大量拆遷影響。

3.3 車站布設形式

局部四線方案意在通過增設越行線[7]來滿足快車過站而不影響慢車停靠的需求，越行線在外側，停車線在內側。四線運營方案地下站的常用形式為雙島四線，列車同向同站臺停靠，內側為快線，外側為慢線。三線運營方案地下站的常用形式為兩島三線，快線設中間，兩側為慢線。

不同快慢車運營模式下的車站常用布置圖如圖3所示。局部四線方案增設兩條快車越行線，車站規模較大。但三線運營模式和四線運營模式的快車停靠車站在局部空間受限地段可采用疊線布設，有效避免了地面建(構)筑物的拆遷。對于道路寬度不富裕的地段，三線運營模式和四線運營模式優勢較為明顯。

圖3 不同快慢車運營模式下的車站常用布置圖

3.4 工程投資

3個快慢車運營模式中，局部四線模式雖造價較小，但無法滿足旅客通勤時間要求；四線運營模式功能齊全、體量較大、造價高昂(較三線運營模式多15.34%)。根據客流測算，該線的遠期高峰小時客流量為51 100人，而四線運營模式可以提供128 160人/h的輸送能力，大大超過客流需求，會造成一定的資源浪費。單向三線可提供64 080人/h的輸送能力，較滿足客流需求。不同快慢車運營模式下的工程投資如表3所示。

表3 不同快慢車運營模式下的工程投資

3.5 3種運營模式分析

3種快慢車運營模式的差異較為明顯，線路系統能力隨著工程投資的增長而顯著增長。局部四線方案較為經濟，能夠滿足一定的快車通行需求，但無法滿足長大距離的快速通勤需求。三線運營模式可滿足單向通勤需求，是解決潮汐客流的最優解，但車站三線并行敷設，占地較多，工程投資較局部四線方案多。四線運營模式可滿足超大城市內各大組團間的快速聯絡，不僅能滿足一個中心區的通勤需求，還可滿足沿線各大中心就業區的通勤需求，但其占地規模較大，工程投資也最多，選擇此方案時應詳細研究及預測遠期客流形態與需求。

針對不同組團間的客流需求和客流特征形態，選出最適宜的快慢車運營模式來解決城市內旅客快速通行的需求。不同快慢車運營模式方案比較如表4所示。

表4 不同快慢車運營模式方案比較

4 結語

本文基于深圳市域快線，研究了3種市域快線快慢車運營模式設置，獲得以下幾點結論：

1) 隨著城市的擴張，新區不斷建設，線路長度隨之有所增長，對于旅行速度的要求也越來越高。獨立運行的快線勢在必行，復線運行模式是未來的發展趨勢。

2) 快慢車運營模式需要根據線路特點和旅客需求進行選擇，綜合比選得出結論，避免功能過剩而造成資源浪費。

3) 工程應根據線路條件和線路周邊控制點情況，分段選擇適宜的線路要素設置，而不是一味要求全線統一高速運行。

4) 三線運行模式作為快慢車運營模式設置的一個重要方式，在周邊建設條件和工程投資有所限制的情況下，是值得采用的、能滿足基本通勤需求的有力保障模式。