市域（郊）鐵路交通制式選擇研究

摘要：市域（郊）鐵路是連接城市中心城區(qū)和周邊城鎮(zhèn)組團(tuán)，為通勤客流提供快速、大運(yùn)量、公交化運(yùn)輸服務(wù)的軌道交通系統(tǒng)，它在推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，是未來較長時間內(nèi)城市軌道交通的主要發(fā)展方向。交通制式選擇是市域（郊）鐵路規(guī)劃設(shè)計面臨的首要問題。本文以長沙市市域鐵路為例，以各種交通制式特點和發(fā)展現(xiàn)狀為出發(fā)點，圍繞技術(shù)經(jīng)濟(jì)、乘坐舒適性、后期運(yùn)營成本、資源共享和互聯(lián)互通等方面，對市域（郊）鐵路交通制式選擇進(jìn)行研究，可為同類型市域鐵路制式選擇做參考，提供重要借鑒。

關(guān)鍵詞：鐵路；交通制式；輪軌；中低速磁浮

目前，城市軌道交通主要包括：地鐵、輕軌、單軌、有軌電車、市域快速軌道、中低速磁浮、自動導(dǎo)向軌道系統(tǒng)七種制式。如何選擇科學(xué)、合理的交通制式是市域（郊）鐵路前期規(guī)劃和設(shè)計階段面臨的重要問題。本文以長沙市市域鐵路項目為例，對市域（郊）鐵路交通制式選擇的技術(shù)路線和方法進(jìn)行研究。

一、項目背景

2022年2月24日，國家發(fā)展改革委發(fā)布《國家發(fā)展改革委關(guān)于同意長株潭都市圈發(fā)展規(guī)劃的復(fù)函》，正式批復(fù)《長株潭都市圈發(fā)展規(guī)劃》。湖南省發(fā)展改革委于2021年啟動編制《長株潭都市圈多層次軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃》，規(guī)劃在長沙市都市區(qū)形成南翼串聯(lián)、一橫兩縱快線網(wǎng)，其中“一橫”是指寧鄉(xiāng)—長沙—瀏陽東西向快速市域鐵路。本項目是“一橫”中的西段線路，連接長沙市與寧鄉(xiāng)市組團(tuán)式發(fā)展，屬于典型的市域鐵路。

二、客流指標(biāo)及時間目標(biāo)

隨著長株潭都市圈一體化進(jìn)程的推進(jìn)，鐵路客運(yùn)量逐年增加，預(yù)計2028年全日客運(yùn)量達(dá)到9.6萬人次，高峰小時最大斷面客流量達(dá)到0.45萬人次/小時；2035年，全日客運(yùn)量增長至20.6萬人次，平均增長率為11.6%，高峰小時最大斷面客流量為0.95萬人次/小時；2050年，隨著沿線用地的開發(fā)成熟，人口崗位聚集放緩，客流增長速率放緩，遠(yuǎn)期全日客運(yùn)量為27.9萬人次/日，平均增長率2.03%，高峰小時最大斷面客流量為1.28萬人次/小時。

根據(jù)對既有公路、地鐵、鐵路旅行時間的研究分析，確定寧鄉(xiāng)市中心—線路終點（長沙端）的時間目標(biāo)為30min。

三、速度目標(biāo)值

根據(jù)項目功能定位及時間目標(biāo)值要求，結(jié)合項目線路條件，重點對120km/h、140km/h、160km/h三個速度目標(biāo)值方案進(jìn)行研究、比選。

（一）時間目標(biāo)適應(yīng)性

通過牽引計算仿真模擬，不同速度目標(biāo)值列車牽引計算結(jié)果見表1。

由表1可知，120km/h及以上速度目標(biāo)值可以滿足本線時間目標(biāo)要求，且較高的速度方案節(jié)約時間效果不明顯。

（二）站間距適應(yīng)性

站間距是列車運(yùn)行速度目標(biāo)值選擇的重要因素。站間距與速度目標(biāo)值相匹配，可以提高列車旅行速度，提高車輛的使用效率，滿足列車經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需求。本線平均站間距為3.0km，不同速度目標(biāo)值在該站間距下列車運(yùn)行性能比較如圖1所示。

由圖1可知，120km/h、140km/h、160km/h三種不同速度列車以目標(biāo)速度運(yùn)行的距離分別占區(qū)間總長的46%、26%、0%。就效率而言，120km/h速度目標(biāo)值運(yùn)行效率最高，其次為140km/h方案，而160km/h

方案較低。

根據(jù)車輛加減速性能模擬計算，能充分發(fā)揮120km/h、140km/h、160km/h速度等級列車的站間距應(yīng)在2.5～3.3km、4.0～5.5km、6.0～.8km。本線平均站間距為3.0km，最小站間距為1.4km，最大站間距為6.1km。全線區(qū)間長度統(tǒng)計見表2。

由表2可知，大于6.0km的區(qū)間有1個，累計長度占線路總長度16.5%；站間距大于4km的區(qū)間有4個，區(qū)間累計長度占線路總長度的53.0%；站間距大于2.5km的區(qū)間有7個，區(qū)間累計長度占線路總長度的75.3%。由此可見，本線站間距可適應(yīng)120～140km/h速度目標(biāo)值。

（三）運(yùn)行效率分析

根據(jù)120km/h、140km/h、160km/h三種速度目標(biāo)值的模擬牽引計算結(jié)果，分別對達(dá)到最高速度并保持恒速運(yùn)行的區(qū)間總長進(jìn)行統(tǒng)計：從全線達(dá)速情況看，全線范圍內(nèi)120km/h方案以目標(biāo)速度運(yùn)行的距離最長，占運(yùn)營總長度的36.5%，運(yùn)行效率最高，其次為140km/h方案， 而160km/h方案占比較低。

（四）推薦速度目標(biāo)值

通過分析，140km/h速度目標(biāo)值方案能夠滿足本線時間目標(biāo)值要求，符合本線功能定位要求，基本適應(yīng)性本線站間距，發(fā)揮車輛的高速性能，本次研究暫時推薦采用140km/h速度目標(biāo)值。

四、交通制式比選

本線推薦速度目標(biāo)值為140km/h，可以選擇市域快速軌道（輪軌）和中低速磁浮兩種制式。針對這兩種制式，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)、乘坐舒適性、運(yùn)營維護(hù)成本、對環(huán)境的影響、資源共享和互聯(lián)互通五個方面進(jìn)行分析比選。

（一）技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

1.線站位方案

由于本線平面條件較好，磁浮制式和輪軌制式平面基本一致，線路全長約38.2km，設(shè)站13座。縱斷面方面：磁浮制式采用6座地下站、7座高架站敷設(shè)方案，地下線占比34.7%。輪軌制式受爬坡能力限制，線路自東向西出長沙市區(qū)后，無法快速由地下站過渡到地面站，地下線長度較磁浮制式增加1.2km，地下站增加1座。

2.隧道斷面

磁浮制式隧道斷面參照正在建設(shè)長沙磁浮東延（100km/h時速）斷面。在不同的行車速度下確定隧道斷面規(guī)格見表3。

3.橋梁斷面

磁浮制式：國內(nèi)外已建或在建的中低速磁浮項目主要有并置單線箱梁、“梁上梁”雙線箱梁、并置單線U梁三種梁型方案。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保、施工便捷性、養(yǎng)護(hù)維護(hù)及景觀效果等，本線高架區(qū)間軌道梁采用并置單線U梁方案。

輪軌制式：采用雙線單箱單室箱梁，梁寬11m，單價7500萬元/千米。

4.軌道

磁浮軌道主要以中低速磁浮軌排（包括感應(yīng)板、

F型鋼、H型鋼軌枕及相應(yīng)連接件和緊固件）為單元整體鋪裝而成；磁浮系統(tǒng)正線軌道單價2200萬元/雙線千米，較輪軌系統(tǒng)高。

輪軌主要由鋼軌、扣件、長軌枕、道床等部分組成。輪軌系統(tǒng)正線軌道單價為1800萬元/雙線千米。

5.道岔

磁浮采用關(guān)節(jié)型道岔梁，每組單開道岔價格約500萬元/組。輪軌采用鋼軌道岔，城市軌道交通常用道岔價格約45萬元/組。

6.車輛購置費(fèi)

磁浮制式采用5編組，初期配屬車85輛，車輛購置費(fèi)約11.05億元；輪軌制式采用市域B型車、4輛編組，初期配屬車80輛，車輛購置費(fèi)約7.2億元，較磁浮制式節(jié)省約3.85億元。

7.主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對照

經(jīng)匡算，本項目磁浮制式投資總額約為168.88億元，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為4.42億元/正線千米；輪軌制式投資為168.89億元，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為4.42億元/正線千米，磁浮制式投資略小于輪軌制式。

（二）乘坐舒適性

在線路條件、座席數(shù)量及站席定員標(biāo)準(zhǔn)相同的條件下，運(yùn)行時的振動是影響乘坐舒適性的重要因素。

中低速磁浮系統(tǒng)車輛處于懸浮狀態(tài)，與軌道無直接接觸，振動小，乘坐舒適、運(yùn)行平穩(wěn)；輪軌制式車輛與軌道直接接觸，運(yùn)行相對平穩(wěn)，舒適性略低于磁浮制式。

（三）運(yùn)營維護(hù)成本

輪軌制式列車運(yùn)行時，車輛與軌道摩擦產(chǎn)生磨損，維修費(fèi)用較大。

中低速磁浮系統(tǒng)沒有車輪，而是依靠磁力使車體浮起，并由直線電機(jī)驅(qū)動列車行駛，走行裝置與軌道沒有接觸，車輛運(yùn)行阻力小。此外，沒有接觸和磨損部分，因此軌道和車輛的維護(hù)費(fèi)用低。

綜上比較，在運(yùn)營及維護(hù)成本上，中低速磁浮系統(tǒng)最低。

（四）項目對環(huán)境的影響

軌道交通對環(huán)境的負(fù)面影響主要是噪聲和電磁波，影響范圍在沿線一定寬度地帶之內(nèi)。

在噪聲方面，中低速磁浮系統(tǒng)，其車體和軌道不接觸，運(yùn)行噪聲低，距離10m處小于64dB；輪軌系統(tǒng)與軌道接觸摩擦噪聲較大。

根據(jù)已有的試驗數(shù)據(jù)，中低速磁浮列車產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度很低，在兩側(cè)距離10m之外的磁場感應(yīng)強(qiáng)度僅為0.6μT，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

綜上分析，從對環(huán)境的影響方面比較，中低速磁浮交通占優(yōu)。

（五）資源共享和互聯(lián)互通

長沙市軌道交通線網(wǎng)已運(yùn)營和在建線路主要采用輪軌制式。

若采用磁浮制式，本項目與長沙線網(wǎng)其他線路暫無互聯(lián)互通及跨線運(yùn)營的條件，大架修需由車輛廠家承擔(dān)。若采用輪軌制式，遠(yuǎn)期可與地鐵線貫通運(yùn)營至主城區(qū)；配屬車的大架修可通過長沙至湘潭市域鐵路進(jìn)入河西快線黃家塘車輛基地或黃家灣車輛基地，共享架修資源。

綜上分析，雖然磁浮制式在與既有城市軌道交通系統(tǒng)資源共享方面稍差，但磁浮制式工程投資較少、運(yùn)行噪聲和振動較小、對環(huán)境更加友好，乘坐舒適性更優(yōu)，后期運(yùn)營維修成本低，研究推薦采用市域鐵路采用磁浮交通制式。

五、結(jié)語

作為快速聯(lián)絡(luò)城市核心區(qū)與外圍城鎮(zhèn)、組團(tuán)的交通方式，市域鐵路是未來較長時間內(nèi)城市軌道交通的重要發(fā)展方向，而交通制式選擇是市域鐵路前期規(guī)劃研究的重中之重。本文以長沙市市域鐵路制式選擇為例，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)、乘坐舒適性、后期運(yùn)營成本、資源共享和互聯(lián)互通等方面分析比選，推薦采用磁浮交通制式。本文研究的技術(shù)路線和方法可為同類型市域鐵路制式選擇，特別是對輪軌制式和磁浮制式的比選提供重要借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：皮志東（1989），男，河南省南陽市人， 碩士，工程師，研究方向為鐵路站場與樞紐。