安　軻

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司　西安　710043)

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蘭州市軌道交通4號(hào)線速度目標(biāo)值研究

安軻

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司西安710043)

速度目標(biāo)值是市域快線的重要技術(shù)指標(biāo),它直接影響土建工程規(guī)模及設(shè)備系統(tǒng)的選擇。以蘭州軌道交通4號(hào)線為例研究分析如何選擇速度目標(biāo)值，根據(jù)現(xiàn)狀公路旅行時(shí)間以及軌道交通線網(wǎng)對(duì)該線功能定位的要求，提出該線的時(shí)間目標(biāo)值。對(duì)100、120、140 km/h 3種速度目標(biāo)值方案從運(yùn)行時(shí)間、站間距離、旅行速度、運(yùn)行能耗、系統(tǒng)設(shè)備、環(huán)境影響和工程投資等方面進(jìn)行綜合分析，最終推薦運(yùn)營(yíng)費(fèi)用和投資較節(jié)省的100 km/h速度目標(biāo)值方案。

軌道交通；市域快線；時(shí)間目標(biāo)值；速度目標(biāo)值；方案；蘭州

速度目標(biāo)值是市域快線的重要技術(shù)指標(biāo),直接影響土建工程規(guī)模及設(shè)備系統(tǒng)的選擇。它的選擇與線路長(zhǎng)度、客流特點(diǎn)、站間距以及服務(wù)水平密切相關(guān),過(guò)高或過(guò)低的速度目標(biāo)值都會(huì)給運(yùn)營(yíng)帶來(lái)不利的影響。過(guò)低的速度目標(biāo)值不利于吸引客流,同時(shí)會(huì)造成運(yùn)用車數(shù)量及車輛基地規(guī)模的增加；而過(guò)高的速度目標(biāo)值,會(huì)造成工程投資的增加,對(duì)于站間距并不大的線路,縮短運(yùn)行時(shí)間的效果并不明顯，同時(shí)還將對(duì)環(huán)境造成影響。因此合理確定各線路的速度目標(biāo)值,對(duì)運(yùn)營(yíng)組織意義重大。筆者結(jié)合蘭州軌道交通4號(hào)線分析市域快線速度目標(biāo)值的選擇方法。

1　蘭州軌道交通4號(hào)線概況

1.1線路走向

蘭州軌道交通4號(hào)線起于天水路與規(guī)劃T603路交叉口，沿雁灘路向東，至雁東街路口南轉(zhuǎn)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(jìn)入東崗東路，引入1號(hào)線東崗站換乘節(jié)點(diǎn)；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(zhuǎn)為地面線，之后穿越大青山，至柳溝河溝口南轉(zhuǎn)，以高架或地面線沿溝西側(cè)臺(tái)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(jìn)入和平大道，以隧道形式沿和平大道向南敷設(shè)。出和平大道后，線路沿312國(guó)道繼續(xù)向南，在路側(cè)由地下線轉(zhuǎn)為高架線，在定遠(yuǎn)組團(tuán)大名城范圍分別沿規(guī)劃經(jīng)十五路和規(guī)劃經(jīng)十二路敷設(shè)；出定遠(yuǎn)后，線路下鉆寶蘭客專向南設(shè)連搭站后折向東在312國(guó)道東側(cè)設(shè)連搭東站，之后線路沿寶蘭客專一路向南，在規(guī)劃盆地大道路口西側(cè)設(shè)榆中站，后沿規(guī)劃經(jīng)十六路敷設(shè)，至榆中高鐵站前設(shè)置全線終點(diǎn)，線路走向如圖1所示。

圖1　蘭州軌道交通4號(hào)線線路走向示意

1.2功能定位

4號(hào)線在城區(qū)內(nèi)貫穿雁灘組團(tuán)東西向的中軸線，與1、2、5號(hào)線換乘，是典型的城區(qū)線路；而在和平、定連組團(tuán)的作用介于城區(qū)線與市域線之間，所銜接的榆中組團(tuán)是具有相對(duì)獨(dú)立功能的市域城鎮(zhèn)。因此4號(hào)線是一條兼顧城區(qū)功能的市域快線。

1.3客流特點(diǎn)

4號(hào)線沿線組團(tuán)數(shù)量較多，組團(tuán)之間由于地形的限制聯(lián)系不便，因此主要功能是加強(qiáng)外圍組團(tuán)與黃河谷地的聯(lián)系，將外圍組團(tuán)客流匯聚在主軸上?？土鞒毕攸c(diǎn)明顯，早高峰主要是由東向西的進(jìn)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(qū)段。高峰時(shí)段，和平組團(tuán)、定連組團(tuán)、榆中組團(tuán)內(nèi)部以及幾個(gè)組團(tuán)之間的跨組團(tuán)客流較小，主要客流為東部組團(tuán)與黃河谷地的跨區(qū)域客流。

2　時(shí)間目標(biāo)值的確定

2.1現(xiàn)狀公路旅行時(shí)間

目前，東崗至和平、定遠(yuǎn)、連搭及榆中各組團(tuán)之間的交通聯(lián)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(shí)間，特別是公交車的旅行時(shí)間為參照確定合理的軌道交通時(shí)間目標(biāo)值。雁灘路至東崗長(zhǎng)約7 km，均為城市道路，公共交通的走行時(shí)間約為15 min。東崗至沿線各組團(tuán)之間的現(xiàn)狀公路通道有2條：312國(guó)道和連霍高速公路。312國(guó)道自東崗始，依次將和平、定遠(yuǎn)、連搭、榆中串聯(lián)起來(lái)。連霍高速自東崗始，向三角城方向延伸，通過(guò)設(shè)置高速公路路口，將沿線和平、定遠(yuǎn)、榆中納入。

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前東崗至沿線各組團(tuán)的公交車站點(diǎn)主要沿312國(guó)道設(shè)置，將各組團(tuán)依次串聯(lián)。另外，部分通勤車輛通過(guò)連霍高速直接抵達(dá)三角城，再通過(guò)101省道至榆中片區(qū)。根據(jù)公路交通的一般旅行規(guī)律，312國(guó)道平均速度按35 km/h、連霍高速按60 km/h計(jì)算，得出公交旅行時(shí)間如表1所示。

表1　沿線各組團(tuán)至東崗公交旅行時(shí)間

通過(guò)對(duì)上述公路交通的分析可知，最東端的榆中片區(qū)，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(shí)間最短為40 min。

結(jié)合4號(hào)線線路長(zhǎng)度,考慮與公路的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),4號(hào)線全線合理的時(shí)間目標(biāo)值應(yīng)不大于55 min。

2.2城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)間目標(biāo)值的要求

根據(jù)蘭州軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中各功能組團(tuán)以及城鎮(zhèn)節(jié)點(diǎn)間的旅行時(shí)間要求，并結(jié)合軌道交通技術(shù)的合理性進(jìn)行分析，線網(wǎng)范圍內(nèi)軌道交通劃分為市區(qū)軌道交通、市域快速軌道交通兩個(gè)層次，如圖2所示。

圖2　蘭州軌道交通線網(wǎng)層次

由圖2可見(jiàn)，蘭州市城市軌道交通線網(wǎng)對(duì)該線的定位為市域快線，應(yīng)保證在1 h內(nèi)到達(dá)中心城區(qū)。該線至城市中心區(qū)域的軌道交通換乘與旅行時(shí)間合計(jì)為15 min，因此該線的旅行時(shí)間應(yīng)不大于45 min。

綜合公路交通旅行時(shí)間與軌道交通線網(wǎng)對(duì)本線的時(shí)間要求，全線的時(shí)間目標(biāo)值應(yīng)不大于45 min。

3　速度目標(biāo)值的選取

3.1旅行時(shí)間分析

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

由表2可見(jiàn)，采用100、120、140 km/h的速度目標(biāo)值方案均能較好地適應(yīng)本線的時(shí)間目標(biāo)值要求。根據(jù)蘭州市城市總體規(guī)劃，和平、定遠(yuǎn)組團(tuán)為主城區(qū)，且與中心城區(qū)距離近，出行客流以通勤客流為主，對(duì)速度目標(biāo)值的要求較高。但由于距離較短，較高的速度目標(biāo)值節(jié)時(shí)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(shí)間僅相差2.0～2.6 min。榆中組團(tuán)離城區(qū)較遠(yuǎn)，與主城區(qū)的交流大部分為休閑、商務(wù)客流，對(duì)速度目標(biāo)值的要求相對(duì)較低，各方案旅行時(shí)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(yùn)營(yíng)速度具有一定的關(guān)聯(lián)性。運(yùn)營(yíng)速度與平均站間距的推薦匹配關(guān)系如表3所示。

表2　不同速度目標(biāo)值下的旅行時(shí)間及時(shí)間差

表3　運(yùn)營(yíng)速度與平均站間距的推薦匹配關(guān)系

4號(hào)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(yīng)分別進(jìn)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(qū)段采用80 km/h的速度目標(biāo)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(biāo)值較為適宜，但本線組團(tuán)內(nèi)部平均站間距僅為2～3 km，東崗至榆中高鐵站線路長(zhǎng)度也僅為35.8 km，較高的速度目標(biāo)值不能充分發(fā)揮其節(jié)時(shí)的優(yōu)勢(shì)。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(biāo)值。

3.3運(yùn)營(yíng)技術(shù)指標(biāo)分析

速度目標(biāo)值越高，旅行速度越高，列車牽引能耗就越大。以不同時(shí)速的A型車為例，經(jīng)列車牽引模擬計(jì)算，不同速度目標(biāo)值方案的各項(xiàng)運(yùn)營(yíng)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。

由表4可見(jiàn)，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(jīng)濟(jì)合理。

表4　不同速度目標(biāo)值下的技術(shù)指標(biāo)

3.4系統(tǒng)設(shè)備影響分析

3.4.1對(duì)牽引變電所的影響

軌道交通列車速度目標(biāo)值的選取和牽引耗電量關(guān)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(wǎng)電壓和鋼軌電位的限制，適應(yīng)100 km/h、120 km/h、140 km/h 3種速度目標(biāo)值的牽引供電系統(tǒng)規(guī)模有所不同。對(duì)應(yīng)100 km/h速度目標(biāo)值，全線正線需要設(shè)置20座牽引變電所；對(duì)應(yīng)120 km/h、140 km/h速度目標(biāo)值，全線則需要設(shè)置22座牽引變電所。

3.4.2對(duì)車輛段及綜合維修基地的影響

列車速度目標(biāo)值決定運(yùn)用車的數(shù)量，同時(shí)也影響到整條線的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，從而影響車輛基地的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)模和投資。不同的速度目標(biāo)值方案對(duì)應(yīng)的配屬車也不同，速度目標(biāo)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(shù)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(guī)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(shù)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(huán)境影響分析

線路運(yùn)營(yíng)期對(duì)沿線各敏感點(diǎn)的環(huán)境影響主要體現(xiàn)在噪聲上。通過(guò)對(duì)速度目標(biāo)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(wú)遮擋噪聲等效聲級(jí)的預(yù)測(cè)分析可知，不同的速度目標(biāo)值對(duì)沿線各敏感點(diǎn)的聲環(huán)境影響程度不同。沿線無(wú)遮擋噪聲等效聲級(jí)預(yù)測(cè)如表5所示。

由表5可知，隨著鐵路速度目標(biāo)值的提高，線路兩側(cè)聲環(huán)境影響也會(huì)逐漸加大。采用100 km/h方案時(shí)對(duì)線路兩側(cè)聲環(huán)境影響最小，而140 km/h方案對(duì)環(huán)境的影響最大?？赏ㄟ^(guò)采取聲屏障、隔聲窗等降噪措施，緩解鐵路噪聲對(duì)沿線聲環(huán)境的影響。

表5　沿線無(wú)遮擋噪聲等效聲級(jí)預(yù)測(cè)　dB(A)

3.6工程投資分析

不同速度目標(biāo)值方案的工程投資差主要體現(xiàn)在因地下區(qū)間的限界擴(kuò)大產(chǎn)生的工程費(fèi)用。以A型車為例，不同速度目標(biāo)值限界指標(biāo)如表6所示。

表6　不同速度目標(biāo)值下的限界指標(biāo)

該線東崗以東地下區(qū)間長(zhǎng)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(jié)論

采用100、120、140 km/h速度目標(biāo)值方案的全線旅行時(shí)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(shí)，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(biāo)值方案，不僅滿足該線時(shí)間目標(biāo)值要求，而且與該線功能定位吻合，投資較低，后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用小。

[1] 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50157—2013[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2013.

[2] 城市軌道交通技術(shù)規(guī)范：GB 50490—2009[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社, 2009.

[3] 城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：建標(biāo)104—2008[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社, 2008.

[4] 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.蘭州軌道交通4號(hào)線工程可行性研究報(bào)告[R].西安,2014.

[5] 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.蘭州軌道交通4號(hào)線速度目標(biāo)值專題研究報(bào)告[R].西安,2014.

[6] 馬晉.短距離城際軌道交通工程速度目標(biāo)值的選擇[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),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(guī)劃與設(shè)計(jì)工作，52573538@qq.com

U231

A

1672-6073(2016)01-0018-04