李巖輝,楊學(xué)金,沈增濤,鄒 毓

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043； 2.陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院),西安 710043)

1 研究概述

上篇文章對既有線改造為城市軌道交通的功能定位、需求進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并以西戶鐵路為例，分析后改造為有軌電車制式。西戶鐵路為既有鐵路，與有軌電車為兩種截然不同的軌道交通制式。鑒于此，對改造過程中關(guān)鍵問題進(jìn)行研究匯總[1-3]，主要內(nèi)容見表1。

表1 既有線改造關(guān)鍵問題匯總

本文將結(jié)合既有鐵路改造與新建線路若干差異，對改造過程的重難點(diǎn)問題進(jìn)行分析并給出解決方案。

2 需求分析

2.1 鐵路專用線改造客流預(yù)測特征

上篇對西戶鐵路改造為城市軌道交通的客流進(jìn)行預(yù)測，一般客流預(yù)測主要針對新建軌道交通，相比于既有線改造有以下差異。

(1)客流培育

專用鐵路服務(wù)于原有工礦企業(yè)，沿線人口密度較低。因此專用線改造時(shí)優(yōu)先選擇城市連片發(fā)展區(qū)域，才能具備客流條件[4]。即便如此，部分專用線位于城市外圍，不屬于主要客流走廊，其客流培育需要一定時(shí)間。隨著西安市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，西戶鐵路沿線用地逐漸發(fā)展，形成了部分用地集中區(qū)及客流集散點(diǎn)，主要包括西郊工業(yè)區(qū)、灃東吾悅廣場、昆明池景區(qū)、居住區(qū)、學(xué)校、購物中心等(圖1)。

圖1 西戶線改造沿線主要客流集散點(diǎn)

城市軌道交通規(guī)劃首先選擇重要公交走廊、沿線公交出行方式較為成熟、客流轉(zhuǎn)移條件良好的區(qū)域。西戶線在改造以前，部分區(qū)域具備上述特征，在西安西郊、鄠邑區(qū)人口分布密集，但目前該線路尚未承擔(dān)城市軌道交通功能，因此未形成公交走廊?？紤]出行方式轉(zhuǎn)移，線路開通后沿線居民將逐漸使用該線路，采用其他交通方式以及區(qū)域內(nèi)部出行的模式將隨著新線開通而變化。

(2)出行特征

軌道交通沿線出行特征(出行總量、出行方式、出行距離、出行分布等)要素決定了軌道客流效益，在進(jìn)行線站位布局時(shí)已對客流走廊進(jìn)行了充分研究。而既有線改造是針對已有線路，由于現(xiàn)狀居民無法使用該線路作為出行方式，其出行特征固化，進(jìn)行客流分析時(shí)應(yīng)針對車站周邊及沿線區(qū)域進(jìn)行具體分析，明確其出行特征，為優(yōu)化增設(shè)車站布局、綜合交通銜接工作提供依據(jù)。

2.2 客流敏感性分析

根據(jù)圖1對西戶線改造后各個(gè)車站周邊用地特征進(jìn)行梳理，其特征如下。

皂河—昆明池部分，位于西安西郊工業(yè)區(qū)、灃東新城區(qū)域，該區(qū)域以連片用地為主，有部分工業(yè)、商業(yè)用地，根據(jù)客流測試結(jié)果，主要客流源于該區(qū)域；昆明池—蒼游鎮(zhèn)部分，該區(qū)域受到灃京、鎬京遺址影響，無法進(jìn)行高強(qiáng)度開發(fā)，人口分布少、客流密度較低；周店—汽車南站部分為鄠邑中心區(qū)，有一定客流量。隨著國家推進(jìn)都市圈建設(shè)進(jìn)程逐漸加快，鄠邑區(qū)在都市區(qū)的定位將逐漸提高，與中心城區(qū)的聯(lián)系也將進(jìn)一步加強(qiáng)，沿線出行量、長距離出行會(huì)有一定增長[5]。

而根據(jù)國土空間對基本農(nóng)田、水域、文物等用地的規(guī)劃要求，本線沿線很難形成連片區(qū)域且開發(fā)強(qiáng)度受到一定限制。因此，該線路整體客流強(qiáng)度為中-低運(yùn)量級別，符合有軌電車運(yùn)能特點(diǎn)。

2.3 綜合交通與城市發(fā)展

由于該線路車站周邊直接吸引客流規(guī)模受到用地開發(fā)限制，因此亟需通過多種交通方式接駁以增加客流吸引范圍[6]。根據(jù)國土空間規(guī)劃，本線客流培育主要來源為：①沿線老舊小區(qū)較多，部分地塊的更新、TOD開發(fā)；②以西郊工業(yè)區(qū)、大唐電廠、惠安公司現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)、職住的合理布局；③旅游景區(qū)的賦能與提升；④以大西安軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃為基礎(chǔ)，優(yōu)化局部公交線網(wǎng)，做好銜接換乘，盡可能保證軌道與常規(guī)公交系統(tǒng)形成合作關(guān)系，以增強(qiáng)客流效益。

3 工程方案重點(diǎn)

3.1 行車組織與運(yùn)營管理

3.1.1 車輛選型

通過交通需求分析，改造方案客流預(yù)測結(jié)果如表2所示。

表2 西戶鐵路改造方案客流預(yù)測主要指標(biāo)

以該結(jié)果為基礎(chǔ)，本次車輛選型擬從國鐵、城市軌道制式中進(jìn)行選擇。

(1)國鐵。既有西戶線為內(nèi)燃機(jī)車牽引，在改造過程中進(jìn)行電氣化改造，工程投資較大，綜合效益不明顯，本次改造暫不考慮。因此本項(xiàng)目適用DF4或HXN內(nèi)燃機(jī)車牽引25型客車模式。

(2)城市軌道。由于本次主要是考慮利用既有西戶線進(jìn)行公交化運(yùn)營，跨座式單軌、云巴等制式不適于本線。而有軌電車為鋼輪鋼軌制式，可以利用既有線路，與本線客流適應(yīng)性更好，具有投資省、建設(shè)周期短、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，車輛技術(shù)成熟、國內(nèi)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)豐富[7]。本次研究主要比選有軌電車及內(nèi)燃機(jī)+客車兩種模式。采用6人/m2站立標(biāo)準(zhǔn)，有軌電車6模塊、內(nèi)燃機(jī)+客車列車編組及與運(yùn)能如表3所示。

表3 不同制式列車編組及運(yùn)輸能力

由于兩種制式定員基本相同，初、近、遠(yuǎn)期采用有軌電車6模塊、內(nèi)燃機(jī)+客車2輛編組均可滿足客流需求。但內(nèi)燃機(jī)+客車車長為71.6 m，6模塊有軌電車長為54 m。采用傳統(tǒng)鐵路車型，新建站臺長度較有軌電車長近20 m，且傳統(tǒng)鐵路列車存在折返問題。因此，推薦西戶線升級改造采用有軌電車制式。

3.1.2 運(yùn)營組織

(1)客貨運(yùn)營協(xié)調(diào)問題

由于客、貨車車長不同，貨車不能利用新建有軌電車站進(jìn)行會(huì)讓作業(yè)，僅可利用既有的3個(gè)貨站進(jìn)行會(huì)讓作業(yè)，本線的平圖能力為25.5對/d，不能滿足客流需求，需考慮客貨分時(shí)段運(yùn)營。根據(jù)客貨運(yùn)需求特征，本線客車運(yùn)營時(shí)間為06:00—21:00，全天共計(jì)運(yùn)營時(shí)間15 h。貨車在客車結(jié)束運(yùn)營后通行[8]。通過運(yùn)行圖鋪畫，開行2對/d貨車需要占用2 h 2 min的運(yùn)營時(shí)間，貨車于夜間21:00—23:30間運(yùn)營。

(2)單線運(yùn)營問題

由于西戶線為單線，考慮客流量以及近期改造可行性，本線初、近期為單線，如采用對向發(fā)車，通過能力為3對/h，輸送能力僅為1 230人/h，不能滿足本線近期客流需求?？筛鶕?jù)高峰時(shí)間客流不均衡系數(shù)，采用高峰小時(shí)單向連發(fā)，能夠提高通過能力和旅行時(shí)間，平峰時(shí)段采用雙向?qū)Πl(fā)。遠(yuǎn)期根據(jù)客流增長情況對線路進(jìn)行雙線改造[9]。

3.2 線路方案

為擴(kuò)大本線服務(wù)范圍、發(fā)揮有軌電車“網(wǎng)運(yùn)分離”的優(yōu)勢，未來可根據(jù)城市發(fā)展、客流需求對線路進(jìn)行延長并增設(shè)支線，在西安西郊、鄠邑區(qū)形成局部小運(yùn)量線網(wǎng)。其考慮因素包括[10]：①根據(jù)西安市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃，中心城區(qū)線網(wǎng)密度較高，可對外圍區(qū)域進(jìn)行加密；②對主要樞紐，包括鄠邑高鐵站、阿房宮高鐵站進(jìn)行銜接；③在鄠邑區(qū)內(nèi)部增加?xùn)|西向線路，形成內(nèi)部骨架網(wǎng)絡(luò)。西戶鐵路遠(yuǎn)期延伸方案如圖2所示。

遠(yuǎn)期方案以鄠邑區(qū)道路結(jié)構(gòu)、軌道交通線網(wǎng)15/18號線線站位、重要客流集散點(diǎn)為依據(jù)，將主線進(jìn)一步延伸至惠安公司，并在東西向增加支線，連接渼陂湖、鄠邑高鐵站，構(gòu)建鄠邑區(qū)范圍的高鐵樞紐—大運(yùn)量—低運(yùn)量多層級的網(wǎng)絡(luò)體系。

3.3 交通管理

既有西戶線以路基段為主，線路與市政道路多為平交；由于城市發(fā)展，部分建設(shè)用地已覆蓋至鐵路區(qū)域，建筑本體緊鄰鐵路，對建筑環(huán)境、居民出行造成一定影響[11]。因此有必要對沿線平交口、周邊居民出行環(huán)境進(jìn)行管理、優(yōu)化，保障軌道交通安全、高效運(yùn)營。

3.3.1 平交口交通組織

首期工程平交道口39處。根據(jù)分類研究、精細(xì)化管理的原則，將上述平交道口按照現(xiàn)狀調(diào)研情況、道路等級、管理模式、交叉口所在區(qū)位進(jìn)行劃分，主要交叉口分布如圖3所示。

圖3 西戶線沿線平交道口分布

根據(jù)不同類型平交道口分布可以看出，有人值守主要為鐵路與主干道交叉口，無人值守主要為鐵路與縣道、鄉(xiāng)道、村道等道路交叉口。隨著城市發(fā)展、出行總量增加、機(jī)動(dòng)車保有量的增加，西戶線改造后交通量將進(jìn)一步增長，對沿線交叉口進(jìn)行信號控制，是保證有軌電車運(yùn)營的重要保障[12-13]。本案例選取昆明路—天臺路交叉口進(jìn)行交通仿真。首先對道路交通量進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，并對十字路口東西進(jìn)口、南北進(jìn)口、有軌電車平交道口3個(gè)相位(圖4)的信號進(jìn)行優(yōu)化，仿真結(jié)果表明，通過信號優(yōu)先設(shè)置(圖5)，能夠滿足遠(yuǎn)期高峰15對運(yùn)營對道路交通管控的要求(圖6)。

圖4 昆明路—天臺路三角交叉口相位示意

圖5 昆明路—天臺路三角交叉口相位配時(shí)

圖6 昆明路—天臺路三角交叉口仿真結(jié)果(Vissim)

3.3.2 沿線居民出行管理與環(huán)境提升

隨著城市發(fā)展，線路周邊逐漸發(fā)展為高密度的住宅、商住混合、工業(yè)區(qū)等用地，在西三環(huán)內(nèi)形成用地發(fā)展集中區(qū)。由于該片區(qū)用地紅線緊鄰西戶線，鐵路以及有軌電車的運(yùn)營會(huì)對沿線居民生產(chǎn)生活造成一定影響，因此需對沿線的交通環(huán)境進(jìn)行管理與優(yōu)化[14]。研究選取西戶鐵路棗園西路至大慶路區(qū)間進(jìn)行分析，該段為西戶線用地集中、人口密度較高的區(qū)域，沿線用地性質(zhì)包括工業(yè)用地、商住混合用地、住宅、物流倉儲(chǔ)等，除棗園西路、大慶路外，有多處無人值守的平交道口，鐵路與現(xiàn)狀周邊用地關(guān)系如圖7所示，該片區(qū)交通特征具有以下特點(diǎn)。

圖7 西戶線阿房路沿線用地特征

(1)沿線環(huán)境有待提升。既有鐵路空間存在堆放雜物、排放垃圾廢水情況，給生活與出行帶來不便。(2)交通秩序混亂。沿線有較多居住區(qū)、工業(yè)廠區(qū)出入的支路，其中豐盛路連接多個(gè)大型居住區(qū)，交通量較大，但仍為無人值守路口，帶來一定安全隱患。(3)沿線業(yè)態(tài)低端。沿線何苑新村、南何新村、西紡六村小區(qū)在鐵路一側(cè)有部分沿街商鋪，但多為便利店、小飯館等類型。

因此，改善沿線環(huán)境、增強(qiáng)客流吸引、重塑城市空間，對沿線居民出行秩序提升具有重要意義。其改造方向包括以下3個(gè)方面。

(1)道路改造。根據(jù)運(yùn)營管理安排，初期、近期保持原有單線運(yùn)營(圖8)，遠(yuǎn)期根據(jù)客流情況增設(shè)雙線(圖9)。考慮限界要求，原有線路按照鐵路運(yùn)營的包容性設(shè)計(jì)，保持原有5 m的限界，增設(shè)線路按照4 m寬度預(yù)留，對線路兩側(cè)綠化帶、人行道寬度進(jìn)行優(yōu)化，在降低拆遷量的同時(shí)，滿足軌道交通運(yùn)營要求。

圖8 阿房路改造前道路斷面(單線)

圖9 阿房路改造后道路斷面(雙線)

(2)城市空間改造。通過商業(yè)業(yè)態(tài)提升、設(shè)立信號交叉口、交通渠化等方式，以車站、社區(qū)為中心，構(gòu)建片區(qū)級交通樞紐。區(qū)域內(nèi)以連續(xù)的慢行交通走廊為主，盡可能延續(xù)當(dāng)?shù)氐某鞘泄δ芘c文化，提升出行者的公共空間感受[15](圖10)。

圖10 有軌電車沿線城市空間改造示例

(3)環(huán)境改造。改造后的線路不僅承擔(dān)交通功能，也承擔(dān)部分生活、游憩功能。在軌道限界外，通過綠化、地面鋪裝，打造適宜的步行空間，形成生態(tài)長廊(圖11)。

圖11 有軌電車沿線區(qū)間改造示例

3.4 車輛及限界

(1)車輛形式

有軌電車車輛以70%和100%低地板為主，考慮乘客舒適性、技術(shù)成熟性、無障礙等要求，本次改造擬采用6模塊編組的100%低地板有軌電車車輛，采用超級電容供電?？紤]既有鐵路的標(biāo)準(zhǔn)、本線功能定位與速度目標(biāo)值，推薦本線最高運(yùn)行速度為70 km/h。

(2)限界方案

未來一定時(shí)期西戶線仍承擔(dān)貨運(yùn)功能，因此本工程限界按有軌電車和內(nèi)燃機(jī)車混跑考慮，共線區(qū)間、車站限界均按《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(普速鐵路部分)進(jìn)行包容性設(shè)計(jì)，如圖12、圖13所示。在車站部分，考慮有軌電車停站上、下客安全，為縮短站臺邊緣至有軌電車車門間隙，在滿足《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(普速鐵路部分)的前提下，站臺高度距軌頂面高度由300 mm降低到200 mm，站臺邊緣距線路中心線由1 725 mm縮短到1 500 mm。

圖12 正線區(qū)間建筑限界(單位：mm)

圖13 正線車站建筑限界(單位：mm)

3.5 軌道

既有西戶線為Ⅲ級鐵路，運(yùn)營年份較長，鐵路配套設(shè)施陳舊，各設(shè)施情況如表4所示。

表4 西戶線軌道現(xiàn)狀指標(biāo)

目前有軌電車采用的道床形式主要有整體道床和碎石道床兩種。本線正線采用碎石道床能夠滿足線路的運(yùn)營需求，可充分利用既有碎石道床，改造投資較低；改造后的西戶線將同時(shí)運(yùn)行有軌電車、貨運(yùn)列車，貨運(yùn)列車軸重大，現(xiàn)有的有軌電車所采用的整體道床難以滿足長期運(yùn)行貨運(yùn)列車的需求，因此推薦本工程正線采用碎石道床。在與市政道路相交的平交道口，為了滿足城市車輛平穩(wěn)通行的需求，推薦采用整體道床。

鋼軌采用CHN系列可以同時(shí)滿足有軌電車以及貨運(yùn)列車的運(yùn)行需求，且經(jīng)濟(jì)性較好，因此本線推薦采用CHN系列60 kg/m鋼軌。

3.6 供電

既有線改造為有軌電車后，需增設(shè)一套供電系統(tǒng)[16]。根據(jù)有軌電車系統(tǒng)要求，本線環(huán)網(wǎng)電壓等級采用10 kV。

本線北起西安地鐵1號線皂河站附近，沿線分布有統(tǒng)源、土門、灃西等14座110 kV變電站，上述變電站均具備向本線提供10 kV電源的能力。全線設(shè)4座開閉所，分別位于皂河站、昆明池站、蒼游鎮(zhèn)站和汽車南站，外電源就近由城市電力變電所直接接入。

3.7 信號系統(tǒng)

(1)既有鐵路系統(tǒng)概述

①行車調(diào)度指揮設(shè)備。三民村、新西北、馬王村、戶縣4站均納入鐵路西安局行調(diào)臺控制。新西北、馬王村、戶縣3站均設(shè)有列車調(diào)度指揮系統(tǒng)(TDCS 2.0)，于2005年啟用。

②區(qū)間閉塞設(shè)備。隴海線三民村站隴海線區(qū)間采用ZPW-2000A型四顯示自動(dòng)閉塞，采用繼電編碼方式；西戶線采用64D繼電半自動(dòng)閉塞。

(2)改造后系統(tǒng)方案

為解決有軌電車客運(yùn)作業(yè)與既有國鐵貨運(yùn)線路的兼容問題，提出維持既有西戶線并疊加有軌電車系統(tǒng)設(shè)備的方案，工程難點(diǎn)包括3方面。

①兩套系統(tǒng)間調(diào)度管理的權(quán)限交接、運(yùn)輸組織模式融合，滿足客貨混跑的需求。

②兩套系統(tǒng)室外設(shè)備控制方案。

③沿線道口控制需與信號系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，應(yīng)采取先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行安全監(jiān)控。

經(jīng)研究，該方案信號系統(tǒng)方案構(gòu)成如下。

①為實(shí)現(xiàn)對運(yùn)營車輛的調(diào)度指揮，以及對運(yùn)行車輛的位置、軌旁設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在控制中心配置調(diào)度管理子系統(tǒng)，可有效提高運(yùn)營管理水平。

②為便于轉(zhuǎn)線或折返作業(yè)，保證列車通過道岔區(qū)的安全，在正線道岔區(qū)配置能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)排列進(jìn)路并可人工操作的正線道岔控制子系統(tǒng)。

③本線以專用軌道作為導(dǎo)向軌，為保證運(yùn)行效率，在道路平交口配置路口信號控制子系統(tǒng)，保證車輛在道路交叉口可順利通行。

④考慮本線車輛由人工駕駛運(yùn)行，車載信號設(shè)備需提供必要的駕駛輔助信息和預(yù)警信息。

⑤為保證車輛段內(nèi)調(diào)車作業(yè)及車輛出入段作業(yè)的安全，車輛段配置計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、監(jiān)測子系統(tǒng)，以提高運(yùn)營效率和維護(hù)管理水平。

4 沿線多元化開發(fā)

本線改造為有軌電車以承擔(dān)交通功能的同時(shí)，可考慮多元化經(jīng)營模式，以增加線路客流效益、提升沿線土地價(jià)值。

(1)打造特色旅游交通產(chǎn)品

上述客流集散點(diǎn)中旅游景點(diǎn)包括漢長安城遺址、阿房宮遺址、灃京遺址、鎬京遺址、灃河景觀帶、昆明池、渼陂湖等，旅游資源豐富。可結(jié)合旅游資源對部分車廂內(nèi)部進(jìn)行改造，增加全景天窗、餐飲設(shè)施，注重娛樂性。在有條件情況下也可進(jìn)行租賃、包車服務(wù)[17]。

(2)“旅游+”的一體化開發(fā)模式

以旅游交通產(chǎn)品為基礎(chǔ)，發(fā)揮名片和品牌效應(yīng)，提高景區(qū)吸引力[18]。通過西戶線的公交化運(yùn)營，將沿線旅游資源整合起來，提高景區(qū)的附加值，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展、促進(jìn)包含“吃住行游購?qiáng)省碑a(chǎn)業(yè)復(fù)合鏈全域旅游模式的形成。

(3)沿線城市更新改造

西戶線連接了西安西郊工業(yè)區(qū)、西咸新區(qū)、鄠邑區(qū)，該線路起到老城區(qū)交通疏解、促進(jìn)老城區(qū)與新城區(qū)聯(lián)系的作用[19]。通過對沿線老舊小區(qū)改造、人居環(huán)境的提升、城市設(shè)計(jì)的更新，使傳統(tǒng)鐵路沿線的“消極空間”向“愉悅空間”“生活空間”“樂活空間”轉(zhuǎn)變。

5 結(jié)論與建議

(1)本研究通過功能與需求分析、改造工程重難點(diǎn)分析，對西戶鐵路的現(xiàn)狀、城市發(fā)展、客流需求、綜合交通、工程方案等問題進(jìn)行分析，線路首期工程北起皂河站，南至鄠邑區(qū)汽車南站，全長33 km，設(shè)站13座，總投資16.5億元。本文在目前對既有線改造研究理論基礎(chǔ)上，通過上、下兩個(gè)篇章，對沿線現(xiàn)狀、城市空間變化、客流特征、城市用地、交叉口信號管控、工程問題納入考慮因素并進(jìn)行研究，更為全面地評估既有線改造城市軌道的可行性與技術(shù)難點(diǎn)。

(2)既有線改造涉及國土規(guī)劃、鐵路、市政、公交等多部門對接，本研究探討了技術(shù)問題，但后期仍需多方協(xié)調(diào)才能確保項(xiàng)目落地。

(3)隨著國家供給側(cè)改革、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、去庫存去產(chǎn)能、交通強(qiáng)國等政策的推行，并結(jié)合328號文、532號文、116號文[20-22]的相關(guān)要求，對既有鐵路改造符合國家發(fā)展方向，給都市區(qū)空間重構(gòu)、城市發(fā)展、產(chǎn)業(yè)提升、全域旅游、TOD開發(fā)、綜合交通、環(huán)境優(yōu)化帶來機(jī)遇。同時(shí)，該線路可應(yīng)用智慧地鐵、低影響開發(fā)等技術(shù)，引領(lǐng)城軌交通邁入自動(dòng)化、智能化發(fā)展新時(shí)代。

(4)有軌電車為低運(yùn)量級軌道交通，但仍應(yīng)以“多層次多制式”的理念將其納入城市軌道交通線網(wǎng)中，充分考慮都市圈發(fā)展、工業(yè)區(qū)改造、站城一體化等因素，審視其線站位與整個(gè)軌網(wǎng)的關(guān)系與功能定位。