寧句城際軌道交通工程速度目標(biāo)值的選擇

麻金偉

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

城際軌道交通定位介于客運專線和城市軌道交通之間。速度目標(biāo)值是城際軌道交通主要技術(shù)標(biāo)準中的核心指標(biāo)，其選擇要結(jié)合項目功能定位、線路條件、客流特征、經(jīng)濟指標(biāo)等綜合考慮。結(jié)合寧句城際軌道交通工程，分析選擇合理的速度目標(biāo)值。

1 項目概況

寧句城際軌道交通線是國家發(fā)改委批復(fù)的《江蘇省沿江城市群城際軌道交通網(wǎng)規(guī)劃(2012～2020)》中的一條。本工程主線起點自南京的馬群，經(jīng)麒麟鎮(zhèn)、東郊小鎮(zhèn)、湯山鎮(zhèn)、黃梅鎮(zhèn)至句容;支線由湯山站引出，終至湯山城際站。主線全長約31.31 km，設(shè)站12座，支線長度約5.90 km，設(shè)站3座。

2 速度目標(biāo)值選擇分析

2.1 速度目標(biāo)值選擇的宏觀分析

目前國內(nèi)對城際軌道交通尚未有明確的定義。一般認為，城際軌道交通系統(tǒng)可劃分為兩大類:第一類為城市群區(qū)域主要中心城市之間(通常距離在100～300 km)，以開行城際列車為主的城際軌道干線;第二類為以都市圈中心城市為中心(通常距離在100 km以內(nèi))，以承擔(dān)都市圈內(nèi)城市間通勤客流為主的都市圈城際軌道。

對于速度目標(biāo)值的選擇，首先從宏觀進行速度目標(biāo)值選擇。項目特征若屬于上述第一類(城市群區(qū)域主要中心城市聯(lián)系類型)，宜考慮200 km/h及以上速度標(biāo)準;若屬于第二類(都市圈內(nèi)城市間通勤類型)，宜根據(jù)具體客流特征、城鎮(zhèn)分布特征，選擇100～160 km/h 的速度標(biāo)準［1］。

寧句城際軌道交通銜接南京都市區(qū)和緊鄰都市區(qū)的句容市等區(qū)域及組團，承擔(dān)麒麟鎮(zhèn)、湯山新城向心客流，是句容市與南京都市區(qū)核心區(qū)域城際客流的主要通道和運輸方式。參照國內(nèi)與本線功能相似線路的列車最高運行速度(表1)，考慮列車不越行模式下，本線的速度目標(biāo)值宜在100～140 km/h選取。

表1 國內(nèi)部分城際線最高運行速度統(tǒng)計［2，3］

2.2 客流特征分析

根據(jù)客流預(yù)測結(jié)果(表2)，寧句城際軌道交通遠期日客流量達到42.6萬人次，高峰小時最大斷面流量3.09 萬人，平均乘距19.4 km。

表2 寧句城際軌道交通工程客流總體指標(biāo)

從客流結(jié)構(gòu)分析:遠期寧句城際主要承擔(dān)著三種性質(zhì)客流，麒麟與湯山內(nèi)部客流(12.21%)、麒麟與主城聯(lián)系客流(46.05%)、湯山句容與南京方向聯(lián)系客流(41.74%)，其中麒麟與湯山內(nèi)部客流、麒麟與主城聯(lián)系客流主要以通勤客流為主，而湯山、句容與南京聯(lián)系客流，具有較為明顯的城際客流特征。從客流結(jié)構(gòu)來看，寧句城際客流主要以城際客流為主，并兼有城市軌道交通部分功能。

客流乘距分析:寧句城際客流乘距均在14～20 km，句容與南京中心城區(qū)間的客流出行距離較長，具備顯著城際客流特點;麒麟南京主城區(qū)間的客流出行距離較短，具有城市軌道交通客流特點。

從客流特征來看，寧句城際客流主要以城際客流為主，并兼有城市軌道交通部分功能。可見，本工程速度目標(biāo)值應(yīng)大于一般城市軌道交通的速度目標(biāo)值，宜按短距離城際軌道交通的特征來選取。

2.3 時間目標(biāo)分析

寧句城際加強南京與鎮(zhèn)江南部的聯(lián)系，是南京都市圈重點發(fā)展的主要通道之一，使得句容快速融入南京中心城區(qū)。

《南京城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》(2009年版)提出的南京市出行時空目標(biāo)為:

(1)實現(xiàn)與都市圈緊密圈層(50 km半徑)1 h聯(lián)系;

(2)都市區(qū)(40 km半徑)內(nèi)新城45 min到達市中心;

(3)中心城(20 km半徑)內(nèi)副城30 min直達市中心［4］。

在《江蘇省沿江城市群城際軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃(2012～2020年)》中，句容市被納入南京都市圈的半小時通勤圈。

在平直坡道上，一般車輛從0～140 km/h的平均加速度一般在0.5 ～0.6 m/s2，制動減速度在1.0 ～1.2 m/s2。根據(jù)線路平縱斷面方案，分別采用最高運行速度100、120和140 km/h的B型車進行列車運行模擬計算，不同速度目標(biāo)值情況下，列車運行模擬結(jié)果見表3。

表3 不同速度目標(biāo)值車輛旅行速度和旅行時間

3種速度目標(biāo)值的車輛均能滿足《南京城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》提出的45 min旅行時間的要求，基本可以滿足《江蘇沿江城市群城際軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》中半小時通勤圈的要求。速度目標(biāo)值由100 km/h提高到120 km/h，旅行時間節(jié)省了2.0 min，由120 km/h提高到140 km/h，旅行時間節(jié)省了1.3 min，總體來看，由100 km/h提高到120 km/h或140 km/h，時間節(jié)省均較少，意義不大。

2.4 線路條件適應(yīng)性分析

2.4.1 平面條件

最小曲線半徑的選取是決定線路平面條件優(yōu)劣的主要技術(shù)指標(biāo)之一，它與行車速度、車輛性能、地形地物條件等有關(guān)。最小曲線半徑的選取主要取決于速度目標(biāo)值、超高、列車行車安全等因素。

最小曲線半徑的選取，對最高速度為100 km/h及以下的，可參考《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB50157—2003)設(shè)計，對最高速度大于100 km/h的，可根據(jù)以下公式計算確定［5］

式中 Rmin——滿足欠超高要求的最小曲線半徑，m;

v——設(shè)計速度，km/h;

hmax——最大超高，mm，取 120 mm;

hqy——允許欠超高，mm，取61.2 mm。

經(jīng)計算，不同行車速度下最小曲線半徑見表4。

表4 不同行車速度下最小曲線半徑

對于軌道交通系統(tǒng)來說，列車的最高運行速度與線路的平面線路條件有密切的關(guān)系，一般的適應(yīng)范圍為:當(dāng)選取100 km/h的速度目標(biāo)值時，實際列車運行速度在90～93 km/h，曲線半徑遠大于650 m，才能發(fā)揮列車速度優(yōu)勢;當(dāng)選取120 km/h的速度目標(biāo)值時，實際列車運行速度在110～113 km/h，曲線半徑遠大于1 000 m，才能發(fā)揮列車速度優(yōu)勢;當(dāng)選取140 km/h的速度目標(biāo)值時，實際列車運行速度在130～133 km/h，曲線半徑遠大于1 300 m，才能發(fā)揮列車速度優(yōu)勢［6］。

由表5可知，寧句城際線主線中，列車限速值在100 km/h以下的曲線總長度占主線長度的4.2%，主要分布在南京馬群站至鎖石村、湯山鎮(zhèn)范圍;列車限速值在120 km/h以下的曲線總長度占主線長度的17.8%;列車限速值在140 km/h以下的曲線總長度占主線長度的18.1%。從線路平面角度分析，速度目標(biāo)值由100 km/h上升到120 km/h對線路要求變化較大，速度目標(biāo)值由120 km/h上升到140 km/h對線路的影響變化不大。但是寧句線線位在麒麟鎮(zhèn)范圍沿規(guī)劃省道S122南側(cè)高架敷設(shè)，S122在該段線形曲折，呈“M”形，且連續(xù)以R-350 m、R-740 m和R-420 m曲線相連，寧句線選擇最小曲線半徑越大，其與S122線形擬合難度就越大，致使線路切割麒麟規(guī)劃地塊嚴重，沿線拆遷量急劇增加。

2.4.2 縱斷面條件

采用動力分散式布置后，最高運行速度在100～140 km/h的車輛對線路縱坡要求基本一致，正線最大坡度一般不大于30‰，困難時可采用35‰;輔助線最大坡度為40‰(均不計各種坡度折減值)。

表5 寧句線線路平面曲線統(tǒng)計

受旅客舒適性要求，速度目標(biāo)值越大，對豎曲線半徑的要求越大。豎曲線半徑按下式計算［7］

式中 Rv——豎曲線最小曲線半徑，m;

v——設(shè)計速度，km/h;

av——列車通過變坡點時產(chǎn)生的附加豎向加速度，正線上取值一般為 av=0.1～0.154 m/s2。

經(jīng)計算，不同行車速度對應(yīng)的最小豎曲線半徑見表6。

表6 不同行車速度下最小豎曲線半徑

2.5 站間距適應(yīng)性分析

列車在區(qū)間運行經(jīng)歷起動、恒速和制動3種工況，速度目標(biāo)值的選擇還應(yīng)與車站的站間距相適應(yīng)。站站停運營模式下，列車在每個區(qū)間都要作加減速運營，列車運行速度越高，啟動和制動距離就越長。在站間距一定的條件下，速度目標(biāo)值選擇過小，則列車加速時間短，旅行速度低，旅行時間加長;速度目標(biāo)值選擇過大，則導(dǎo)致列車還沒有運行到最高速度或以最高速度運行極短時間后就開始減速，造成運行浪費。

根據(jù)車輛加減速度值計算，不同速度目標(biāo)值列車對應(yīng)的加減速距離結(jié)果見表7。

表7 不同速度目標(biāo)值列車對應(yīng)的加減速時間、距離

根據(jù)經(jīng)驗，不同最高速度目標(biāo)值的列車是否充分發(fā)揮其效率，一般以列車達到最高速并持續(xù)運行的時間指標(biāo)(以最高速度至少運行10s)來衡量［8］。結(jié)合表7，100 km/h的速度目標(biāo)值的站間距離宜在1.5 km以上，120 km/h的速度目標(biāo)值的站間距離宜在2.0 km以上，140 km/h的速度目標(biāo)值的站間距離宜在3.3 km以上。

根據(jù)寧句線線路和車站設(shè)置方案，本線主線由馬群至句容，線路長度為31.31 km，共設(shè)車站12座，平均站間距約為2.8 km，不同站間距范圍內(nèi)區(qū)間個數(shù)詳見表8。

表8 不同站間距區(qū)間個數(shù)

以100 km/h的速度目標(biāo)值運行，本線能達到最高速度并保持10 s以上的巡航速度運行的區(qū)間個數(shù)為10個，占總區(qū)間數(shù)的90.9%，與車站分布具有很好的適應(yīng)性;以120 km/h的速度目標(biāo)值運行，能達到最高速度并保持10s以上的巡航速度運行的區(qū)間個數(shù)為8個，占總區(qū)間數(shù)的72.7%，與車站分布的適應(yīng)性較好;以140 km/h的速度目標(biāo)值運行，能達到最高速度并保持10s以上的巡航速度運行的區(qū)間個數(shù)為3個，占總區(qū)間數(shù)的27.3%，大多數(shù)區(qū)間無法加速到最高速度，即使部分區(qū)間可以加速到最高速度，巡航時間也較短，對旅行速度的提高幫助不大，而且頻繁的加減速會造成牽引能耗的增大，經(jīng)濟性較差，因此車站分布的適應(yīng)性較差。

2.6 工程造價影響分析

2.6.1 對橋梁造價的影響

對速度目標(biāo)值在100～140 km/h的普速城際軌道交通工程，橋梁上部結(jié)構(gòu)一般采用25～30 m的標(biāo)準跨度箱梁，梁高度一般為1.8 m。因普速城際軌道交通工程線間距變化不大，其相應(yīng)梁寬變化也不大，所以下部結(jié)構(gòu)橋墩、基礎(chǔ)承重等變化不大?？傮w來講，橋梁工程總量變化不大，工程造價變化不大。

2.6.2 對隧道造價的影響

目前，廣州地鐵3號線(已運營)速度目標(biāo)值為120 km/h，地下線采用普通的單線盾構(gòu)斷面，內(nèi)徑5.4 m;上海地鐵11號線南延線(已運營)速度目標(biāo)值為120 km/h，地下線采用單洞雙線大直徑盾構(gòu)隧道，內(nèi)徑10.36 m;深圳地鐵11號線速度目標(biāo)值為120 km/h，地下線采用內(nèi)徑6 m的盾構(gòu)斷面;北京地鐵6號線速度目標(biāo)值為100 km/h，內(nèi)徑采用5.4 m的盾構(gòu)隧道斷面。

為減小隧道空氣阻力和隧道內(nèi)壓力變化幅值及其梯度，就單線隧道而言，速度目標(biāo)值與隧道內(nèi)徑、凈空面積的匹配值可按表9選取。

蟲害防治就是茄子在生長的過程中會受到一些病蟲的感染，進而破壞茄子的正常生長。蟲害主要有蚜蟲、白粉虱和茶黃螨等，在防治的過程中，可以在定植3-4天后在苗床上用15%噠嗪酮2500倍液防治茶黃螨，現(xiàn)蕾至結(jié)果期再查治1次。白粉虱采用25%阿克泰水分散粒劑，每畝2-3 g，兌水30 kg或以青霉素噴藥與黃板誘殺的辦法結(jié)合進行。蚜蟲可用韶關(guān)霉素防治，進而減少病蟲對茄子的大面積感染。

隨著速度目標(biāo)值的加大，隧道盾構(gòu)直徑增加，土方開挖、盾構(gòu)管片混凝土及鋼筋量增加，直接工程投資加大。初步估算，采用120 km/h的速度標(biāo)準比采用100 km/h的速度標(biāo)準，隧道區(qū)間工程費增加約17%。

表9 速度目標(biāo)值與隧道斷面尺寸匹配

2.6.3 對軌道造價的影響

普速城際軌道交通工程，對鋼軌、扣件、軌枕及道床、道岔、超高等技術(shù)標(biāo)準及結(jié)構(gòu)形式的要求均相同，僅減振降噪措施稍有不同，工程造價變化較小。

2.6.4 對車輛購置費的影響

根據(jù)目前車輛廠家的技術(shù)能力，100、120 km/h以及140 km/h三種速度目標(biāo)值的列車均可實現(xiàn)［9］。株洲電力機車廠已能生產(chǎn)120 km/h的 A型車(SIEMENS技術(shù))和B型車，已用于上海11號線和廣州地鐵3號線;四方機車車輛廠已能生產(chǎn)140 km/h的A型車(BOMBARDIER技術(shù))，目前處于方案設(shè)計階段;長春客車廠已能生產(chǎn)135 km/h的A型車，已用于香港地鐵;浦鎮(zhèn)車輛廠已能生產(chǎn)140 km/h的A型車(ALSTOM技術(shù))，目前已完成方案設(shè)計，價格約1 300萬元/輛［10］。不同速度車輛單價也不同，構(gòu)造速度為100 km/h的B型車，每輛約700萬元;構(gòu)造速度為120 km/h 的 B 型車，每輛約 750 萬元［11，12］。

不同速度車輛的購置費差別主要是由于車輛購置數(shù)量及車輛單價不同引起的。車輛購置數(shù)量在線路長度及運營交路方案相同的情況下主要是由列車的旅行速度決定的，旅行速度高車輛周轉(zhuǎn)快，需要的運用車數(shù)少，需購置車數(shù)就少，反之則引起購置車數(shù)量增加。

速度目標(biāo)值在100～140 km/h時，主變電所分布、中壓環(huán)網(wǎng)構(gòu)成、牽引網(wǎng)配置基本相同，隨著速度目標(biāo)值提高時，牽引變電所設(shè)置數(shù)量及設(shè)備容量必須增加，投資相應(yīng)增加。

2.6.6 對通信、信號造價的影響

速度目標(biāo)值120 km/h與100 km/h相比，通信系統(tǒng)區(qū)別不大。信號系統(tǒng)投資約增加80萬元/km。

通過對以上土建及設(shè)備系統(tǒng)的造價變化分析，100、120 km/h和140 km/h的速度標(biāo)準對工程造價的影響，除隧道、車輛、信號系統(tǒng)有一定變化外，其他方面均相差不大，投資增加不多。

3 本工程推薦速度目標(biāo)值

通過以上分析，在3種速度目標(biāo)值中，采用100 km/h的速度目標(biāo)值，其對線路平面、站間距的適應(yīng)性好，但不能滿足江蘇省沿江城市群城際軌道交通線網(wǎng)對句容市納入南京都市圈半小時通勤圈的要求;采用140 km/h的速度目標(biāo)值，旅行時間較120 km/h縮短1.3 min，速度優(yōu)勢不明顯，且列車要不斷地處在加減速狀態(tài)，很難達到最高運行速度，不能充分發(fā)揮列車性能，且工程投資增大;采用120 km/h的速度目標(biāo)值，其對線路平面、站間距的適應(yīng)性較好，亦能滿足規(guī)劃的時間目標(biāo)值，土建及設(shè)備系統(tǒng)投資均有所增加，但與采用100 km/h速度目標(biāo)值差異不大。

綜上，推薦寧句城際軌道交通工程采用120 km/h的速度目標(biāo)值。

4 結(jié)語

結(jié)合寧句城際軌道交通工程，就功能定位、線路平面條件、車站分布情況以及對工程投資的影響，分析了100、120、140 km/h的速度目標(biāo)值與本工程的適應(yīng)性，最終推薦合理的速度目標(biāo)值，為相似工程速度目標(biāo)值的選取提供參考。

［1］江蘇省發(fā)展和改革委員會.江蘇省沿江城市群城際軌道交通網(wǎng)規(guī)劃(2012～2020年)實施方案調(diào)整［R］.南京:江蘇省發(fā)展的改革委員會，2013.

［2］朱若立.長益常城際鐵路速度目標(biāo)值的選擇［J］.交通科技，2011(2).

［3］陳美麗.滬通鐵路南通經(jīng)太倉至安亭段速度目標(biāo)值的選擇［J］.鐵道標(biāo)準設(shè)計，2008(11).

［4］南京地鐵集團有限公司.南京城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃(2009)［R］.南京:南京地鐵集團有限公司，2009.

［5］歐陽全裕.地鐵輕軌線路設(shè)計［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［6］北京城建設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司.寧天城際軌道交通一期工程可行性研究報告［Z］.北京:北京城建設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司，2012.

［7］北京城建設(shè)計研究總院.GB50157—2003 地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［8］中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司.深圳軌道交通11號線工程可行性研究報告［R］.成都:中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，2010.

［9］尹仁發(fā).都市圈軌道交通車輛選型研究［J］.鐵道標(biāo)準設(shè)計，2013(4).

［10］強士盎.城市軌道交通超長線路速度目標(biāo)值選擇淺析［J］.鐵道標(biāo)準設(shè)計，2013(5).

［11］廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司.廣州市軌道交通14號線可行性研究報告［R］.廣州:廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，2012.

［12］廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司.廣州市軌道交通21號線工程(員村～增城廣場)可行性研究報告［R］.廣州:廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，2012.