市域快速鐵路薊縣至大港段規(guī)劃建設(shè)技術(shù)標準研究

熊　偉

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司, 天津　300142)

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市域快速鐵路薊縣至大港段規(guī)劃建設(shè)技術(shù)標準研究

熊偉

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司, 天津300142)

摘要：天津是全國綜合性交通樞紐,市域南北交通網(wǎng)絡(luò)布局較為薄弱。隨著天津市城市化進程不斷加快,帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展加速,迫切需要加快南北交通布局及建設(shè);參照北京、上海等國際化大都市的市域快速鐵路的發(fā)展模式,結(jié)合天津市的軌道交通、城際網(wǎng)的規(guī)劃以及本線自身的特點,初步總結(jié)出了市域快速鐵路的規(guī)劃建設(shè)標準為設(shè)計速度200 km/h的雙線城際鐵路。

關(guān)鍵詞：市域快速鐵路；規(guī)劃建設(shè)；技術(shù)標準

薊縣至大港市域快速鐵路線縱貫天津南北區(qū)域，由國家著名旅游勝地薊縣至國家級新區(qū)——濱海新區(qū)，線路全長156.38 km，設(shè)站15個。

線路經(jīng)天津市的薊縣、寶坻區(qū)、寧河縣、北辰區(qū)、東麗區(qū)、津南區(qū)、濱海新區(qū)。北與國家一級干線京哈線設(shè)聯(lián)絡(luò)線，南在大港區(qū)預留與環(huán)渤海城際的并站條件。薊港線填補了天津市南北區(qū)域的快速鐵路的空白，且在北部可連接規(guī)劃津承鐵路、規(guī)劃薊縣至北京平谷線，南部與規(guī)劃環(huán)渤海城際在大港站共站，構(gòu)成了京津冀地區(qū)的區(qū)域城際鐵路的重要組成部分。薊縣至大港線路規(guī)劃示意見圖1。

圖1　薊縣至大港線路規(guī)劃示意

1功能定位

1.1修建本線是天津城市空間發(fā)展戰(zhàn)略的需要

根據(jù)《天津市空間發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》，天津城市定位目標為“國際港口城市、北方經(jīng)濟中心和生態(tài)城市”，依托京津冀，服務環(huán)渤海，面向東北亞，提出了“雙城雙港、相向拓展、一軸兩帶、南北生態(tài)”的城市布局總體戰(zhàn)略。

市域空間布局為“一軸兩帶三區(qū)”：一軸，“武清新城—中心城區(qū)—濱海新區(qū)核心區(qū)”；兩帶，“寧河、漢沽-濱海新區(qū)核心區(qū)-大港”的“西部城鎮(zhèn)發(fā)展帶”和“薊縣-寶坻-中心城區(qū)-靜?！钡摹皷|部濱海發(fā)展帶”；三區(qū)，北部、中部、南部生態(tài)保護區(qū)。天津市域空間結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2　天津市域空間結(jié)構(gòu)

規(guī)劃的薊縣—大港市域快線串聯(lián)并帶動城市發(fā)展主軸、西部城鎮(zhèn)發(fā)展帶和東部濱海發(fā)展帶3條天津市主要空間發(fā)展軸帶，增加“一軸兩帶”的外圍交點，引導城市空間結(jié)構(gòu)向合理的方向轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)對城市傳統(tǒng)集中式空間結(jié)構(gòu)的突破，建立空間相對分隔但交通快速連接的合理城市結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮交通對調(diào)整城市布局的能動作用。

1.2修建本線是促進天津市城市化進程和城鎮(zhèn)體系協(xié)調(diào)發(fā)展的需要

根據(jù)天津城鎮(zhèn)布局規(guī)劃，市域城鎮(zhèn)體系由“城市主副中心—新城—中心鎮(zhèn)—一般建制鎮(zhèn)”的四級城鎮(zhèn)體系構(gòu)成。新城、功能組團是天津城市發(fā)展軸和發(fā)展帶上的重要節(jié)點，是各區(qū)縣的政治、經(jīng)濟、文化中心或重要的功能區(qū)，是未來承擔疏解中心城區(qū)人口和功能，承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，帶動區(qū)域發(fā)展的中等規(guī)模的城市地區(qū)。天津市城鎮(zhèn)密集、城市化水平較高。城市的規(guī)模、空間結(jié)構(gòu)、居住分布形態(tài)等取決于出行距離和活動范圍，而出行距離又取決于城市的交通方式，因此，城市的發(fā)展與交通發(fā)展密不可分。軌道交通作為連接各城市組團間的大能力客運紐帶，對于引導城市發(fā)展方向、土地利用開發(fā)、城市形態(tài)發(fā)展等方面有著重大的影響力，對于促進城市功能完善也起著決定性的作用。

薊縣—大港市域快速鐵路的建設(shè)，可縮短天津市主輔城區(qū)、各功能組團間的時空距離，加強組團間在政治、經(jīng)濟、文化等多方面的聯(lián)系，帶動市域鐵路沿線新城、區(qū)縣的發(fā)展，實現(xiàn)新城資源開發(fā)和布局優(yōu)化；促進市域鐵路沿線新城之間的分工協(xié)作和經(jīng)濟文化交流，加強新城對其周圍地區(qū)的輻射作用和帶動效益，使新城產(chǎn)業(yè)特色分明、布局合理。同時，可以帶動沿線村鎮(zhèn)經(jīng)濟的發(fā)展，引導經(jīng)濟帶的形成，實現(xiàn)各組團間協(xié)調(diào)發(fā)展，對天津市經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的改變、城鎮(zhèn)體系的形成以及城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整將產(chǎn)生重要的影響。

1.3本項目是天津市軌道交通網(wǎng)的重要組成部分

在區(qū)域城際網(wǎng)和中心城區(qū)以及海河中游軌道網(wǎng)中是完善區(qū)域軌道網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重要線路，本線是對天津市城際網(wǎng)和軌道交通的補充和完善，主要作用如下。

(1)區(qū)域城際網(wǎng)中的京唐城際可以在京津新城站通過聯(lián)絡(luò)線或者共站跨線車換乘；環(huán)渤海城際可以直接在大港站共站通行跨線車；

(2)與中心城區(qū)軌道網(wǎng)，可以通過選線和規(guī)劃進行近距離換乘，銜接M6線通過外環(huán)東路站銜接換乘，M2(運營中)在空港經(jīng)濟區(qū)站銜接換乘；M3可以在北部新城站銜接換乘；M8線通過海河教育園站銜接換乘；與海河中游軌道網(wǎng)中C2線通過小站站銜接， C3線通過津南站銜接等。

(3)與其他的城際鐵路諸如津秦城際、津保城際、京津城際等可以通過在與中心城區(qū)的軌道如M2、M3直接在天津站、天津西站換乘城際。

(4)本線通過與城際網(wǎng)和城市軌道網(wǎng)的銜接將天津市域范圍內(nèi)南北向的主要客流節(jié)點銜接起來，可以便捷出入天津市中心城區(qū)，形成“城市主副中心—新城—城鎮(zhèn)”間的便捷客運通道(圖3)。

圖3　天津市城際網(wǎng)和軌道交通網(wǎng)示意

1.4國內(nèi)其他城市市域快速鐵路的發(fā)展情況

國內(nèi)已開通運營的城際鐵路，主要服務于中心城市間、中心城市與中小城市間，如京津城際(速度目標值350 km/h)、長吉城際(250 km/h)、滬寧滬杭城際(速度目標值300 km/h)，廣珠城際鐵路(200 km/h)；還有一種服務于中心城市與中小城鎮(zhèn)間的市郊快線，如利用既有線開行市郊列車的北京S2線(速度目標值160 km/h)、上海金山線(速度目標值160 km/h)。

1.4.1北京S2線

2008年8月6日開通，全程77 km，設(shè)站15個，線路情況：利用京包鐵路和康延支線，平原時速160 km，山地時速45 km。線路由北京北站始發(fā)，途經(jīng)海淀區(qū)、昌平區(qū)，至延慶縣延慶站。是北京第一條快速通勤鐵路運輸系統(tǒng)，日旅客輸送能力2萬人次。

1.4.2上海金山線

2012年1月開通，全長57 km，設(shè)站9個，最高速度160 km/h，每日36對，日平均客流1.2萬人次，高峰時段2萬人次，全程約0.5 h。

1.4.3經(jīng)驗總結(jié)

(1)城市快線能夠發(fā)揮核心城區(qū)的帶動作用，實現(xiàn)重點城區(qū)對一般城區(qū)的帶動。

(2)城市快線與核心城區(qū)地鐵網(wǎng)絡(luò)需要緊密銜接。

(3)城市快線通常需要接入核心城區(qū)重要樞紐節(jié)點，充分發(fā)揮核心城區(qū)樞紐交通優(yōu)勢。

(4)城市快線較市內(nèi)軌道交通站間距大。北京S2線平均站間距6 km，上海金山線平均站間距7 km。

(5)速度快，時效高。北京S2線160 km/h和上海金山線160 km/h。

1.4.4本線技術(shù)標準定位

本線從薊縣新城經(jīng)由寶坻新城、京津新城、北部新區(qū)、外環(huán)、教育園區(qū)至大港城區(qū)，屬于服務于市域組團間客流交流的快線鐵路，類似于北京S2線、上海金山線、廣珠城際，作為服務于市域組團的線路，故本線的速度目標值應在250 km/h以下，運行時分應控制在1 h內(nèi)。本線正線長度約156 km，故本線的速度目標值不應小于160 km/h。

通過市域快鐵實現(xiàn)中心城市功能有機疏解，加快城鎮(zhèn)化進程，引導城市布局理性增長，提高城市活力。本線不僅可以溝通市域南北極的人員和輕快物流需求，而且能滿足區(qū)域城際網(wǎng)以及中心軌道網(wǎng)的銜接換乘需要，在以天津市為中心的區(qū)域城際網(wǎng)和軌道網(wǎng)中發(fā)揮重要作用。

1.5本線功能定位

(1)服務市域內(nèi)南北長距離客運出行。

(2)提高市域南北通達性。

(3)帶動城市新城、外圍組團及示范園區(qū)發(fā)展。

(4)旅行速度>160 km/h，實現(xiàn)市域1 h生活圈。

(5)直接或間接溝通區(qū)域城際網(wǎng)，增強天津市的北方經(jīng)濟中心的地位。

2主要技術(shù)標準選擇

2.1鐵路等級

本線的功能定位為服務于天津市域內(nèi)南北組團與市區(qū)間、南北組團內(nèi)部的旅客交流為主的市域快速軌道交通線；本線預留延伸至北京平谷的條件，規(guī)劃預留與規(guī)劃津承鐵路、京唐城際鐵路、環(huán)渤海城際鐵路的銜接條件；本線開行城際動車組列車；因此鐵路等級應為城際鐵路。

2.2正線數(shù)目

本線開行高密度、小編組城際列車，列車采用公交化運行模式，因此為滿足速度、能力、服務頻率要求，須一次修建雙線。

2.3速度目標值比選

速度目標值決定了列車可能實現(xiàn)的最高運行速度，也直接影響項目的建設(shè)成本。影響速度目標值選擇的因素主要包括建設(shè)項目的功能定位、項目的工程建設(shè)成本及運營成本、運輸組織適應性三大方面。

2.3.1從項目的功能定位角度分析

根據(jù)本線的功能定位，速度目標值160～200 km/h是適宜的。故以下重點分析160 km/h與200 km/h兩個速度方案。

2.3.2運輸組織適應性分析

(1)時間目標值的適應性

本線的功能定位為實現(xiàn)南北市域1 h生活圈。經(jīng)過牽引計算模擬，兩方案從薊縣至大港的運行時分見表1，北部地區(qū)及南部地區(qū)通過本線并換乘其他軌道交通線路至市區(qū)的運行時分見表2。

表1　不同速度目標值南北間運行時分　min

表2　不同速度目標值至市區(qū)的運行時分　min

注：至市區(qū)時間以大站停時分為計算基礎(chǔ)

由表1可知，200 km/h直達較160 km/h直達列車快9 min，站站停時分相差為6 min。采用200 km/h速度目標值，北部地區(qū)乘客至市區(qū)在華明站站換乘，旅行時間最短可達43 min，考慮換乘其他軌道交通線路至市中心的時間為20 min，總時間約63 min；南部地區(qū)至市區(qū)在雙港站換乘，旅行時間約23 min，考慮換乘其他軌道交通線路至市中心的時間為20 min，總時間約43 min。采用160 km/h速度目標值，北部地區(qū)及南部地區(qū)至市區(qū)時間分別為70 min和45 min。

可見，采用200 km/h速度標準可以滿足南北市域間1 h生活圈要求。

(2)與車站分布的適應性

在一定的電機功率和編組條件下，車輛最高運行速度越高，其相對應的加速度、減速度就越小，列車加速、減速所需時間、走行距離越長。如果站間距較短，則列車發(fā)揮不出其最高運行速度的優(yōu)越性，其區(qū)間運行時分沒有明顯的優(yōu)勢，因此，站站停列車的最高運行速度與車站間距密切相關(guān)。

本線主要服務于南北組團與市區(qū)的客流交流，客流斷面呈現(xiàn)兩端高、中間低，南部組團客流斷面大于北部組團客流斷面。結(jié)合客流特點，計劃在高峰時段開行大站停列車和站站停列車，其余時段開行站站停列車。不同速度的加減速距離見表3。

表3　不同速度加減速度距離

一般當區(qū)間長度為加減速距離2倍以上時，列車在該區(qū)間50%以上可保持高速勻速運行，能發(fā)揮列車高速性能，提高設(shè)備運用效率。

本線全長約156 km，根據(jù)沿線城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃本線沿途共設(shè)車站15個，平均站間距為11.14 km，站間距大于8.6 km的區(qū)間有7個，大于15.8 km的區(qū)間有3個。由此可知，采用160 km/h的速度，能夠發(fā)揮列車高速性能的區(qū)間占總區(qū)間的50%，長度占總長的70%；采用200 km/h，能夠發(fā)揮列車高速性能的區(qū)間占總區(qū)間的21%，長度占總長的36%。

2.3.3從項目建設(shè)成本角度分析

鐵路項目建設(shè)成本高低的主要控制因素為鐵路主要技術(shù)標準，沿線地形和地質(zhì)條件，而決定主要技術(shù)標準的主要因素為設(shè)計速度目標值。根據(jù)上述速度目標值的定位分析，分別對160 km/h和200 km/h進行建設(shè)成本分析，具體詳見表4和表5。

200 km/h方案較160 km/h方案增加投資5.38億元。160 km/h方案一站直達列車全線運營時分73 min，200 km/h方案全線運營時分64 min，運行時分較160 km/h方案節(jié)省9 min，節(jié)時比為5 978萬元/min。

2.3.4小結(jié)

綜合上述分析，200 km/h方案與160 km/h方案線路走向基本相同，在投資上技術(shù)標準200 km/h方案要略高于160 km/h方案，但是對于一站直達和大站停車優(yōu)勢明顯，能夠很好地滿足南北組團間、南北組團至市區(qū)1 h的時間目標值，且投資較160 km/h方案增加不大，增加投資占總投資2.55%。結(jié)合本線功能定位為市域快速鐵路，較高的速度目標值能更好地提高市場競爭力和旅客運輸服務質(zhì)量，故推薦本線速度目標值為200 km/h。

表4　速度目標值主要建設(shè)標準比較

表5　不同速度目標值主要工程數(shù)量和投資比較

根據(jù)客流特征，本線將在高峰時段開行一定數(shù)量的大站停列車，其余時段開行站站停列車。根據(jù)200 km/h與160 km/h站站停方案的運行時分模擬結(jié)果，200 km/h速度方案較160 km/h速度運營時分省9 min，考慮兩車型單價相差不大，故站站停列車同樣采用200 km/h，利于縮短乘客出行時間，同時便于全線的運營組織與動車的養(yǎng)護維修。

2.4最大坡度選擇

2.4.1從技術(shù)標準方面分析

最大坡度標準對線路的走向、長度、工程投資、運營費用、牽引重量及輸送能力等都有較大的影響?？焖倏瓦\鐵路均采用大功率、輕型動車組，牽引和制動性能優(yōu)良，與內(nèi)燃牽引的客車相比能適應較大坡道上的運行。

國外高速客運鐵路通常采用的最大坡度在25‰～35‰，如德國標準為不超過40‰、法國為35‰；國際鐵路聯(lián)盟UIC實用技術(shù)標準(SII)350 km/h客專為35‰；日本標準最大坡度15‰～25‰等。

從我國高速動車組技術(shù)條件看，動車組具有優(yōu)良的牽引特性，CRp動車組在定員荷載下，當動車組失去25%動力時，仍可以在30‰坡道上起動。

《鐵路大型線路機械通用技術(shù)條件》(GB/T25337)要求，線路最大坡度30‰。

目前我國適用于200 km/h速度的動車組為CRH6-200，該機型已進入試車階段。根據(jù)行車仿真計算結(jié)果，CRH6-200型動車組在最大坡度上運行一定長度后的末速度見表6。

從表6看出，200 km/h動車，在20‰坡道上運行4 km后的末速度189 km/h，約為設(shè)計行車速度的94.5%，運行6 km后的末速度186 km/h，約為設(shè)計行車速度的93%；在25‰坡道上運行4 km后的末速度178 km/h，約為設(shè)計速度的89%；在30‰坡道上運行4 km后的末速度168 km/h，約為設(shè)計速度的84%，在35‰、40‰坡道上運行4 km后的末速度約為設(shè)計速度的78.5%和71.5%?？梢娫谄露却笥?0‰以后，速度損失急劇加大。

表6　CRH6-200型動車組在最大坡度上

2.4.2從動車組性能方面分析

本線采用新型CRH6-200動車組， 8輛編組，CRH6-200動車組在20‰的長大坡上，可以170 km/h的速度運行，速度損失15%；在25‰的長大坡上，可以150 km/h的速度運行，速度損失25%；在30‰的坡道上可以130 km/h的速度運行，速度損失35%?？梢?，電動車組在坡度大于20‰的長大坡度上，速度損失較多。

2.4.3從工程條件和立交情況分析

本線位于華北平原，控制高程多為公路、鐵路、防洪堤壩、城市立交橋等。雖然本線有城市隧道，造成坡度起伏，但最大坡度20‰可以適應，不會造成重大立交的改移和影響立交凈空的問題。如郊區(qū)大黃堡隧道，隧道進出口無重要道路，河流，線路采用最大坡度20‰達到了減少隧道長度的目的。又如東麗區(qū)空港經(jīng)濟區(qū)隧道，線路在上跨北環(huán)鐵路后，有足夠的長度下穿京津塘高速公路，地鐵2號線后在南側(cè)達到-29 m的高程，完全滿足北遠導航臺的防干擾的距離要求以及北塘排污河的河底高程至隧道結(jié)構(gòu)洞頂?shù)母餐烈?。上述隧道如果使?0‰的坡度會減少隧道和路基的長度，但同時增加了橋梁的長度，工程經(jīng)濟性相差不大。而如雙港隧道，受海河中游地方發(fā)展規(guī)劃和跨越海河影響，跨越海河后需要在規(guī)劃海河中游片區(qū)邊界內(nèi)入地，受高程影響采用30‰坡度才能更好地滿足入地要求。從全線地形分析，20‰、30‰的最大坡度均能適應地形變化條件。

結(jié)合本線地形條件、重大控制點以及動車組性能，推薦采用30‰的最大坡度。

2.5最小曲線半徑

根據(jù)《新建時速200～250 km客運專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》鐵建設(shè)(2005)140號的3.2.2條之規(guī)定，速度目標值200 km/h的情況下，最小曲線半徑為2 200 m，特殊困難情況下，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比選和審批后方可選擇2 000 m的半徑。

2.6線間距

根據(jù)《新建時速200～250 km客運專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)[2005]140號)的3.2.9條之規(guī)定，速度目標值200 km/h的情況下區(qū)間及站內(nèi)正線線間距為4.4 m。

2.7到發(fā)線有效長度

到發(fā)線有效長度考慮由站臺長度、安全防護距離、警沖標至絕緣節(jié)的距離組成。

(1)站臺長度：CRH6型動車組采用8輛標準編組，列車總長度為199.5 m，確定站臺長度200 m。

(2)安全防護距離：考慮測速測距誤差、司機確認停車點距離及動車組過走防護距離，確定安全防護距離≥95 m。

(3)警沖標至絕緣節(jié)的距離：根據(jù)目前第一輪對距離車頭的距離最長為4.85 m，確定警沖標至絕緣節(jié)的距離為5 m。

因此CRH6-200型的到發(fā)線有效長度計算為： 8輛編組時(5+95) m×2+200 m=400 m。

3結(jié)論

綜上所述，薊縣至大港快速鐵路的規(guī)劃建設(shè)可實現(xiàn)天津作為特大型中心城市功能有機疏解，加快郊區(qū)郊縣城鎮(zhèn)化進程，宜按速度200 km/h城際鐵路標準規(guī)劃建設(shè)。經(jīng)比選建議主要技術(shù)標準如下。

鐵路等級：城際鐵路；

正線數(shù)目：雙線；

設(shè)計行車速度：最高速度200 km/h；

最大坡度：30‰；

最小曲線半徑：一般2 200 m，特殊困難2 000 m；限速地段結(jié)合運行速度確定；

線間距：4.4 m；

到發(fā)線有效長度:400 m；

牽引種類：電力動車組。

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Research on Technical Standards for Planning and Construction of Urban Express Railway from Jixian to DagangXiong Wei

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300251, China)

Abstract：Tianjin is a national comprehensive transportation hub, and the city’s transportation in north-south direction is insufficient. Along with the rapid development of Tianjin urbanization to accelerate and promote regional economy, it is urgently needed to speed up the construction of the north-south traffic. With reference to the development of express railways of Beijing and Shanghai, and in view of the planning of the rail transit and inter-city network of Tianjin, and the local conditions of the line from Jixian to Dagang, it is suggested initially to build a double-line inter-city express railway at the designed speed of 200 km/h.

Key words：Urban express railway； Planning and construction； Technical standard

中圖分類號：U239.5

文獻標識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.02.005

文章編號：1004-2954(2015)02-0017-06

作者簡介：熊偉(1983—)，男，工程師，2006年畢業(yè)于蘭州交通大學土木工程專業(yè)，工學學士，E-mail：273435966@qq.com。

收稿日期：2014-07-14； 修回日期：2014-11-04