溫州市域鐵路交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

杜運(yùn)國(guó)

(溫州市鐵路與軌道交通投資集團(tuán)有限公司,浙江溫州 325000)

溫州市域鐵路交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

杜運(yùn)國(guó)

(溫州市鐵路與軌道交通投資集團(tuán)有限公司,浙江溫州 325000)

市域鐵路是解決市域范圍交通需求的有效途徑。介紹溫州軌道交通發(fā)展模式,車(chē)輛、限界設(shè)計(jì)、行車(chē)組織、車(chē)站建筑、橋梁結(jié)構(gòu)、軌道工程、供電系統(tǒng)、信號(hào)體系、通信技術(shù)等市域鐵路關(guān)鍵技術(shù)；從運(yùn)輸能力、線路條件、設(shè)備技術(shù)條件和投資效應(yīng)等角度,分析市域鐵路與中等城市的適應(yīng)性。溫州市域鐵路是一種新模式,采取城軌運(yùn)行模式,集合國(guó)鐵乘坐舒適度和地鐵的便捷性,具有行車(chē)速度高、運(yùn)能大的特點(diǎn)。

市域鐵路；軌道交通；關(guān)鍵技術(shù)；適應(yīng)性分析

隨著大中城市交通量的迅速增加，普通公交線路已經(jīng)無(wú)法滿足需求，具有節(jié)能環(huán)保、容量大、速度快、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)的快速軌道交通系統(tǒng)理應(yīng)成為滿足新增交通需求并引導(dǎo)城市健康可持續(xù)發(fā)展的首選[1]。隨著溫州城市的快速發(fā)展，從城市總體發(fā)展、交通出行、城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、生態(tài)建設(shè)等方面都迫切需要建設(shè)軌道交通。市域鐵路作為資源節(jié)約、環(huán)境友好、安全便捷的大容量公共交通方式，已成為解決交通需求的有效途徑[2]。溫州軌道交通線網(wǎng)歷經(jīng)地鐵制式和市域鐵路綜合對(duì)比，考慮溫州組團(tuán)城市格局和溫州財(cái)力，經(jīng)過(guò)多次專(zhuān)家論證最終選擇了市域鐵路模式。市域鐵路將城市市區(qū)以外的多個(gè)點(diǎn)或組團(tuán)與城市邊緣的交通接口連接起來(lái)，具有內(nèi)聚外聯(lián)的功能[3]。市域鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在地鐵的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，現(xiàn)就溫州的經(jīng)驗(yàn)做一介紹，望能為類(lèi)似城市提供借鑒。

1 溫州市域鐵路概況

《溫州市域軌道交通線網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃》推薦線網(wǎng)由6條線組成，線路總長(zhǎng)361.8 km，設(shè)站128座，其中換乘站14座。推薦線網(wǎng)中市域線4條[4]，線路長(zhǎng)269.3 km；市區(qū)線2條，線路長(zhǎng)92.5 km，見(jiàn)圖1。市域線以“沿海+沿江”十字布局為骨架，連接樂(lè)清、瑞安、半島、龍灣，橫貫未來(lái)都市核心區(qū)兩大中心，以及溫州南、永強(qiáng)機(jī)場(chǎng)等重要對(duì)外交通樞紐，縱穿沿海產(chǎn)業(yè)帶，是支撐未來(lái)溫州都市區(qū)發(fā)展的骨架。在“十”字形骨架基礎(chǔ)上，為強(qiáng)化城區(qū)與瑞安組團(tuán)快速聯(lián)系和促進(jìn)甌江北岸發(fā)展，永嘉經(jīng)城區(qū)至瑞安組團(tuán)通道和沿甌江北岸布局2條市域線，最終市域線形成十字加密型線網(wǎng)構(gòu)架。

2 溫州市域軌道交通發(fā)展模式

市域鐵路的功能：一是配合和引導(dǎo)城市發(fā)展；二是作為市區(qū)與衛(wèi)星城市間的公共交通，滿足和方便了客運(yùn)交通的需求[5]。溫州市域軌道交通充分借鑒學(xué)習(xí)香港“地鐵+物業(yè)”經(jīng)驗(yàn)，以交通引導(dǎo)城市發(fā)展，努力打造溫州城鎮(zhèn)群構(gòu)建的都市圈；以“軌道交通+新型城鎮(zhèn)化”推進(jìn)市域鐵路建設(shè)；實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)周邊三級(jí)開(kāi)發(fā)：即站區(qū)半徑200 m， TOD核心區(qū)半徑500 m，TOD社區(qū)半徑1 000 m。努力打造“半小時(shí)市區(qū)圈，一小時(shí)市域圈”，實(shí)現(xiàn)“甌江時(shí)代”向“東海時(shí)代”跨越；做強(qiáng)產(chǎn)業(yè)集聚，打造智慧城市，重塑城市形象，做大、做強(qiáng)、做美、做活溫州。市域鐵路貫穿市區(qū)及郊區(qū)，途經(jīng)地段必然引起人口集聚、帶動(dòng)站點(diǎn)周邊建設(shè)，進(jìn)而促進(jìn)城市發(fā)展[6]。

3 溫州市域鐵路關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新

3.1 S1線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

S1線西起甌海區(qū)潘橋鎮(zhèn)，東至靈昆島半島二站，線路全長(zhǎng)53 km，橋隧比96.3%；全線車(chē)站20座，站間距平均2.7 km；于桐嶺站設(shè)停車(chē)場(chǎng)1處，靈昆設(shè)車(chē)輛段1處，在溫州站邊設(shè)控制中心。S1線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

3.2 市域鐵路關(guān)鍵技術(shù)

(1)線路敷設(shè)方式

表1 S1線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

合理的線路敷設(shè)方式可以引導(dǎo)城市發(fā)展，優(yōu)化城市格局，完善城市功能[7]。地鐵一般以地下線為主，投資大(8～10億元/km)；工程施工風(fēng)險(xiǎn)高；溫州市域鐵路線路以高架為主，輔以少量地下線，提高了乘客的舒適度，降低工程造價(jià)(3～4億元/km)。

(2)市域動(dòng)車(chē)組

為了選定市域車(chē)，歷經(jīng)了2年多的磨練和專(zhuān)家咨詢審查，最終借助動(dòng)車(chē)技術(shù)平臺(tái)做減法、降速改造，設(shè)計(jì)出一款適應(yīng)市域鐵路的新車(chē)，其主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

全新設(shè)計(jì)的溫州市域動(dòng)車(chē)組集合了干線動(dòng)車(chē)組和地鐵車(chē)輛的優(yōu)勢(shì)，既具備載客能力大、快速乘降、快起快停和爬坡能力強(qiáng)等傳統(tǒng)地鐵車(chē)輛的特點(diǎn)，又具備速度高、旅行時(shí)間短、舒適性高等干線動(dòng)車(chē)組的優(yōu)勢(shì)，整車(chē)國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)85%，采取點(diǎn)連式ATC控制體系。

表2 市域車(chē)與城軌等車(chē)對(duì)比

溫州市域動(dòng)車(chē)組方案創(chuàng)新性地融合集成、系統(tǒng)提升動(dòng)車(chē)組和城軌地鐵的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，既具有動(dòng)車(chē)組一定的高速持續(xù)運(yùn)營(yíng)能力，又具有適應(yīng)城軌地鐵運(yùn)輸組織模式的能力。市域車(chē)輛綜合了動(dòng)車(chē)組和地鐵的優(yōu)點(diǎn)，填補(bǔ)了120～140 km/h速度等級(jí)空白?？褪覍挸ㄍㄍ福褪易尾捎每v向與橫向結(jié)合的方式，最大程度滿足了乘坐舒適性要求。

(3)限界設(shè)計(jì)

市域鐵路以CRH動(dòng)車(chē)組動(dòng)態(tài)包絡(luò)線為基礎(chǔ)確定本線車(chē)輛限界，借鑒《地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)》引入設(shè)備限界的概念，并參照地鐵限界中設(shè)備限界與軌旁設(shè)備之間的安全距離并放大20%確定區(qū)間、站臺(tái)建筑限界及管線設(shè)備布置原則。

(4)行車(chē)組織

行車(chē)組織是軌道交通運(yùn)營(yíng)管理中重要的工作環(huán)節(jié)[8]。溫州市域鐵路S1線采用公交化，站站停列車(chē)模式；左側(cè)行車(chē)，站席標(biāo)準(zhǔn)采用5人/m2；平均乘距13～16 km，最高速度為120 km/h；初期4輛編組，近、遠(yuǎn)期6輛編組。

(5)車(chē)站建筑

車(chē)站是軌道交通設(shè)計(jì)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，旅客出行的集聚、換乘均需要通過(guò)車(chē)站，它的設(shè)計(jì)成敗將直接影響整個(gè)軌道交通系統(tǒng)功能的發(fā)揮[9]。溫州市域鐵路S1線一期開(kāi)站19座，車(chē)站形式以高架站為主，輔以地面站、地下站，換乘站站型見(jiàn)圖2和圖3?？紤]橋建合一的高架站振動(dòng)對(duì)旅客使用的影響問(wèn)題，原則上采用橋建分離的建筑形式，軌道梁下方樓板采用屋面做法。

(6)橋梁結(jié)構(gòu)

溫州市域鐵路橋梁設(shè)計(jì)活載標(biāo)準(zhǔn)圖式采用ZS活載，溫州市域鐵路突破傳統(tǒng)鐵路橋梁荷載體系創(chuàng)新ZS荷載體系(約0.4UIC)(圖4)，降低了橋梁自身結(jié)構(gòu)尺寸，標(biāo)準(zhǔn)跨度設(shè)置為35 m；采取造型纖細(xì)的花瓶結(jié)構(gòu)，有利于城市市政道路橫穿、同行，美觀大方，成為城市一道不可多得的風(fēng)景線(圖5)。

圖2 地下兩層雙島式站

圖3 高架兩層雙島式站

圖4 ZS活載(單位：m)

(7)軌道工程

溫州市域鐵路S1線軌道采用無(wú)砟軌道、雙塊式軌枕，一次鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路。在市域鐵路軌道交通中，道岔是軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，影響線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[10]。溫州市域鐵路S1線正線軌道采用12號(hào)可動(dòng)心軌道岔，按環(huán)評(píng)要求提高5 dB標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軌道減振設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)斷面見(jiàn)圖6。溫州市域鐵路軌道減振地段占全線80%以上，中等減振占全線70%以上。中等減振扣件在速度120 km/h及軸重17 t的條件應(yīng)用下，減振5～8 dB，動(dòng)態(tài)垂向位移小(≤0.001 5 mm)。

圖6 高架線雙塊式無(wú)砟軌道

(8)供電系統(tǒng)

城市軌道交通供電系統(tǒng)是城市軌道交通的能源總補(bǔ)給線，它直接影響城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)[11]。溫州市域鐵路牽引供電采用交流25 kV供電，電力(動(dòng)力照明)供電采用集中供電且環(huán)網(wǎng)為20 kV。牽引供電系統(tǒng)采用了同相供電技術(shù)。同相供電技術(shù)能夠降低電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響，提高列車(chē)再生能量利用率、提升旅客舒適度(列車(chē)過(guò)分相時(shí)會(huì)失電、失速)、節(jié)省后期的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。同相供電技術(shù)和電力供電20 kV環(huán)網(wǎng)均是首次在市域鐵路或城市軌道交通采用。

(9)信號(hào)體系

點(diǎn)式ATC系統(tǒng)在城市軌道交通中，已被獨(dú)立采用或者作為CBTC系統(tǒng)的降級(jí)模式使用[12]。溫州市域鐵路S1線信號(hào)控制系統(tǒng)采用基于ETCS-1的點(diǎn)式ATC系統(tǒng)平臺(tái)，支持ATO自動(dòng)駕駛、無(wú)人自動(dòng)折返，支持站臺(tái)區(qū)及站臺(tái)接近區(qū)的車(chē)地連續(xù)安全防護(hù)，支持屏蔽門(mén)/安全門(mén)聯(lián)動(dòng)控制、臨時(shí)限速；采用標(biāo)準(zhǔn)的軌旁接口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)線路的互聯(lián)互通，運(yùn)營(yíng)間隔2.5 min，支持120～140 km/h目標(biāo)速度；預(yù)留CBTC系統(tǒng)接口條件，遠(yuǎn)期只需增加區(qū)間車(chē)地通信覆蓋即可升級(jí)為CBTC系統(tǒng)。

(10)通信技術(shù)

溫州市域鐵路采用目前主流的無(wú)線通信技術(shù)，以TD-LTE技術(shù)為核心；系統(tǒng)可靠性高，設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單，無(wú)線設(shè)備采用專(zhuān)網(wǎng)頻點(diǎn)，避免同其他各種無(wú)線系統(tǒng)的干擾所帶來(lái)的安全隱患。充分利用TD-LTE通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)市域車(chē)輛PIS系統(tǒng)、CCTV視頻監(jiān)控信息的車(chē)地?cái)?shù)據(jù)交互。并實(shí)現(xiàn)基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的主動(dòng)運(yùn)維信息服務(wù)，滿足市域車(chē)輛運(yùn)行指揮及沿線工作人員日常運(yùn)營(yíng)、設(shè)備維護(hù)、事故維修的多媒體寬帶通信要求。TD-LTE系統(tǒng)特點(diǎn)如下。

①技術(shù)領(lǐng)先。高帶寬，帶來(lái)更豐富的業(yè)務(wù)支撐能力；大覆蓋，降低站點(diǎn)數(shù)，減少投資；低時(shí)延，保證更好的用戶體驗(yàn)；更安全，先進(jìn)的安全機(jī)制，支持信息敏感行業(yè)應(yīng)用。

②頻譜豐富。LTE頻譜資源豐富，TD-LTE不需要對(duì)稱性；受到政府支持，易于申請(qǐng)；頻譜利用率高，投資回報(bào)率更高。

③時(shí)隙配比靈活。TD-LTE可靈活配置上下行時(shí)隙，可量身定制上下行帶寬。尤其適合視頻集群以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等上下行不對(duì)稱的多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

④產(chǎn)業(yè)鏈。LTE已具備從芯片、終端，系統(tǒng)到核心網(wǎng)端到端，完善的商用產(chǎn) 業(yè)鏈布局；全球規(guī)模商用部署蓬勃展開(kāi)。

4 市域鐵路交通系統(tǒng)適應(yīng)性分析

4.1 運(yùn)輸能力

溫州市域鐵路遠(yuǎn)期高峰小時(shí)單向最大斷面客流量預(yù)測(cè)為3.07萬(wàn)人次，屬中大運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力為6輛編組24對(duì)/h，遠(yuǎn)期高峰小時(shí)單向最大斷面客流量為3.07萬(wàn)人次/h，遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)輸送能力為3.37萬(wàn)人次/h，利用率為91.1%。溫州市域鐵路運(yùn)輸能力適用城市骨干網(wǎng)和組團(tuán)間主客流通道。

4.2 線路條件

(1)功能定位

溫州市域線路功能定位是為了合理利用土地，改善城市綜合交通，拉大城市發(fā)展框架、擴(kuò)展城市發(fā)展空間，建立中心城區(qū)內(nèi)部各組團(tuán)間快速客運(yùn)聯(lián)系通道，建立中心城區(qū)與外圍組團(tuán)及外圍組團(tuán)間快速客運(yùn)聯(lián)系通道，建立溫州南、機(jī)場(chǎng)、永嘉等主要對(duì)外聯(lián)系節(jié)點(diǎn)。溫州市域鐵路以“軌道+新型城鎮(zhèn)化”為理念，創(chuàng)造全新的溫州大都市，有助于引導(dǎo)城市發(fā)展、搭建溫州“一核四城”、“1650”大都市區(qū)總體框架。

(2)線路技術(shù)條件

溫州市域鐵路速度目標(biāo)值120～140 km/h；最小曲線半徑為800 m，局部限速半徑為400 m；區(qū)間最大坡度一般地段為20‰，困難地段為30‰，線間距4.0 m。市域鐵路曲線地段按要求加寬，正線線路縱斷面宜設(shè)計(jì)為較長(zhǎng)的坡段，坡段長(zhǎng)度一般不小于400 m，困難條件下不得小于300 m；道岔宜設(shè)在不大于5‰的坡道上，在困難地段可設(shè)在不大于10‰的坡道上。市域鐵路線路條件要求高于城市軌道交通，較適合組團(tuán)式、舒適度要求較高的城市。

4.3 設(shè)備技術(shù)條件

溫州市域鐵路作為全國(guó)新型產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)示范工程，示范內(nèi)容主要包含自主化城際動(dòng)車(chē)組、點(diǎn)式ATC信號(hào)、同相供電、基于TD-LTE通信技術(shù)。以上四項(xiàng)技術(shù)將引領(lǐng)城市軌道裝備發(fā)展，實(shí)現(xiàn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)自主化、國(guó)產(chǎn)化，適用于各大城市。

4.4 投資效益條件

參考目前國(guó)內(nèi)市域軌道交通造價(jià)，考慮到近年來(lái)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化水平的提高，結(jié)合溫州市政建設(shè)投資成本，預(yù)計(jì)溫州市域軌道交通的綜合造價(jià)在3.5億元/km左右。市域鐵路綜合造價(jià)較適合財(cái)力不豐厚的中小城市。

5 結(jié)論與建議

(1)溫州在城市軌道交通規(guī)劃過(guò)程中，結(jié)合城市遠(yuǎn)景規(guī)劃，以交通引導(dǎo)城市發(fā)展，以“軌道交通+新型城鎮(zhèn)化”推進(jìn)市域鐵路建設(shè)。城市發(fā)展軌道交通需要足夠重視城市軌道交通路網(wǎng)的規(guī)劃，不僅需要著眼于初、近、遠(yuǎn)期，還應(yīng)考慮遠(yuǎn)景規(guī)劃，確保城市軌道交通持續(xù)有序的發(fā)展，系統(tǒng)制式的選擇、軌道交通工程的設(shè)計(jì)能從全局來(lái)思考，處理好節(jié)點(diǎn)和資源共享的問(wèn)題。

(2)從溫州選擇市域鐵路系統(tǒng)作為城市軌道交通模式的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，軌道交通投資大、運(yùn)營(yíng)成本高，城市發(fā)展軌道交通需要充分開(kāi)展前期研究，不宜直接套用其他城市模式，應(yīng)從城市財(cái)力、資源、地質(zhì)、客流、城市聚集效應(yīng)、交通等諸多方面綜合考慮，探究適合自身發(fā)展之路。

(3)國(guó)家有關(guān)部門(mén)及國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)和制造商應(yīng)進(jìn)一步加大協(xié)調(diào)管理、研究開(kāi)發(fā)和資金投入力度，不斷提高設(shè)備國(guó)產(chǎn)化水平，降低運(yùn)營(yíng)成本，逐步建立我國(guó)自主市域鐵路知識(shí)產(chǎn)權(quán)并形成市域軌道交通產(chǎn)業(yè)，從而推動(dòng)我國(guó)市域鐵路發(fā)展，使之成為環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的交通方式。

(4)鑒于目前溫州市域鐵路是一種新模式，采取城軌運(yùn)行模式，集合國(guó)鐵乘坐舒適度和地鐵的便捷性，技術(shù)體系尚不完善，尚需國(guó)家層面給予大力支持和關(guān)注，搭建平臺(tái)，確保該制式走入良性軌道。鑒于市域鐵路行車(chē)速度高、運(yùn)能大的特點(diǎn)，作為城市軌道交通框架線路優(yōu)勢(shì)明顯，值得各大城市吸收借鑒。

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Analysis of Key Technologies of Wenzhou Regional Rail Transit System

DU Yun-guo

(Wenzhou Railway and Mass Transit Investment Group Co., Ltd., Wenzhou 32500, China)

Regional rail transit is an effective way to meet the municipal regional traffic demand. This paper introduces some key technologies related to Wenzhou regional rail transit system in perspectives of development model, vehicle, limit design, organization of train operation, station architecture, bridge structure, track works, signal system and communication; and analyzes the adaptability of regional railway to medium-sized city in terms of transportation capability, track conditions, equipment technical conditions and investment effect. Wenzhou regional rail transit is a kind of new pattern supported by urban rail operation and characterized by the combination of the comfort offered by state railway with the convenience of the subway, and high speed and large capacity.

Regional rail transit; Rail transit; Key technology; Adaptability analysis

2015-05-08；

2015-06-11

溫州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(G20140021)

杜運(yùn)國(guó)(1976—)，男，高級(jí)工程師，2000年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院交通土建工程專(zhuān)業(yè)，E-mail:530777879@qq.com。

1004-2954(2015)12-0027-04

U239.5

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.12.007