銀川至西安鐵路客運專線速度目標(biāo)值研究

陸　磊

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

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銀川至西安鐵路客運專線速度目標(biāo)值研究

陸磊

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，西安710043)

摘要：銀川至西安鐵路客運專線主要承擔(dān)寧夏、蒙西及沿線地區(qū)與陜西及中東部地區(qū)間的快捷客運任務(wù)，兩端兼顧城際客流的出行需求，速度目標(biāo)值的選擇尤為重要。為確定合理的速度目標(biāo)值，綜合考慮本項目的功能定位、時間目標(biāo)值、沿線客流水平、投資效益，結(jié)合相鄰路網(wǎng)協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展協(xié)調(diào)性等多方面因素，采用250 km/h預(yù)留350 km/h速度目標(biāo)值方案，可較好地適應(yīng)近、遠(yuǎn)期客運需求，與經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展水平協(xié)調(diào)較好，與區(qū)域路網(wǎng)相協(xié)調(diào)，工程規(guī)模及投資水平適中，綜合效益較優(yōu)。

關(guān)鍵詞：銀川至西安鐵路客運專線；速度目標(biāo)值；功能定位；投資效益；路網(wǎng)協(xié)調(diào)性

新建銀川至西安鐵路位于陜西、甘肅及寧夏自治區(qū)等三省(區(qū))境內(nèi)，連接關(guān)天經(jīng)濟(jì)區(qū)、隴東地區(qū)和沿黃城市帶，縱貫黃土高原南北。線路南起西北地區(qū)中心城市西安，向西北經(jīng)陜西省咸陽市、甘肅省慶陽市、寧夏自治區(qū)吳忠市后接入寧夏自治區(qū)首府銀川市。正線長度616.55 km，其中陜西省境內(nèi)162.37 km，甘肅省境內(nèi)272.74 km，寧夏自治區(qū)境內(nèi)181.44 km[1]。

1線路在路網(wǎng)中的功能與作用

銀川至西安客運專線主要承擔(dān)寧夏、蒙西、隴東地區(qū)與陜西及中東部地區(qū)間的快捷客運任務(wù)，兩端兼顧城際客流的出行需求，是連接以銀川為中心的沿黃城市帶與以西安為中心的關(guān)中天水經(jīng)濟(jì)區(qū)的快捷通道，國家快速鐵路網(wǎng)的組成部分；是加快寧夏內(nèi)陸經(jīng)濟(jì)開放實驗區(qū)開發(fā)開放，振興陜甘寧革命老區(qū)，促進(jìn)沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要交通基礎(chǔ)設(shè)施。

項目南端通過西安樞紐與徐蘭、西成、大西等客運專線鐵路銜接，連通華東、中南、西南等廣大地區(qū)；中部與太中銀鐵路等相連，北端通過包蘭通道及銀川地區(qū)輻射寧夏自治區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)西部。項目兩端連接省會城市和區(qū)域城市群，途經(jīng)慶陽、吳忠等革命老區(qū)和多民族聚集區(qū)，徑路順直便捷，區(qū)位條件優(yōu)越。

同時，本線在路網(wǎng)中連接起“沿黃城市帶”和關(guān)中城市群重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點和中心城市，項目建成后可使兩大城市群中心城市間旅客出行時間由現(xiàn)狀的逾14h壓縮至4 h內(nèi)，成為沿黃城市帶和關(guān)中城市群間的便捷快速客運通道。

2時間目標(biāo)值的選擇

2.1客流構(gòu)成及出行特點

對于本線及跨線客流來說，現(xiàn)狀銀川及以遠(yuǎn)與西安及以遠(yuǎn)間的跨線客流可占通道內(nèi)總客運量的85%以上，但隨著未來沿黃城市帶和關(guān)中城市群協(xié)調(diào)發(fā)展的進(jìn)一步深化，加之沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，區(qū)內(nèi)旅客交流增長明顯，可占本線總客運量的30%左右；屆時本線跨線客流占比約為70%，其中蒙西、寧夏地區(qū)至西南地區(qū)的旅客交流所占比為35%～40%，至我國中南、華東地區(qū)的客運量占比為60%～65%。

除承擔(dān)本線及跨線客流外，本線還需承擔(dān)兩端寧夏城市群和關(guān)中城市群城際客流出行。其中北段銀川-吳忠段將承擔(dān)銀川至吳忠、中衛(wèi)、固原方向的城際旅客出行，故本段客流密度構(gòu)成中城際客流比重較大，可占區(qū)段客流密度總量的40%～50%；此外，本段內(nèi)跨線客流和本線客流較線路中段有所下降，其中跨線客流占比約為40%，本線客流比例為10%～12%。項目南段方面，本線可承擔(dān)西安至彬縣、法門寺方向的城際旅客出行，該段客流密度中城際客流比重約為40%～45%，跨線旅客出行量占比為35%～40%，本線旅客出行量占比為15%～25%。

2.2時間目標(biāo)值選擇

s2.2.1不同運輸方式旅行時間分析

本區(qū)域運輸市場主要有高速公路、航空、鐵路競爭。研究年度通道內(nèi)其他運輸方式旅行時間見表1。

表1　各種運輸方式旅行時間比較

2.2.2綜合交通體系對時間目標(biāo)值的要求

鐵路要在短途旅客運輸競爭中具有明顯優(yōu)勢，必須在旅行時間上較公路有較大節(jié)省。在中長途旅客競爭中，旅客選擇不同的交通運輸工具主要出于對速度、安全、經(jīng)濟(jì)及舒適性的比較，客運專線的優(yōu)勢主要是運輸安全、全天候和適當(dāng)?shù)钠眱r，但旅行時間不能處于明顯劣勢。從表1可知，銀川至西安高速公路總旅行時間8.5 h，航空銀川至西安總旅行時間3.9 h。因此，銀川至西安鐵路總旅行時間若控制在4 h內(nèi)，并發(fā)揮鐵路全天候、低費用等優(yōu)勢，與銀川至西安的航空運輸具有較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。

2.2.3滿足城際客流需求的時間目標(biāo)值

根據(jù)寧夏自治區(qū)城際鐵路發(fā)展規(guī)劃，銀川至吳忠城際鐵路應(yīng)滿足銀川與周邊城鎮(zhèn)寧東、青銅峽之間形成0.5 h交通圈，銀川至中衛(wèi)、同心1.5 h、銀川至固原3 h時間目標(biāo)值。綜合考慮，銀川至吳忠段時間目標(biāo)值宜為0.5 h。

根據(jù)關(guān)中城際鐵路網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，研究年度關(guān)中地區(qū)將形成以西安為中心通達(dá)區(qū)內(nèi)主要城鎮(zhèn)的1 h交通圈，為實施城市群戰(zhàn)略，加快推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，將形成以西安為中心至渭南、藍(lán)田、富平等較近城市的“半小時經(jīng)濟(jì)圈”。為滿足未來城鎮(zhèn)發(fā)展需求，綜合考慮西安北至乾縣的時間目標(biāo)值宜為0.5 h左右。

3速度目標(biāo)值方案比選

3.1方案構(gòu)成

目前國內(nèi)已開通運營的客運專線大部分采用250～350 km/h的速度目標(biāo)值，本線路網(wǎng)相鄰鐵路中鄭西、西成客運專線設(shè)計速度分別為350、250 km/h[2]，關(guān)中城市群城際鐵路網(wǎng)、沿黃城市帶城際鐵路網(wǎng)設(shè)計速度為200～250 km/h，既有線太中銀、寧西、西康等鐵路速度目標(biāo)值基本為160～200 km/h[3]。

綜合考慮本線運輸需求和功能定位、運輸組織模式和現(xiàn)行技術(shù)政策，結(jié)合相鄰線設(shè)計速度、本線工程條件及投資等因素，主要研究了250 km/h、250 km/h預(yù)留350 km/h以及350 km/h 3個速度目標(biāo)值方案。

3.2方案說明

3個方案線路走向相同，主要差別于線路平縱斷面標(biāo)準(zhǔn)和軌道結(jié)構(gòu)形式，以及與線路標(biāo)準(zhǔn)、軌道類型相匹配的工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；按照新技規(guī)(2014年7月頒布)的要求，各方案列控系統(tǒng)均采用CTCS-3系統(tǒng)[4]，故站后配套相差不大。

不同速度目標(biāo)值方案主要建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。

250 km/h方案：線路設(shè)計速度250 km/h。正線最小曲線半徑4 000 m，最大坡度20‰、困難時不大于30‰；區(qū)間正線間距離4.6 m，直線段路基面寬度13.4 m，隧道軌面以上有效凈空面積不小87 m2，橋梁采用箱梁[5]；除1 km/h以上的隧道地段外，其他路段鋪設(shè)有砟軌道，路基工后沉降按不大于100 mm控制。采用CTCS-3級列控系統(tǒng)，牽引供電系統(tǒng)按照250 km/h客運專線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

表2　不同速度目標(biāo)值方案主要建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

該方案全線正線長度617.85 km，客車運行時分3.1 h，共設(shè)車站20處，橋隧長度359.65 km，橋隧比58.2%；總投資784.6億元。

250 km/h預(yù)留350 km/h方案：線路設(shè)計速度250 km/h，預(yù)留提速至350 km/h的條件。正線最小曲線半徑7 000 m，最大坡度20‰、困難時不大于30‰；線間距離5.0 m，直線路段路基面寬度13.8 m，隧道軌面以上有效凈空面積不小100 m2，橋梁采用箱梁；除橋隧集中路段鋪設(shè)無砟軌道外，其他路段鋪設(shè)有砟軌道，路基工后沉降不大于100 mm(250 km/h有砟軌道要求)。采用CTCS-3級列控系統(tǒng)，牽引供電系統(tǒng)按照250 km/h客運專線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計并預(yù)留擴(kuò)容條件。

全線正線長度616.55 km，近期客車運行時分3.1 h，提速后可縮短至2.2 h，共設(shè)車站20處，橋隧長度388.25 km，橋隧比62.97%；總投資823.4億元。

該方案鋪設(shè)有砟軌道，具有基礎(chǔ)變形適應(yīng)能力強(qiáng)、修復(fù)時間短、自動化及機(jī)械化維修效率高；遠(yuǎn)期提速后軌道超高和幾何狀態(tài)調(diào)整簡單快速，但軌道平順保持性差[6]，工務(wù)維修量大，可能引起道砟飛濺，可通過優(yōu)化道砟級配及道床表面噴灑一定量的道砟膠等措施控制道砟飛濺[7-9]。該方案也可采用無砟軌道，投資增加約85億元，項目總投資為909億元。

350 km/h方案：線路設(shè)計速度350 km/h，開通后即達(dá)速運營。線路平縱斷面標(biāo)準(zhǔn)、線間距離及路基寬度、隧道斷面、梁型、信號系統(tǒng)等均與250 km/h預(yù)留350 km/h方案相同，但全線采用無砟軌道，路基工后沉降不大于15 mm[10]；沿線大部分路段地基具有自重濕陷性，濕陷等級Ⅱ～Ⅳ級，濕陷厚度為5～33 m，如果填方高度超過6 m，路基含上附屬工程的造價基本與橋的造價相當(dāng)，全線有108 km路基地段需改為橋梁工程[11-13]；牽引供電系統(tǒng)按照350 km/h客運專線標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

全線正線長度616.55 km，客車運行時分2.2 h，共設(shè)車站20處，橋隧長度496.86 km，橋隧比80.6%；總投資910.2億元。

3.3綜合分析與比選

3.3.1各方案運行時間比較

各方案線路長度及客車運行時分詳見表3。由表3可見，250 km/h方案全線運行時分為185.4 min，350 km/h方案運行時分為132 min，較250 km/h方案可縮短約53 min；250 km/h、預(yù)留350 km/h方案運行時分近期與250 km/h方案相同，將來提速至350 km/h后可縮短運行時間約53 min。

表3　不同設(shè)計速度方案主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)特征比較

3.3.2不同設(shè)計速度方案對項目客流水平的影響分析

項目吸引區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后于全國水平，城鎮(zhèn)化水平和旅客收入與支付水平仍然較低，對交通出行票價較為敏感，因此不同的在途時間是影響本項目客流水平的因素[14]。經(jīng)分析，不同方案各路段客流密度詳見表4。

表4　不同設(shè)計速度方案區(qū)段客流密度比較　萬人次/年

注：括號內(nèi)為各方案相對于預(yù)留350 km/h方案的差值。

由表4可見， 近期250 km/h方案及250 km/h預(yù)留350 km/h方案比350 km/h方案客運量大12%～15%，主要是目前沿線經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，部分中長途旅客對票價較為敏感；但隨著地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，遠(yuǎn)期預(yù)留350 km/h方案和350 km/h方案客流量較大?？偟膩碚f研究年度內(nèi)本項目客流對速度目標(biāo)值的需求較為寬泛，250 km/h、預(yù)留350 km/h方案可滿足多層次的出行需求，研究年度內(nèi)整體客流水平最大。

3.3.3工程及投資比較

各方案線路走向基本相同，影響工程及投資的主要因素是線路平縱斷面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)引起的橋隧工程設(shè)置，以及與設(shè)計速度相匹配的線間距、隧道斷面等工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；另外，本線大部分路段通過黃土地區(qū)，不同的軌道結(jié)構(gòu)形式和相應(yīng)結(jié)構(gòu)沉降控制要求引起的橋隧工程設(shè)置、工程措施也是影響工程和投資重要的因素。各方案工程設(shè)置及投資詳見表5。

表5　銀西鐵路速度目標(biāo)值方案工程投資比較

與250 km/h預(yù)留350 km/h方案相比，250 km/h方案總投資減少39億元， 350 km/h方案總投資增加87億元；遠(yuǎn)期提速后僅牽引供電系統(tǒng)采用全封閉的GIS設(shè)備，投資增加約1.7億元。

3.3.4經(jīng)濟(jì)效益比較

綜合考慮不同設(shè)計速度方案客流水平、建設(shè)成本、運營成本等因素，測算項目財務(wù)和國民經(jīng)濟(jì)效益，各方案主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)詳見表6。

表6　不同設(shè)計速度方案經(jīng)濟(jì)效益比較

由表6可見，250 km/h預(yù)留350 km/h方案較250 km/h方案項目投資增加相對有限，項目財務(wù)效益、國民經(jīng)濟(jì)效益相對較優(yōu)。本項目的全部投資財務(wù)內(nèi)部收益率-1.91%，資本金內(nèi)部收益率小于零，低于基準(zhǔn)收益率。項目財務(wù)收益能力較弱，鑒于項目的公益性，建議爭取國家財政支持、減免稅費等優(yōu)惠政策，以便改善項目財務(wù)狀況。350 km/h方案由于票價較高，故財務(wù)效益相對較好，但國民經(jīng)濟(jì)效益相對較差。

3.3.5路網(wǎng)協(xié)調(diào)性分析

從相鄰?fù)ǖ罉?biāo)準(zhǔn)來看，呼包銀蘭客運專線規(guī)劃速度目標(biāo)值為250 km/h，西成客運專線設(shè)計速度為250 km/h，鄭西客運專線設(shè)計速度為350 km/h，西武客運專線規(guī)劃為350 km/h，相關(guān)客運通道速度目標(biāo)值均為250、350 km/h，從相鄰路網(wǎng)分析，本線速度目標(biāo)值不宜低于250 km/h，考慮本線去往鄭州、武漢、南昌、廣州等方向通過運量較多，占比為60%～65%，通道整體規(guī)劃為350 km/h，本線應(yīng)預(yù)留進(jìn)一步提速的條件，隨著路網(wǎng)的完善及本線運輸需求的增長，逐步提高本線的運輸質(zhì)量。

綜上所述，本線按250 km/h速度運行并預(yù)留進(jìn)一步提速的條件，待西(安)武(漢)客運專線等相關(guān)路網(wǎng)的建成與完善，整體形成350 km/h通道，本線運輸需求進(jìn)一步提高，列車最高運行速度可提高至350 km/h。

3.3.6經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展協(xié)調(diào)性分析

項目吸引范圍內(nèi)人口密度及總量相對較小，目前經(jīng)濟(jì)相對欠發(fā)達(dá)，部分群體對票價較為敏感；但沿線資源豐富，經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿Υ?。目前區(qū)域交通基礎(chǔ)設(shè)施特別是鐵路建設(shè)較為滯后，迫切需要相互連通并形成與中東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)間聯(lián)系的快捷、舒適的客運通道。本線設(shè)計速度越高，建設(shè)成本和旅客出行成本也越大，但與發(fā)達(dá)地區(qū)間的聯(lián)系也愈緊密，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動作用也越強(qiáng)[15]。250 km/h預(yù)留350 km/h(有砟)方案可滿足近遠(yuǎn)期不同層次旅客出行需求，投資增加相對有限，與項目沿線經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展較協(xié)調(diào)。

4結(jié)語

研究區(qū)域目前經(jīng)濟(jì)相對欠發(fā)達(dá)，消費水平不一，近期對出行成本較為敏感；但經(jīng)濟(jì)發(fā)展和客流增長潛力較大，遠(yuǎn)期隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和路網(wǎng)的進(jìn)一步完善，快捷的溝通交流需求將日益突出。250 km/h預(yù)留350 km/h可較好地適應(yīng)近、遠(yuǎn)期客運需求，與經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展水平協(xié)調(diào)較好，與區(qū)域路網(wǎng)相協(xié)調(diào)，工程規(guī)模及投資水平較為適中，綜合效益較優(yōu)。綜合考慮，予以推薦。

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Research on Target Speed of Yinchuan-Xian Dedicated Passenger Railway Line

LU Lei

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co. Ltd.， Xi’an 710043， China)

Abstract：The Yinchuan-Xi’an dedicated passenger railway line undertakes the fast passenger-transport from Ningxia and west Inner Mongolia to Shaanxi and the areas in the middle-east of China， and also bears the intercity traffic at both ends of the line. The choice of target speed value is of great significance. The determination of reasonable target speed depends on such factors as transport volume， target timing value， passenger flow and the benefit of the investment， combining with the coordination of the railway networks nearby and the social and economic development. The target speed of 250 with reservation for 350 km/h is selected to meet the needs of the passenger flow in both short and long terms， to boost the social and economic development and to coordinate with local networks. The engineering scale and investment level are moderate and the comprehensive benefit is excellent．

Key words：Yinchuan-Xian dedicated passenger railway line; Target speed; Functional orientation; Benefit of investment; Coordination of railway network

文章編號：1004-2954(2016)05-0001-04

收稿日期：2015-08-28； 修回日期：2015-11-12

作者簡介：陸磊(1984—)，男，工程師，2006年畢業(yè)于西南交通大學(xué)土木工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail:12478174@qq.com。

中圖分類號：U238

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.05.001