鄭州至濟(jì)南高速鐵路速度目標(biāo)值研究

許紅春

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

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鄭州至濟(jì)南高速鐵路速度目標(biāo)值研究

許紅春

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，西安710043)

摘要：速度目標(biāo)值是高速鐵路最為重要的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，速度目標(biāo)值確定后，相應(yīng)其他主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基本隨之明確，其研究對于高速鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇具有決定性的意義。結(jié)合鄭州至濟(jì)南高速鐵路，從項目功能定位、路網(wǎng)規(guī)劃及意義、客流特點、時間目標(biāo)值、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、工程投資等多方面對速度目標(biāo)值進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究，綜合確定速度目標(biāo)值，推薦350 km/h。根據(jù)所推薦的速度目標(biāo)值，進(jìn)一步確定最終主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇，避免主要以工程投資確定鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；速度目標(biāo)值；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；綜合比選

1概述

1.1項目概況

鄭州至濟(jì)南高速鐵路連接河南鄭州和山東濟(jì)南兩個省會城市，線路南起鄭州市，向北跨黃河后經(jīng)新鄉(xiāng)市、濮陽市后進(jìn)入山東省，經(jīng)聊城市后到達(dá)終點濟(jì)南市，線路全長392 km。該鐵路是中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整中的重要干線鐵路，是鄭州“米”字形鐵路規(guī)劃的重要組成部分，其建設(shè)對構(gòu)建區(qū)域高速鐵路網(wǎng)具有積極意義。目前，該鐵路正在開展前期研究工作。該線在路網(wǎng)中的位置如圖1所示。

1.2研究意義

速度目標(biāo)值是高速鐵路最為重要的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，速度目標(biāo)值確定后，相應(yīng)鐵路等級、正線數(shù)目、正線線間距、最小平面曲線半徑、到發(fā)線有效長度、列車運行控制方式及調(diào)度指揮方式等主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)隨之明確，只有最大坡度的選擇會因為地形等級不同而有所選擇，但研究范圍也會大大縮小[1-3]。

圖1　鄭濟(jì)高速鐵路在路網(wǎng)中的位置示意

2相關(guān)因素分析研究

2.1功能定位[4]

鄭州至濟(jì)南高速鐵路開辟了河南和山東兩個省會城市間的便捷通道，比繞行徐州的徑路縮短了近200 km，將有效緩解京滬高鐵徐州—天津段運輸壓力，對完善區(qū)域客運網(wǎng)具有重要作用。項目主要功能是承擔(dān)西南、中南地區(qū)及西北大部分地區(qū)與山東半島及華北渤海灣地區(qū)的旅客交流，同時兼顧?quán)嵵荨锣l(xiāng)-濮陽和濟(jì)南—聊城及菏澤間城際客流。因此，該鐵路緩解區(qū)域京滬等高鐵運輸壓力，完善區(qū)域客運網(wǎng)的斜向干線，承擔(dān)西北、西南以及中南等地與山東半島及華北渤海灣地區(qū)旅客交流的主要通道，是一條以跨線客流為主兼顧沿線城際客流的區(qū)際高速鐵路。

2.2路網(wǎng)規(guī)劃及意義

河南省在中原城市群座談會上發(fā)布，在《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》四橫之一鄭州至西安、鄭州至徐州客專和四縱之一京廣高鐵形成的大十字形高速鐵路通道的基礎(chǔ)上，將新建以鄭州為中心，連接周邊省會城市的“四輻射”快速客運鐵路，即鄭州—濟(jì)南、鄭州—重慶、鄭州—合肥、鄭州—太原4條放射狀線路，最終形成“米”字形高速鐵路網(wǎng)格局。

鄭州至濟(jì)南高速鐵路是國家現(xiàn)有縱橫交錯“棋盤形”高速鐵路客運網(wǎng)中重要補充，連接鄭州、濟(jì)南兩大鐵路樞紐。路網(wǎng)中北端銜接京滬、太青高鐵，并接入京津冀城際圈，中部在聊城地區(qū)與規(guī)劃的京九高鐵相連，南端通過鄭州樞紐銜接鄭萬、鄭西、鄭武等高鐵，對完善國家客運網(wǎng)，優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高客運網(wǎng)的機動靈活性具有重要作用。

2.3客流特點

根據(jù)項目功能定位及預(yù)測運量分析，鄭州至濟(jì)南高速鐵路承擔(dān)的客流具有多重性。

(1)長途跨線客流

根據(jù)相關(guān)快速客運網(wǎng)的建設(shè)實施，鄭州至濟(jì)南高速鐵路與鄭西、鄭渝、濟(jì)青高鐵構(gòu)成西北、西南地區(qū)至山東半島的快速客運主通道，同時與京廣、京九、京滬高鐵互聯(lián)互通。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、居民出行頻率的提高，新建鄭濟(jì)高速鐵路將承擔(dān)中西部地區(qū)與山東半島及華北部分地區(qū)的長途跨線客流，占總客流的48%左右，以商務(wù)、旅游、務(wù)工為主[5-6]。

(2)中原城市群與山東半島城市群客流

結(jié)合經(jīng)濟(jì)發(fā)展及相關(guān)城市發(fā)展規(guī)劃，以鄭州為中心的中原城市群和以濟(jì)南、青島為中心的山東半島城市群將成為中國中東部地區(qū)發(fā)展水平高、基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)好、經(jīng)濟(jì)活力強的核心區(qū)域。隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化協(xié)同發(fā)展的不斷加強，新建鄭濟(jì)高速鐵路將成為中原城市群和山東半島城市群的交通紐帶，承擔(dān)兩端城市群間的區(qū)際客流明顯，該部分客流占總客流的25%左右，以旅游、求學(xué)、務(wù)工客流為主。

(3)沿線城際客流

新建鄭濟(jì)高速鐵路連接河南和山東兩省省會，途經(jīng)新鄉(xiāng)、濮陽、聊城等區(qū)域內(nèi)重要城市，將承擔(dān)沿線新鄉(xiāng)、濮陽、菏澤等城市至鄭州、濟(jì)南的城際客流，占總客流的27%左右，以商務(wù)、求學(xué)、探親訪友為主。

2.4時間目標(biāo)值的確定

(1)與高速鐵路網(wǎng)發(fā)展適應(yīng)性分析

新建鄭濟(jì)高速鐵路與濟(jì)青、鄭西、鄭渝等高速鐵路共同構(gòu)成我國西北、西南地區(qū)至山東半島的快速客運通道，以重慶至青島、西安至青島為例，運輸距離約為1 760、1 200 km，為適應(yīng)快速客運網(wǎng)發(fā)展，同時提高鐵路市場的競爭優(yōu)勢，重慶至青島、西安至青島總旅行時間應(yīng)控制在8、6 h，扣除相關(guān)區(qū)段列車旅行時間，鄭州至濟(jì)南時間目標(biāo)值應(yīng)控制在2 h以內(nèi)。

(2)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)和城市發(fā)展適應(yīng)性分析

根據(jù)中原城市群和山東半島城市群的發(fā)展規(guī)劃，為滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化建設(shè)和城市群發(fā)展的需求，未來相鄰省會城市鄭州至濟(jì)南將形成2 h經(jīng)濟(jì)圈，省內(nèi)鄭州至新鄉(xiāng)、聊城至濟(jì)南將形成半小時經(jīng)濟(jì)圈。新建鄭濟(jì)高速鐵路作為兩大城市群聯(lián)系的重要基礎(chǔ)設(shè)施，為滿足規(guī)劃時間目標(biāo)值的要求，鄭州至濟(jì)南應(yīng)實現(xiàn)2 h到達(dá)[7-8]。

(3)滿足運輸市場競爭需求的分析

區(qū)域內(nèi)將形成以航空運輸、高速公路、高速鐵路等不同交通方式相互競爭、相互補充的格局[9-10]。鄭州至濟(jì)南的航空距離約為350 km，考慮附加時間后總旅行時間約為4 h，由于其距離短、附加時間長，航空運輸不具備競爭優(yōu)勢；鄭州至濟(jì)南高速公路距離約450 km，考慮一定的附加時間，汽車運輸?shù)目偮眯袝r間約為6 h；鄭州至濟(jì)南高速鐵路距離約為390 km，該距離屬于高速鐵路的優(yōu)勢范圍，除發(fā)揮高速鐵路固有的安全性高、舒適性強、全天候運行的優(yōu)勢外，必須在旅行時間上較公路運輸有較大節(jié)省，與航空運輸基本相當(dāng)，才能吸引更多客流，在運輸市場中具備明顯的競爭優(yōu)勢。因此，鄭州至濟(jì)南高速鐵路總旅行時間需控制在4 h左右，扣除2 h的附加時間，要求時間目標(biāo)值應(yīng)為2 h以內(nèi)。

(4)時間目標(biāo)值的確定

綜上，為適應(yīng)高速鐵路網(wǎng)的發(fā)展，實現(xiàn)鄭州至濟(jì)南中心城市2 h交通圈目標(biāo)，且與航空運輸、高速公路形成有效的競爭優(yōu)勢，在運輸市場中占有較高的客流份額，其時間目標(biāo)值應(yīng)控制在2 h以內(nèi)。

3速度目標(biāo)值研究

3.1速度目標(biāo)值方案構(gòu)成

目前國內(nèi)已運營的高速鐵路速度目標(biāo)值均為250～350 km/h，區(qū)域內(nèi)既有、在建及規(guī)劃的京滬、京廣、鄭西、鄭徐、京九、鄭渝、太青等高鐵的速度目標(biāo)值亦為250～350 km/h[11-12]。綜合考慮本線功能定位、路網(wǎng)規(guī)劃、客流特點、運輸需求、工程條件等因素，速度目標(biāo)值主要研究250、250 km/h預(yù)留350 km/h、350 km/h 3個方案。

3.2不同方案的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及工程經(jīng)濟(jì)性分析

(1)不同速度目標(biāo)值方案建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

不同速度目標(biāo)值對工程投資的影響，主要體現(xiàn)在采用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的差異而導(dǎo)致部分工程數(shù)量和系統(tǒng)設(shè)備選型的不同[13]，詳見表1。

表1　不同速度目標(biāo)值方案主要建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)比較

(2)平面曲線半徑對工程的影響

速度目標(biāo)值不同，線路平面參數(shù)亦不同，其中以最小曲線半徑對速度目標(biāo)值最為敏感。新建鄭濟(jì)高速鐵路行經(jīng)黃河沖洪積平原區(qū)，地形平坦開闊、村鎮(zhèn)密集、道路縱橫交錯，線路平面條件較好。線路方案受曲線半徑影響小，曲線半徑的大小僅在局部對適應(yīng)微地貌、設(shè)置車站、繞避不良地質(zhì)及環(huán)境敏感點等方面略有差異外，對線路長度及橋梁比整體影響不大。250 km/h方案較350 km/h方案線路僅長0.95 km，線路長度基本相當(dāng)。

(3)不同速度目標(biāo)值方案對工程投資的影響

沿線地形平坦開闊，曲線半徑的增大對工程影響小，但沿線經(jīng)過軟土地基地段長，受不同速度目標(biāo)值鐵路土建工程標(biāo)準(zhǔn)要求及站后設(shè)備配套不同的影響，工程投資差別略大。不同速度目標(biāo)值方案工程經(jīng)濟(jì)比較見表2。

從工程投資比較看，350 km/h方案較250 km/h方案增加34.81億元，投資增幅7.1%，350 km/h方案較250 km/h預(yù)留350 km/h方案增加5.35億元，投資增幅1.09%。

表2　速度目標(biāo)值方案工程經(jīng)濟(jì)比較

3.3速度目標(biāo)值方案綜合比選

(1) 與時間目標(biāo)值適應(yīng)性分析

通過列車仿真牽引計算分析，不同速度目標(biāo)值方案列車旅行時間及旅行速度見表3。

3個速度目標(biāo)值方案均滿足時間目標(biāo)值要求，350 km/h方案較250、250 km/h預(yù)留350 km/h方案旅行時間節(jié)省33 min，相對節(jié)時比分別為1.05億元/min、0.16億元/min，350 km/h方案節(jié)時效果明顯。

表3　不同速度目標(biāo)值方案旅行時間、速度

(2)與功能定位及路網(wǎng)適應(yīng)性分析

新建鄭濟(jì)高速鐵路與鄭西、鄭渝、濟(jì)青、京廣、京九、京滬等高速鐵路共同構(gòu)成我國西北、西南、中南地區(qū)至山東半島及京津地區(qū)的快速客運網(wǎng)，定位為高速鐵路，承擔(dān)大部分中西部地區(qū)與山東半島及部分華北地區(qū)的長途跨線客流。相關(guān)客運專線除鄭渝高鐵重慶至萬州段速度目標(biāo)值為250 km/h外，其余均為350 km/h。為滿足長途跨線客流運輸需求，且與相鄰鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一，提高快速客運通道整體運輸質(zhì)量，本線速度目標(biāo)值應(yīng)為350 km/h。

(3)不同速度目標(biāo)值對客流水平的影響分析

新建鄭濟(jì)高速鐵路作為中原城市群和山東半島城市群的交通紐帶，同時通過相關(guān)高速鐵路將關(guān)中城市群、成渝城市群、江漢城市群、京津城市群有效連接起來，承擔(dān)大部分跨線客流。項目吸引區(qū)域城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，城鎮(zhèn)化水平及居民收入較高，旅客對出行方式的快捷性、舒適性、安全性要求更高，旅行時間的有效縮短將進(jìn)一步吸引長途跨線客流。

經(jīng)分析研究，不同速度目標(biāo)值方案對客流水平的影響見表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

分析可知，350 km/h方案較250 km/h方案客流增加約7%，較高的速度目標(biāo)值能更好地吸引客流的特征明顯。

(4)經(jīng)濟(jì)效益分析

綜合考慮不同速度目標(biāo)值方案客流水平、建設(shè)投資、運營成本、運輸收入等多種因素，對項目的財務(wù)指標(biāo)進(jìn)行測算[14]。經(jīng)分析計算，各方案主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表5。

表5　不同速度目標(biāo)值方案經(jīng)濟(jì)效益比較

上述3個方案中，350 km/h方案工程投資較250 km/h和250 km/h預(yù)留350 km/h方案增幅不大，而其對客流的吸引力和運價率有明顯提升。財務(wù)分析表明，350 km/h方案財務(wù)內(nèi)部收益率高于行業(yè)基準(zhǔn)收益率3%，財務(wù)盈利能力較強；而其余兩個方案內(nèi)部收益率均低于基準(zhǔn)值。因此，從經(jīng)濟(jì)性分析，350 km/h方案最優(yōu)[15]。

3.4速度目標(biāo)值推薦意見

新建鄭濟(jì)高速鐵路作為我國西北地區(qū)、西南地區(qū)、中南地區(qū)至山東半島、京津地區(qū)的快速客運通道，為適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，滿足沿線居民對出行方式、運輸質(zhì)量的要求，綜合考慮工程規(guī)模、建設(shè)投資、經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)性，速度目標(biāo)值推薦采用350 km/h。

4結(jié)語

速度目標(biāo)值是高速鐵路最為重要的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，速度目標(biāo)值確定后，相應(yīng)其他主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基本隨之明確。同時，速度目標(biāo)值也是確定項目性質(zhì)、建設(shè)規(guī)模、設(shè)備配置、工程投資的重要基礎(chǔ)。因此，速度目標(biāo)值的研究對高速鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇具有決定性的意義。鄭州至濟(jì)南高速鐵路速度目標(biāo)值的選擇從項目的功能定位、路網(wǎng)規(guī)劃及意義、客流特點、時間目標(biāo)值、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、工程投資等方面進(jìn)行了多角度、多層次的系統(tǒng)分析和綜合比選后推薦。進(jìn)而根據(jù)所推薦的速度目標(biāo)值，最終確定了鄭州至濟(jì)南高速鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，避免了主要以工程投資單一確定研究項目的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，造成路網(wǎng)銜接不相匹配。

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收稿日期：2016-01-21； 修回日期：2016-02-02

作者簡介：許紅春(1972—)，男，高級工程師，1995年畢業(yè)于北京交通大學(xué)鐵道工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail：tyyxhc@163.com。

文章編號：1004-2954(2016)07-0005-04

中圖分類號：U238

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.07.002

Research on Target Speed of Zhengzhou-Ji’nan High Speed Railway

XU Hong-chun

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

Abstract：The target speed is the most important technical standard of high speed railway. After the target speed value is determined， other main technical standards are then defined. Thus， the research of target speed is decisive for the selection of other main technical standards. The selection of the target speed in the planning of Zhengzhou-Jinan high speed railway involves the analysis and research of project foundation， road network planning and functions， characteristics of passenger flow， target time， construction standard and project investment. Finally， the target speed of 350km/h is selected. The main technical standards are selected according to the recommended target speed so as to prevent technical standards from being determined merely by project investment.

Key words：High speed railway; Target speed; Technical standard; Comprehensive comparison and selection