深圳地鐵9號線短距離站點間縱坡設(shè)計研究

卓文海

摘 要：地鐵線路應(yīng)注重節(jié)能設(shè)計，區(qū)間通常采用節(jié)能坡，但并非所有情況采用節(jié)能坡都最經(jīng)濟，當車站間距較近時，列車運行并不能達到最高設(shè)計速度，該情況下應(yīng)綜合牽引能耗、運營維護、實施難度、土建投資等因素綜合研究線路縱坡。

關(guān)鍵詞：節(jié)能坡；牽引能耗；投資

引言

軌道交通雖然節(jié)能環(huán)保，但同時也是城市“用電大戶”，電費用占運營費的50%左右，而牽引用電又占其中的50%以上。線路縱斷可采用節(jié)能坡設(shè)計，而短距離站點間坡度設(shè)計所考慮的因素，與常規(guī)區(qū)間有所不同，本文就該情況下線路縱坡設(shè)置進行綜合分析。

1 短距離站間距情況

1.1 研究對象

地鐵在市中心站間距多為1km左右，但在成熟建成區(qū)，往往存在相鄰兩站均為換乘站或重要客流集散點，設(shè)計中會出現(xiàn)個別小站間距的情況。本文主要結(jié)合實例，針對站間距小于750m的情況進行分析。

1.2 特點分析

（1）速度難以達到最高值。通常車輛加速至80km/h需280～320m，由最高速制動停站所需230～250m，最低巡航時間10s走行約222m，因此，站間距小于750m的區(qū)間，實際運行速度往往較低，常規(guī)節(jié)能坡效果有所降低。

（2）存在不設(shè)聯(lián)絡(luò)通道的條件。對于6A或6B編組列車其站臺長多為140m和120m，站臺端至主體端部至少約20m，站間距小于750m時，區(qū)間實際長度往往小于600m，可不設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。

1.3 影響因素

（1）運營成本。包括列車牽引能耗、廢水泵房運轉(zhuǎn)費用。

（2）土建成本。包括車站主體、聯(lián)絡(luò)通道及廢水泵房土建費用。

（3）資金時間價值?？紤]一次性土建投資費用與后期運營費用的資金現(xiàn)值比較。

（4）工程實施條件及風險。聯(lián)絡(luò)通道地面加固場地實施條件及施工風險等。

2 深圳地鐵9號線實例分析

2.1 基本情況

深圳地鐵9號線前海路站～荔香站的站間距為659m，該段位于前海自貿(mào)區(qū)以西，沿東濱路敷設(shè)，采用盾構(gòu)法實施，均為地下二層站。

2.2 “V”型坡方案

考慮到區(qū)間較短，運行速度較低，采用V型緩坡設(shè)置。右線采用坡長210m坡度-5‰、坡長253m坡度8.1‰的坡段，左線采用坡長215m坡度-5‰、坡長260m坡度8‰的坡段。

該方案右線單列車每趟上、下行分別耗電20.78kwh、18.66kwh，但區(qū)間需增設(shè)1處聯(lián)絡(luò)通道及泵房，投資約202萬（土建185萬，設(shè)備17萬），泵房運營增加費用7.6萬/年（人工費6萬/年，設(shè)備折舊費用1.6萬/年）。

運行能耗計算，已知：定員D=1860；人重量M人=60kg；空載情況下MAW0=223.8t；初、近、遠期全日開行對數(shù)N初=186對、N近=230對、N遠=280對；初、近、遠期全日平均滿載率P初=22.4%、P近=24.2%、P遠=26.7%（客流預(yù)測數(shù)據(jù)）；電費單價s=0.78元/kwh；

則MAW2=MAW0+M人×D/1000=335.4t；

列車滿載重量比例F初=（MAW0+M人×D×P初/1000）/MAW2=74.18%；F近=74.79%；F遠=75.59%；

初期全年牽引電費S初=（20.78+18.66）×N初×365×s×F初=154.95萬；

S近=193.19萬；S遠=237.71萬。

2.3 單坡方案

前海路站地勢相對荔香站低1m，設(shè)為前海路站低，荔香站高的單向坡，坡長403m坡度3.5‰的坡段保證排水效果。前海路站埋深需增加0.4m，增加土建工程費約234萬。該方案初、近、遠期全年牽引電費分別為167萬、208.21萬、256.18萬。

2.4 “人”字坡方案

為避免增加埋深，可考慮縱斷為“人”字形態(tài)，在不影響盾構(gòu)隧道排水效果的情況下，區(qū)間設(shè)置坡長250m坡度8‰及坡長207m坡度-4.8‰的坡段。

該方案對車站埋深無影響，區(qū)間無需設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道、泵房，但“人”字型區(qū)間不利列車經(jīng)濟運行，牽引能耗相對較大。初、近、遠期全年牽引電費分別為176.37萬、219.89萬、270.56萬。

2.5 綜合投資差異

（1）運營期年金現(xiàn)值

地鐵為百年工程，在比較投資時，以100年為時段，考慮一次性土建投資及百年運營費用的年金現(xiàn)值。

以“V”型坡方案為基準，單坡方案初、近、遠期每年增加運營費用分別約為12萬、15萬、18萬，“人”字坡方案分別約為21萬、27萬、32萬。在計算年金現(xiàn)值時，考慮遠期權(quán)重較大，統(tǒng)一以遠期每年運營費用的差額作為年金計算。

“V”型坡方案存在泵房，運營期將產(chǎn)生人工費6萬/年，折舊費1.6萬/年。

普通年金現(xiàn)值公式為：

P=A×（1+i）-1+A×（1+i）-2+…+A×（1+i）-（n-1）+×（1+i）-n=A×（1-（1+i）-n）/i

式中的分式（1-（1+i）-n）/i為“年金現(xiàn)值系數(shù)”，記為（P/A，i，n），可通過直接查閱“1元年金現(xiàn)值表”求得有關(guān)的數(shù)值。

其中，利率i=8%，期數(shù)n=100，單坡方案年金A單=18萬，“人”字坡方案年金A人=32萬，“V”型坡方案AV=7.6萬。

經(jīng)計算單坡方案牽引能耗增加費用的年金現(xiàn)值為225萬，“人”字坡方案為400萬，“V”型坡方案泵房產(chǎn)生費用的年金現(xiàn)值為95萬。

（2）綜合投資

“V”型坡方案有一處聯(lián)絡(luò)通道及廢水泵房，投資202萬，泵房運營期間費用折合年金現(xiàn)值為95萬，比較范圍內(nèi)共計297萬。

單坡方案前海路站埋深增加0.4m，土建工程投資增加234萬，牽引能耗增加年金現(xiàn)值225萬，比較范圍內(nèi)共計459萬。

“人”字坡方案未增加土建工程，運營牽引能耗增加年金現(xiàn)值400萬。

該區(qū)間隧道基本位于硬塑狀礫質(zhì)黏土層，地層條件較好，聯(lián)絡(luò)通道實施難度不大，因此，推薦投資較小的“V”型坡方案。

3 特殊情況分析

并非所有情況下，均采用“V”型坡方案。“V”型坡方案隧道中部埋深相對較大，應(yīng)注意避免局部侵入中、微風化花崗巖的硬巖地層，聯(lián)絡(luò)通道的設(shè)置應(yīng)避免在軟弱地層而增加工程風險。區(qū)間若設(shè)置貫通式停車線，采用全明挖實施，負一層可進行物業(yè)開發(fā)，采用平坡便于空間利用及與周邊建筑的銜接，通過底板找坡排水。區(qū)間明挖實施，“人”字坡方案能夠一定程度減小埋深，有利于節(jié)省土建工程投資。當相鄰兩站存在一定地勢高差時，可考慮單向坡設(shè)置。

4 結(jié)束語

地鐵線路小站間距區(qū)段縱坡設(shè)計需結(jié)合列車牽引能耗、運營維護、土建投資等因素合理選用。分析投資時，應(yīng)考慮一次性土建投資及百年運營費用的年金現(xiàn)值因素，本文就深圳9號線為例進行了經(jīng)濟性分析，希望通過此案例，能為其他項目設(shè)計提供借鑒和參考，但不同項目的外部因素可能存在一定差異，在具體區(qū)段研究中應(yīng)綜合各方因素采用合理的縱坡方案。

參考文獻

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