利用既有張博鐵路開行市域列車方案研究

左銀龍

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院,濟(jì)南 250022)

隨著我國鐵路網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，尤其是“四縱四橫”客運(yùn)專線網(wǎng)的基本建成，以及主要城市群城際鐵路的建設(shè)，我國鐵路動(dòng)車組開行數(shù)量不斷增加；同時(shí)隨著我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，鐵路貨運(yùn)結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，整體貨運(yùn)需求保持基本平穩(wěn)，部分大宗物資運(yùn)輸需求有所下降，快捷貨運(yùn)需求旺盛。雖然主要干線由于增開普速列車能力仍然緊張，但部分線路能力得以緩解，具備開行市域(郊)列車的條件。

國家發(fā)展改革委等部門聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)市域(郊)鐵路發(fā)展的指導(dǎo)意見》[1]中多次提到“充分利用鐵路資源”，擴(kuò)大城市交通供給能力，方向明確，但在具體實(shí)施中尚有建設(shè)方式、運(yùn)管模式、合作機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)體系等很多問題值得研究分析。

1 項(xiàng)目背景

淄博市南北狹長(zhǎng)，南北縱距151 km，東西橫距87 km，轄張店區(qū)、淄川區(qū)、博山區(qū)、周村區(qū)、臨淄區(qū)5個(gè)市轄區(qū)，桓臺(tái)、高青、沂源3個(gè)縣，八片城區(qū)相對(duì)獨(dú)立，各城區(qū)距中心城區(qū)分別為20 km左右，城市大局相對(duì)分散，局部又趨于集中，是一座獨(dú)具特色的組群式城市。

張博線北起淄博市張店區(qū)，途經(jīng)淄川區(qū)，南迄于博山區(qū)，呈南北向貫穿淄博市中南部，線路正線全長(zhǎng)39.582 km，詳見圖1。

圖1 淄博地區(qū)鐵路平面布置示意

2 客流分析

淄博市居民出行呈明顯的“十字型”特征，即南北向的桓臺(tái)—張店—淄川—博山客流走廊、東西向的周村—張店—臨淄客流走廊。本線貫穿張店區(qū)、淄川區(qū)、博山區(qū)，主要解決南北向客流走廊組團(tuán)間客流的出行需求。現(xiàn)狀主城區(qū)張店區(qū)與南部的淄川區(qū)、博山區(qū)之間的居民出行只有依靠公路，選擇公交車或小汽車等方式，公交車出行時(shí)間過長(zhǎng)，現(xiàn)狀直達(dá)的公交車單程運(yùn)行時(shí)間約為70 min，多個(gè)站點(diǎn)?？康墓卉噯纬踢\(yùn)行時(shí)間約為2.5 h；小汽車單程運(yùn)行時(shí)間約為60 min且存在易擁堵(特別是進(jìn)出城區(qū)時(shí))、安全性差、事故率高、停車位緊張等缺點(diǎn)，不利于組團(tuán)間客流出行，亟需快速交通來解決該問題。

3 對(duì)城市軌道交通的替代性研究

淄博市尚未建成軌道交通設(shè)施。根據(jù)已編制的《淄博市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》，與本項(xiàng)目直接相關(guān)的是4號(hào)線。4號(hào)線北起濟(jì)青高鐵淄博北站，南至博山站，詳見圖2。其中一期工程清泉站至淄川站長(zhǎng)15.7 km，估算投資約為47億元，屬2030年線網(wǎng)范圍，二期工程淄川站至博山站，屬于2050年線網(wǎng)范圍。

圖2 淄博市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案

城市軌道交通耗資巨大，建設(shè)周期長(zhǎng)；本項(xiàng)目對(duì)張博線進(jìn)行改造，具備公共交通服務(wù)功能，能夠承擔(dān)組團(tuán)間客流的出行任務(wù)，工程相對(duì)簡(jiǎn)單、投資較少、建設(shè)工期也較短。

既有張博線周邊，人口已形成了沿鐵路沿線分布的格局，在形態(tài)上十分飽滿且前后連接成片。若在該區(qū)域內(nèi)重新開辟一條軌道交通通道，拆遷量巨大，拆遷實(shí)施困難重重；本項(xiàng)目充分利用既有鐵路通道，二次開發(fā)鐵路所占土地這一稀缺資源，同時(shí)借助既有線路等設(shè)備設(shè)施進(jìn)行改擴(kuò)建，激活既有資產(chǎn)，工程實(shí)施難度也相對(duì)較小。

張博線位于既有城市市區(qū)，比離城市較遠(yuǎn)的4號(hào)線客流吸引能力更強(qiáng)，是城市軌道交通較好的替代方案。

4 建設(shè)方案

4.1 既有鐵路能力適應(yīng)性分析

張博線在南定站、淄川站、大昆侖站和博山站辦理貨運(yùn)業(yè)務(wù)，淄洪鐵路洪山站、博八鐵路山頭站和八陡站的到發(fā)運(yùn)量需經(jīng)張博線運(yùn)輸。張博線現(xiàn)狀通過能力情況見表1。

可以看出，張博線現(xiàn)狀能力較為富余。

表1 現(xiàn)狀列車對(duì)數(shù)及通過能力利用率

4.2 預(yù)測(cè)客車對(duì)數(shù)及貨流密度

通過運(yùn)量預(yù)測(cè)，本線客車對(duì)數(shù)及貨流密度如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)年度內(nèi)預(yù)測(cè)客車對(duì)數(shù)及貨流密度

4.3 張博線現(xiàn)狀

張博線始建于1903年，由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)，雖然后期經(jīng)過多次大修改造，但技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍然十分落后。本線采用內(nèi)燃牽引，線路允許速度僅為70 km/h，且平交道口較多。既有車站均無客運(yùn)設(shè)施，信號(hào)裝備水平整體落后[19]。

4.4 改造方案研究

本項(xiàng)目實(shí)施后，僅新增開行客車即為45對(duì)/d，遠(yuǎn)大于張博線限制區(qū)間的平圖能力。因此，既有運(yùn)輸能力完全不能適應(yīng)預(yù)測(cè)客貨運(yùn)量，必須進(jìn)行擴(kuò)能改造。

若按照單線運(yùn)行，運(yùn)輸能力受限，可開行的客車對(duì)數(shù)最大為26對(duì)/d，且單線上下行行車組織相互干擾，客車單程運(yùn)行時(shí)間需65 min，與公路單程運(yùn)行時(shí)間的比較優(yōu)勢(shì)不明顯；單線鐵路運(yùn)輸組織較為復(fù)雜，若遇個(gè)別車晚點(diǎn)，會(huì)造成全線列車全部晚點(diǎn)，不利于提高服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)公交化運(yùn)營。從“節(jié)約能源、符合環(huán)保、優(yōu)質(zhì)服務(wù)”的角度出發(fā)，本線應(yīng)采用電力牽引。

因此，本線應(yīng)一次改造成雙線電氣化鐵路。

5 改造研究中的幾個(gè)關(guān)鍵問題

5.1 速度目標(biāo)值選擇

結(jié)合既有情況和項(xiàng)目定位，速度目標(biāo)值研究現(xiàn)狀70、100 km/h和120 km/h三個(gè)方案。本項(xiàng)目主要為滿足組團(tuán)間客流出行需求，選用具有“快起快停”特點(diǎn)的動(dòng)車組進(jìn)行模擬運(yùn)行，不同速度目標(biāo)值單程運(yùn)行時(shí)分比較情況見表3。

表3 不同速度目標(biāo)值單程運(yùn)行時(shí)分比較情況 min

70 km/h方案運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)，且動(dòng)車組長(zhǎng)期處于超低速運(yùn)行狀態(tài)，不利于動(dòng)車組性能的發(fā)揮；對(duì)于100 km/h和120 km/h兩個(gè)方案，運(yùn)行時(shí)分相差無幾，但當(dāng)采用120 km/h方案時(shí)，需將既有半徑為600 m及以下的曲線改造為半徑800 m[2-4]，改造工程量大，投資高，因此選用100 km/h方案。

5.2 機(jī)車類型選擇

本項(xiàng)目實(shí)施后，新增客運(yùn)業(yè)務(wù)。機(jī)車類型可選擇電力動(dòng)車組、電力普速列車兩個(gè)方案。

電力動(dòng)車組方案，選用CRH6型動(dòng)車組，采用4輛編組。電力普速列車方案，客運(yùn)機(jī)車采用HXD3型，編掛普通客車數(shù)量采用4輛。兩種方案的比較如下。

(1)電力動(dòng)車組方案：?jiǎn)纬踢\(yùn)行41.4 min。優(yōu)點(diǎn)：①可快速乘降，停站上下客時(shí)間短。據(jù)調(diào)查，動(dòng)車組在滿載情況下，乘客可以在29 s以內(nèi)快速完成乘降，大大減少了站停時(shí)間；②運(yùn)行速度高，走行時(shí)分最短；③具有快起快停的特點(diǎn)；④運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲小，舒適度高；⑤外表美觀，有利于提升城市形象；⑥未來增加編組輛數(shù)對(duì)走行時(shí)分影響較小。缺點(diǎn)：需購置動(dòng)車組，配設(shè)整備和存儲(chǔ)設(shè)施，投資較大。

(2)電力普速列車方案：?jiǎn)纬踢\(yùn)行47.5 min。優(yōu)點(diǎn)：可使用鐵路局既有機(jī)車車輛，無需投資購買，只需租賃或作為資本入股。缺點(diǎn)：①普通客車開關(guān)門時(shí)間較長(zhǎng)，且需專人操作，1人負(fù)責(zé)1門，因此一般只開啟一側(cè)車門，乘客排隊(duì)上下車時(shí)間長(zhǎng)且不便捷，造成停站時(shí)間長(zhǎng)；②運(yùn)行速度不高，走行時(shí)分較長(zhǎng)；③起停車時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)；④運(yùn)行噪聲和振動(dòng)較大，舒適度不高。

經(jīng)分析，采用電力動(dòng)車組方案，4輛編組。貨物列車，維持既有內(nèi)燃牽引。

5.3 客運(yùn)站設(shè)計(jì)研究

既有貨運(yùn)站無法滿足開辦客運(yùn)需求，需新建客運(yùn)站。車站站位應(yīng)考慮方便客流集散，優(yōu)先在客流吸引力較大的據(jù)點(diǎn)設(shè)站[13]，站間距宜為3～8 km[2]。

由于本線仍然辦理貨運(yùn)業(yè)務(wù)，車站正線需滿足通行超限貨物列車的限界要求，客運(yùn)站臺(tái)無法緊靠正線布置，需在上下行各設(shè)置一條到發(fā)線供客運(yùn)列車使用，客運(yùn)站臺(tái)靠近到發(fā)線設(shè)置，站臺(tái)邊緣距離線路中心線1.75 m[6]。

客運(yùn)站臺(tái)長(zhǎng)130 m，動(dòng)車組接發(fā)作業(yè)范圍長(zhǎng)280 m。客運(yùn)站到發(fā)線有效長(zhǎng)采用280 m。典型客運(yùn)站布置圖詳見圖3。

圖3 典型車站布置示意

5.4 列控系統(tǒng)選擇

適用于市域鐵路的列控系統(tǒng)主要有鐵路系列的CTCS系統(tǒng)和城軌系列的ATC系統(tǒng)。

速度適應(yīng)性方面CTCS和ATC都可以滿足本線100 km/h的要求。

能力適應(yīng)性方面兩個(gè)系統(tǒng)均采用目標(biāo)距離控制模式，在運(yùn)輸組織模式及線路站場(chǎng)條件一致的條件下，能力的適應(yīng)性大致相當(dāng)，均能滿足本線客運(yùn)要求，CBTC在折返能力方面性能更高[2]。

互聯(lián)互通性方面CTCS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，有非常好的互聯(lián)互通適應(yīng)性。ATC制式下不同廠家的CBTC系統(tǒng)之間互不兼容。CTCS與CBTC間目前暫不具備互聯(lián)互通性，由于本線需要在保持貨運(yùn)不停運(yùn)的條件下開行客運(yùn)列車，列控系統(tǒng)選擇時(shí)需要考慮對(duì)貨運(yùn)列車的兼容，因此選擇采用鐵路系列的CTCS系統(tǒng)。

5.5 自動(dòng)售檢票系統(tǒng)選擇

自動(dòng)售檢票系統(tǒng)應(yīng)選用方便快捷、經(jīng)濟(jì)適用的票制。城市軌道交通單程票和儲(chǔ)值卡一般均采用非接觸式IC卡；國家鐵路目前采用的是磁介質(zhì)紙質(zhì)熱敏票、二維條碼票[2]。

本線客運(yùn)未接入鐵路線網(wǎng)，為了給旅客提供方便、快捷的服務(wù)，本線采用非接觸式IC卡式自動(dòng)售檢票系統(tǒng)，可處理本線專用車票和城市“一卡通”車票，實(shí)現(xiàn)一卡通用，可與遠(yuǎn)期城市軌道交通的自動(dòng)售檢票系統(tǒng)銜接。

6 運(yùn)輸組織模式研究

本線主要承擔(dān)淄博市南部城鎮(zhèn)各組團(tuán)沿線的旅客交流，具有公共交通服務(wù)功能。為充分吸引沿線客流，提高服務(wù)頻率，本線客運(yùn)列車開行站站停列車，公交化運(yùn)行[14-15]。

貨物運(yùn)輸盡量維持既有運(yùn)輸組織模式，盡量組織整列運(yùn)輸。當(dāng)增開動(dòng)車組與貨物列車運(yùn)行沖突時(shí)，需進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；在動(dòng)車組開行的高峰時(shí)段內(nèi)，需將該時(shí)段內(nèi)的貨物列車調(diào)整至其他時(shí)段，安排在不開行動(dòng)車組的時(shí)段運(yùn)行；在動(dòng)車組開行的非高峰時(shí)段，近期發(fā)車密度不大，貨物列車可以保留，遠(yuǎn)期需調(diào)整至不開行動(dòng)車組的時(shí)段運(yùn)行。

7 運(yùn)營管理模式研究

本項(xiàng)目的建設(shè)，本質(zhì)上屬于城市基礎(chǔ)事業(yè)的范疇，具有準(zhǔn)公共產(chǎn)品特性，政府的投資應(yīng)占主體地位。既有張博線產(chǎn)權(quán)歸屬鐵路總公司，屬于企業(yè)所有，本項(xiàng)目是對(duì)既有張博線進(jìn)行改擴(kuò)建，以期實(shí)現(xiàn)公共服務(wù)職能，涉及到地方政府和企業(yè)的產(chǎn)權(quán)劃分、投資構(gòu)成比例、效益分成等問題。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際，可選擇2種方式，一種是政府和鐵路等各出資方共同組建合資公司，根據(jù)投資、資產(chǎn)等確定股權(quán)劃分，共同負(fù)責(zé)改造后的張博鐵路的資產(chǎn)管理等；另一種是采取政府購買服務(wù)的方式，鐵路作為社會(huì)資本，采用PPP等運(yùn)作模式，即淄博市出資，濟(jì)南鐵路局負(fù)責(zé)建設(shè)、運(yùn)營管理。

既有張博線僅辦理貨運(yùn)業(yè)務(wù)，由濟(jì)南鐵路局負(fù)責(zé)運(yùn)營管理和養(yǎng)護(hù)維修，運(yùn)營機(jī)制成熟、穩(wěn)定。本項(xiàng)目實(shí)施后新開辦客運(yùn)業(yè)務(wù)，考慮到本線客貨共線的特點(diǎn)，建議運(yùn)營管理仍由濟(jì)南鐵路局負(fù)責(zé)日常運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)維修。

8 結(jié)論

“充分利用鐵路資源”發(fā)展市域鐵路的思路，是緩解城市交通擁堵、加快市域(郊)鐵路發(fā)展、擴(kuò)大交通有效供給、促進(jìn)新型城市化建設(shè)的有效途徑。針對(duì)張博線及淄博市城市空間布局特點(diǎn)，從需求角度分析了鐵路走向與市域客流走向契合情況及客流強(qiáng)度，從供給角度分析了鐵路線路能力的適應(yīng)性，推薦增建二線改造成雙線電氣化鐵路方案；考慮本線需要在維持貨運(yùn)運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)上開行市域列車，對(duì)本線速度目標(biāo)值、車輛類型、車站布置、列控系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)等問題進(jìn)行研究比較。對(duì)運(yùn)輸組織模式和運(yùn)營管理方式進(jìn)行了深入探討。張博線開行市域列車的研究對(duì)國內(nèi)類似貨運(yùn)與市域列車混行的線路改造有一定的借鑒作用。