新建高速鐵路蘭州至張掖三四線速度目標(biāo)值研究

馬紅偉

(陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院)，西安 710043)

速度目標(biāo)值是高速鐵路核心技術(shù)指標(biāo)，是體現(xiàn)高速鐵路系統(tǒng)整體技術(shù)水平的最主要參數(shù)，也是確定項(xiàng)目工程投資的重要基礎(chǔ)。速度目標(biāo)值選擇應(yīng)統(tǒng)籌考慮功能定位、客運(yùn)需求、路網(wǎng)意義、運(yùn)輸質(zhì)量、工程經(jīng)濟(jì)等因素，經(jīng)綜合比選確定[1]。結(jié)合項(xiàng)目具體特點(diǎn)，對(duì)新建高速鐵路蘭州至張掖三四線速度目標(biāo)值方案進(jìn)行研究。

1 項(xiàng)目概況

新建高速鐵路蘭州至張掖三四線縱貫“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”黃金地段—河西走廊，連接蘭州、武威、金昌、張掖等“古絲綢之路”商貿(mào)重鎮(zhèn)，是國(guó)家實(shí)施“一帶一路”和“西部大開(kāi)發(fā)”戰(zhàn)略的重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，是復(fù)興絲綢之路經(jīng)濟(jì)、傳承絲綢之路文化、促進(jìn)絲綢之路人文交流的需要。項(xiàng)目東連寶蘭、包蘭高鐵，西與蘭新高鐵銜接，是中長(zhǎng)期高速鐵路網(wǎng)重要組成部分[2]，也是河西走廊經(jīng)濟(jì)帶及新疆地區(qū)與中西部聯(lián)系的重要客運(yùn)通道。

線路東起甘肅省會(huì)蘭州市，向西經(jīng)蘭州新區(qū)、永登縣、天?？h后翻越祁連山烏鞘嶺至古浪縣，經(jīng)武威市、金昌市、山丹縣至張掖市。全線蘭州西至張掖西運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度493.26 km，共分布蘭州西、陳官營(yíng)、福利區(qū)、西固、蘭州新區(qū)、中川機(jī)場(chǎng)、永登北、天祝西、黑松驛、古浪北、武威東、永寧、金昌南、芨嶺西、青陽(yáng)口、山丹西、張掖西等17處車(chē)站[3]。

結(jié)合路網(wǎng)構(gòu)成，蘭州西至中川機(jī)場(chǎng)段作為蘭州至張掖三四線組成部分，已于2015年年底開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，線路長(zhǎng)度54.01 km，列車(chē)允許速度160 km/h；中川機(jī)場(chǎng)至張掖西段新建長(zhǎng)度439.25 km。根據(jù)運(yùn)量預(yù)測(cè)，本線近期、遠(yuǎn)期客流密度和動(dòng)車(chē)組列車(chē)對(duì)數(shù)如表1所示[4]。

表1 研究年度項(xiàng)目預(yù)測(cè)運(yùn)量

新建高速鐵路蘭州至張掖三四線線路走向示意見(jiàn)圖1。

圖1 新建高速鐵路蘭州至張掖三四線線路走向示意

2 客流特征

根據(jù)項(xiàng)目功能定位、路網(wǎng)意義，結(jié)合運(yùn)量預(yù)測(cè)，本線承擔(dān)的客流主要由城市客流、區(qū)際客流以及長(zhǎng)途跨線客流構(gòu)成。

城市客流：已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的蘭州至中川機(jī)場(chǎng)線將蘭州主城區(qū)與國(guó)家級(jí)蘭州新區(qū)、中川國(guó)際機(jī)場(chǎng)有效連接在一起，隨著蘭州新區(qū)的快速發(fā)展及中川國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3航站樓的規(guī)劃實(shí)施，本線承擔(dān)的蘭州主城區(qū)與蘭州新區(qū)、中川機(jī)場(chǎng)的城市客流將急劇增加，以商務(wù)、旅行等為主，占本線總客流的32%左右。

區(qū)際客流：本線縱貫“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”黃金地段，連接河西走廊蘭州、武威、金昌、張掖等重要城鎮(zhèn)，隨著甘肅區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展及人民生活水平的提高，本線將承擔(dān)河西走廊經(jīng)濟(jì)帶各城市間的區(qū)際客流，以務(wù)工、探親等為主，占總客流的49%。

長(zhǎng)途跨線客流：本線為中長(zhǎng)期高速鐵路網(wǎng)組成部分，與蘭新高鐵、包蘭高鐵、寶蘭高鐵互聯(lián)互通，是路橋客運(yùn)主通道，亦是西部地區(qū)與中東部聯(lián)系的重要基礎(chǔ)設(shè)施。隨著西部大開(kāi)發(fā)及“一帶一路”國(guó)家政策的實(shí)施與發(fā)展，本線將承擔(dān)新疆、甘肅西部地區(qū)至中東部地區(qū)的長(zhǎng)途跨線客流，以求學(xué)、旅游等為主，占總客流的19%[5]。

3 時(shí)間目標(biāo)值的確定

本線位于甘肅省中部及河西走廊地區(qū)，連接蘭州、武威、金昌、張掖等西部重要城市，貫穿甘肅省西部地區(qū)黃金經(jīng)濟(jì)帶，是“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”的重要組成部分，時(shí)間目標(biāo)值的選擇應(yīng)適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，滿足西部大開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略要求。

根據(jù)項(xiàng)目功能定位及客流特點(diǎn)分析，本線主要承擔(dān)區(qū)域城際客流，同時(shí)兼顧部分長(zhǎng)途客流的運(yùn)輸任務(wù)。隨著人民生活水平的提高、社會(huì)活動(dòng)節(jié)奏的加快，既有蘭新線蘭州至張掖旅客旅行時(shí)間為4.9～7.6 h，已不能滿足運(yùn)輸需求。

區(qū)域內(nèi)連霍高速公路蘭州至張掖旅行時(shí)間約為5h，航空運(yùn)輸旅行時(shí)間更短。旅客選擇交通工具主要出于對(duì)各種運(yùn)輸方式在速度、安全、經(jīng)濟(jì)及舒適度等綜合質(zhì)量進(jìn)行比較，鐵路除發(fā)揮自身固有的安全性、舒適性、大運(yùn)能、全天候等優(yōu)勢(shì)外，還應(yīng)提高旅行時(shí)間的競(jìng)爭(zhēng)力，從而在運(yùn)輸市場(chǎng)中占有更高的份額[6]。

蘭州至張掖間運(yùn)營(yíng)距離約為494 km，處于鐵路運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì)范圍內(nèi)，鐵路要在旅客運(yùn)輸競(jìng)爭(zhēng)中具有明顯優(yōu)勢(shì)，必須在旅行時(shí)間上較公路有較大節(jié)省，鐵路總旅行時(shí)間宜控制在3.0 h以內(nèi)，扣除其旅行附加時(shí)間0.5 h，蘭州至張掖間鐵路時(shí)間目標(biāo)值不宜大于2.5 h。

綜上所述，為適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，滿足旅客的出行要求，提高運(yùn)輸市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，蘭州西至張掖時(shí)間目標(biāo)值確定為2.5 h以內(nèi)[7]。

4 速度目標(biāo)值研究

4.1 速度目標(biāo)值方案

結(jié)合國(guó)內(nèi)已運(yùn)營(yíng)高速鐵路及區(qū)域內(nèi)相鄰鐵路速度目標(biāo)值，綜合考慮項(xiàng)目功能定位、客流特征、路網(wǎng)意義、工程經(jīng)濟(jì)性等因素[8]，對(duì)新建中川機(jī)場(chǎng)至張掖西段速度目標(biāo)值方案研究了200，250，300，350 km/h四個(gè)方案[9]。

4.2 不同方案工程經(jīng)濟(jì)性分析

不同速度目標(biāo)值方案采用的主要建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示[10]。

本線大部分段落地形較平緩，曲線半徑的選用受地形控制情況在山區(qū)有一定影響，工程投資的差異主要受限于建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的不同[11]。根據(jù)項(xiàng)目所經(jīng)地形條件，結(jié)合以上建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，不同速度目標(biāo)值方案工程經(jīng)濟(jì)性分析如表3所示。

隨著速度目標(biāo)值的提高，線路曲線半徑、路基寬度、隧道斷面、橋梁長(zhǎng)度等增大，工程投資將隨之增加[12]。250 km/h方案較200 km/h投資增加10.2億元、增幅3%左右；300,350 km/h方案較250 km/h投資分別增加10.3，63.3億元，增幅3%，15%左右[13]。

表2 不同速度目標(biāo)值方案基礎(chǔ)設(shè)施主要建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

表3 不同速度目標(biāo)值方案工程經(jīng)濟(jì)性分析

另結(jié)合各方案的運(yùn)行時(shí)分，對(duì)不同方案的投資差額與節(jié)時(shí)效果進(jìn)行分析，200,300,350 km/h方案較250 km/h的投資節(jié)時(shí)比分別為-3 413，-8 589，26 378萬(wàn)元/min，說(shuō)明250 km/h方案節(jié)時(shí)成本最優(yōu)。

4.3 速度目標(biāo)值方案綜合分析

4.3.1 與時(shí)間目標(biāo)值適應(yīng)性分析

經(jīng)列車(chē)牽引仿真計(jì)算和鋪畫(huà)列車(chē)運(yùn)行圖[14]，結(jié)合既有蘭州西至中川機(jī)場(chǎng)旅行時(shí)間，蘭州西至張掖西不同速度目標(biāo)值方案旅行時(shí)間及旅行速度如表4所示。

表4 不同速度目標(biāo)值方案運(yùn)行指標(biāo)分析

不同速度目標(biāo)值方案中，除200 km/h外，其余3個(gè)方案均可滿足時(shí)間目標(biāo)值要求。300，350 km/h方案較250 km/h旅行時(shí)間分別節(jié)省0.2，0.4 h。

4.3.2 與功能定位適應(yīng)性分析

本線位于甘肅省河西走廊，貫穿甘肅省西部地區(qū)黃金經(jīng)濟(jì)帶，是“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”的重要基礎(chǔ)交通設(shè)施，連接蘭州、武威、金昌、張掖等重要城市，是中長(zhǎng)期高速鐵路網(wǎng)重要組成部分，在路網(wǎng)中具有重要意義[15]。根據(jù)功能定位研究，本線是一條快速客運(yùn)鐵路。故結(jié)合本線路網(wǎng)意義及功能定位分析，速度目標(biāo)值不應(yīng)小于250 km/h。

4.3.3 與區(qū)域路網(wǎng)匹配性分析

區(qū)域路網(wǎng)內(nèi)除蘭州至中川機(jī)場(chǎng)段速度目標(biāo)值為160 km/h外，蘭新高鐵速度目標(biāo)值為250 km/h預(yù)留提速條件，寶蘭、包蘭高鐵及蘭州至天水城際鐵路速度目標(biāo)值亦為250 km/h；結(jié)合列車(chē)開(kāi)行方案，本線除開(kāi)行部分蘭州至中川機(jī)場(chǎng)的城際列車(chē)外，主要開(kāi)行蘭州至武威、張掖城際列車(chē)及長(zhǎng)途跨線列車(chē)。故為與區(qū)域路網(wǎng)相關(guān)鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)，提高本線開(kāi)行列車(chē)整體運(yùn)輸質(zhì)量，滿足旅客出行需求[16]，推薦本線速度目標(biāo)值為250 km/h。

4.3.4 不同方案對(duì)客流水平的影響分析

項(xiàng)目吸引區(qū)域?yàn)楦拭C省河西走廊的黃金地帶，主要承擔(dān)城際客流和中長(zhǎng)途跨線客流，以商務(wù)、旅游、求學(xué)、務(wù)工等為主，沿線城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)化水平與同等區(qū)域相比略高，但低于中西部地區(qū)。速度目標(biāo)值提高、旅行時(shí)間的縮短將有效吸引客流的增加，但票價(jià)的增長(zhǎng)、支付意愿的降低在一定程度上又會(huì)抑制客流[17]。經(jīng)分析研究，不同速度目標(biāo)值方案對(duì)客流水平的影響如表5所示。

表5 不同速度目標(biāo)值方案對(duì)客流的影響分析 萬(wàn)人次

250 km/h方案與200 km/h方案票價(jià)一致，但運(yùn)輸質(zhì)量較高，客流增加約8%，吸引客流明顯；300，350 km/h方案較250 km/h方案雖旅行時(shí)間節(jié)省，但票價(jià)支出較高，客流增加僅為1%，2%，吸引客流增長(zhǎng)幅度有限。

4.3.5 不同方案經(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(yùn)營(yíng)成本、運(yùn)輸收入等多種因素[18]，對(duì)新建中川機(jī)場(chǎng)至張掖西段財(cái)務(wù)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)進(jìn)行測(cè)算，經(jīng)分析計(jì)算，各方案主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表6所示。

表6 不同速度目標(biāo)值方案經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)分析

300，350 km/h方案較200，250 km/h方案票價(jià)提高、客流增加，經(jīng)濟(jì)效益性略優(yōu)，但工程投資的增加導(dǎo)致財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值指標(biāo)提高有限[19]。

4.4 速度目標(biāo)值研究結(jié)論

綜合以上分析，為適應(yīng)沿線經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，積極響應(yīng)“西部大開(kāi)發(fā)”戰(zhàn)略及建設(shè)“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”的政策方針，速度目標(biāo)值250 km/h方案不僅與路網(wǎng)相協(xié)調(diào)、符合項(xiàng)目功能定位，且工程經(jīng)濟(jì)性、財(cái)務(wù)效益性適中，同時(shí)投資節(jié)時(shí)比最優(yōu)[20]，故速度目標(biāo)值推薦采用250 km/h。

5 結(jié)語(yǔ)

新建高速鐵路蘭州至張掖三四線位于“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”黃金地段，是中長(zhǎng)期高速鐵路網(wǎng)重要組成部分。結(jié)合項(xiàng)目功能定位、客流特征、運(yùn)輸需求及路網(wǎng)構(gòu)成[21]，對(duì)新建中川機(jī)場(chǎng)至張掖西段速度目標(biāo)值研究了200，250，300，350 km/h四個(gè)方案，從路網(wǎng)匹配性、工程投資節(jié)約性、經(jīng)濟(jì)效益合理性、投資節(jié)時(shí)比最優(yōu)性等方面綜合分析，推薦250 km/h方案。研究結(jié)論滿足運(yùn)輸需求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，且與路網(wǎng)相協(xié)調(diào)、通道運(yùn)輸質(zhì)量高、綜合經(jīng)濟(jì)性較好。