新建西安至法門寺至機(jī)場(chǎng)城際鐵路速度目標(biāo)值研究

方 華

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710043)

速度目標(biāo)值是城際鐵路關(guān)鍵性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇、工程投資等方面具有重大影響。速度目標(biāo)值方案的選擇既要符合功能定位、結(jié)合客流需求、匹配路網(wǎng)其他鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、滿足運(yùn)輸需求，又要兼顧具有速差的長(zhǎng)、短途城際動(dòng)車組共線運(yùn)行的要求[1]，同時(shí)滿足時(shí)間目標(biāo)值的要求，兼顧車站分布和達(dá)速比[2]。新建西安至法門寺至機(jī)場(chǎng)城際鐵路(以下簡(jiǎn)稱“西法機(jī)城際鐵路”)為關(guān)中城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分，位于關(guān)中盆地區(qū)“關(guān)中—天水經(jīng)濟(jì)區(qū)”，為我國(guó)重點(diǎn)開發(fā)區(qū)之一，沿線城鎮(zhèn)化水平低于我國(guó)中、東部地區(qū)，應(yīng)注重技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇的合理性、適用性。為此，從客流特征分析入手，在得出合理的西法機(jī)城際鐵路開行方案后，針對(duì)西法機(jī)城際鐵路客流開行方案起訖點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間目標(biāo)值分析，從工程投資分析、車站分布及運(yùn)輸組織匹配、與時(shí)間目標(biāo)值的適應(yīng)及與關(guān)中城際網(wǎng)匹配性4 個(gè)角度對(duì)160 km/h，200 km/h，250 km/h 3 個(gè)速度目標(biāo)值方案進(jìn)行研究。

1 西法機(jī)城際鐵路客流特征及方案研究

西法機(jī)城際鐵路起自銀西高速鐵路(銀川—西安北)乾縣站，經(jīng)法門寺、眉縣、周至、戶縣至新西安南站，并通過銀西高速鐵路接入西安北站[3]。西法機(jī)城際鐵路有效發(fā)揮核心城市的引領(lǐng)帶動(dòng)作用，促進(jìn)區(qū)域城鎮(zhèn)化建設(shè)和經(jīng)濟(jì)協(xié)同均衡發(fā)展[4]。

1.1 客流構(gòu)成

根據(jù)在區(qū)域路網(wǎng)中的意義和功能定位，西法機(jī)城際鐵路主要承擔(dān)關(guān)中城市群各城鎮(zhèn)及組團(tuán)間的城際客流、乾縣至西安北段還承擔(dān)銀西高速鐵路(銀川—西安北)與西安以遠(yuǎn)的中長(zhǎng)途通過客流?？土鳂?gòu)成如下。

（1）城際客流：主要為禮泉縣、乾縣、扶風(fēng)縣、眉縣、戶縣、周至縣等沿線各節(jié)點(diǎn)城市與西安之間及沿線各節(jié)點(diǎn)城市相互之間的西法機(jī)城際鐵路城際客流；北段乾縣—法門寺段承擔(dān)沿線城鎮(zhèn)與韓城、閻良、延安等關(guān)中城市群其他節(jié)點(diǎn)城市之間的跨線城際客流，南段法門寺—新西安南承擔(dān)少量沿線地區(qū)與商洛、安康、寶雞等地跨線城際客流。

（2）中長(zhǎng)途客流：根據(jù)近、遠(yuǎn)期西安樞紐總圖布局、路網(wǎng)分工，西法機(jī)城際鐵路在機(jī)場(chǎng)至乾縣段承擔(dān)的中長(zhǎng)途客流主要包括銀西(銀川—西安北)與西成(西安北—成都東)、西武(西安北—武漢)、西渝(西安—重慶)高速鐵路間的旅客交流。根據(jù)銀西高速鐵路研究成果，乾縣至西安段跨線客流2025 年、2030 年、2040 年分別為690 萬人、957 萬人、1300 萬人。

1.2 開行方案

根據(jù)客流預(yù)測(cè)情況，西法機(jī)城際鐵路城際本線列車由新西安南—西安北、新西安南—太白山、新西安南—寶雞客流構(gòu)成，城際跨線車由寶雞—西安北、寶雞—韓城、寶雞—延安(榆林)客流構(gòu)成。同時(shí)為了縮短旅客候車時(shí)間，西法機(jī)城際鐵路旅客列車編組采用跨線車8 輛編組，本線4 輛編組。8 輛編組列車定員600 人/列，編組列車定員300 人/列，客座利用率80% ～ 90%。因此，列車開行方案及區(qū)間段旅客列車對(duì)數(shù)匯總?cè)绫?所示。

1.3 時(shí)間目標(biāo)值確定

（1）滿足關(guān)中城際鐵路網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)的時(shí)間目標(biāo)值。關(guān)中城際鐵路網(wǎng)(西安—藍(lán)田、西安—臨潼—渭南、西安—周至、西安南—機(jī)場(chǎng)—法門寺、西安—高陵—閻良—富平、西安—銅川)作為承擔(dān)區(qū)域核心城市與各主要節(jié)點(diǎn)城市、中心城鎮(zhèn)間城際客流的軌道交通，其時(shí)間目標(biāo)值應(yīng)滿足城際客流出行需求和開行方案要求，符合區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的需要。關(guān)中地區(qū)將形成以西安為中心，至寶雞、銅川、潼關(guān)、商洛等地的“1 小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈”[5]。西法機(jī)城際鐵路銜接西安、咸陽、寶雞3 市的部分重要城鎮(zhèn)，為滿足沿線各經(jīng)濟(jì)組團(tuán)的發(fā)展需求，根據(jù)區(qū)位關(guān)系，西安至寶雞市扶風(fēng)縣、眉縣的時(shí)間目標(biāo)值宜為1 h，至咸陽市禮泉縣、乾縣的時(shí)間目標(biāo)值宜為0.5 h。

（2）與其他交通運(yùn)輸方式競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)間目標(biāo)值，根據(jù)西法機(jī)城際鐵路開行方案，研究西安至周邊主要城鎮(zhèn)運(yùn)距和公路旅行時(shí)間如表2 所示。

由表2 可見，西安至周邊各縣城運(yùn)距雖然較短，在45 ～ 124 km 之間，但受城市交通擁堵的影響，旅行時(shí)間在1 ～ 2 h。

城際鐵路作為高速、快捷的軌道交通，項(xiàng)目建成后，旅行時(shí)間上應(yīng)具備與公路競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，西安至戶縣、周至、禮泉、乾縣時(shí)間目標(biāo)值宜在0.5 h左右，至太白山、法門寺宜控制在1 h 左右。因此，結(jié)合關(guān)中城市群未來城鎮(zhèn)發(fā)展需求，西安至太白山、法門寺間時(shí)間目標(biāo)值宜控制在1 h。

表1 列車開行方案及區(qū)段旅客列車對(duì)數(shù)匯總表Tab.1 Summary of train operation plan and pairs of passenger trains in section

表2 西安至周邊主要城鎮(zhèn)運(yùn)距和公路旅行時(shí)間表Tab.2 Distance and road travel time from Xi’an to major surrounding cities and towns

2 西安至法門寺至機(jī)場(chǎng)城際鐵路速度目標(biāo)值比選

2.1 速度目標(biāo)值方案

西法機(jī)功能定位為關(guān)中城市群城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分，主要承擔(dān)沿線各節(jié)點(diǎn)城市與西安之間、沿線各節(jié)點(diǎn)城市相互之間、沿線各節(jié)點(diǎn)城市與關(guān)中城市群其他節(jié)點(diǎn)城市之間的旅客交流和沿線主要旅游景區(qū)旅游客流的便捷集散通道[6]。從運(yùn)輸需求及功能定位分析[7]，西法機(jī)城際鐵路鐵路等級(jí)為城際鐵路。根據(jù)《城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的速度等級(jí)為120 km/h，160 km/h 和200 km/h[8]。西法機(jī)城際鐵路銜接的銀西高速鐵路速度目標(biāo)值為250 km/h，預(yù)留提速條件。研究年度西法機(jī)城際鐵路還開行西韓城際、閻良至機(jī)場(chǎng)城際間的跨線城際列車，兩城際線路設(shè)計(jì)速度均為250 km/h?？紤]西法機(jī)城際鐵路運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)速度不宜過低[9]。因此，對(duì)新建線路段設(shè)計(jì)速度主要研究160 km/h，200 km/h，250 km/h 3 個(gè)方案。

2.2 方案分析

2.2.1 速度目標(biāo)值工程投資分析

3 個(gè)方案線路走向相同，主要差別在于線路平縱斷面標(biāo)準(zhǔn)、與線路標(biāo)準(zhǔn)相匹配的工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)合相鄰銀西線、西成線及規(guī)劃法門寺至寶雞方向的城際鐵路的標(biāo)準(zhǔn)，160 km/h 和200 km/h 方案按照《城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行，250 km/h方案按照《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，各方案列控系統(tǒng)宜采用CTCS-2 系統(tǒng)，因而站后配套相差不大[10]。西法機(jī)城際鐵路沿線地勢(shì)平坦開闊，線路布線基本相同，僅因執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不同、曲線半徑的差異造成曲線部分線路取直，因而各方案線路長(zhǎng)度基本相當(dāng)，分別為171.941 km，171.386 km，169.996 km。不同設(shè)計(jì)速度方案工程投資比較如表3 所示。

由表3 可知，與200 km/h 方案相比，160 km/h方案線路長(zhǎng)度僅增加0.56 km，投資減少8.97 億元。250 km/h 方案線路縮短1.39 km，而靜態(tài)投資增加21.81 億元。

2.2.2 速度目標(biāo)值與車站分布及運(yùn)輸組織匹配性分析

西安北至法門寺至新西安南運(yùn)營(yíng)全長(zhǎng)235.223 km，平均站間距為14.7 km，其中乾縣至新西安南段新建線運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度168.809 km，平均站間距為13.0 km。通過模擬牽引計(jì)算，列車加減速及達(dá)速情況適應(yīng)性。不同速度等級(jí)列車達(dá)速效果分析如表4 所示。

表3 不同設(shè)計(jì)速度方案工程投資比較Tab.3 Project invest of plans with different speeds

表4 不同速度等級(jí)列車達(dá)速效果分析表Tab.4 Analysis of train speed effect of different speed grades

由表4 可見，研究年度西法機(jī)城際鐵路開行交錯(cuò)停及大站停城際列車，采用160 km/h 和200 km/h的設(shè)計(jì)速度，列車達(dá)速運(yùn)行區(qū)段長(zhǎng)，動(dòng)車組列車性能發(fā)揮好，與西法機(jī)城際鐵路車站分布適應(yīng)性好；采用250 km/h 及以上的設(shè)計(jì)速度，由于站間距較小，大站停列車達(dá)速比低于50%，達(dá)速效果較差，動(dòng)車組性能未能得到充分發(fā)揮。

2.2.3 速度目標(biāo)值與時(shí)間目標(biāo)值適應(yīng)性分析

根據(jù)客流構(gòu)成[11]，新西安南至乾縣段主要承擔(dān)沿線各城鎮(zhèn)及組團(tuán)與西安間的城際客流，其中西法機(jī)城際鐵路城際客流占比85% ～ 95%，其余5% ～ 15%為關(guān)中城際網(wǎng)間客流。乾縣至西安北段主要承擔(dān)銀西高速鐵路與西安以遠(yuǎn)的中長(zhǎng)途通過客流，約占總客流的60%，西法機(jī)城際鐵路城際客流占40%。西法機(jī)城際鐵路全部開行城際列車，動(dòng)車組可能的開行種類有一站直達(dá)、大站直達(dá)、交錯(cuò)停站及站站停等。

珠三角城際鐵路、中原城市群城際鐵路、武漢城市圈城際鐵路、環(huán)渤海城際鐵路、成渝地區(qū)城際鐵路等已開通運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目主要開行大站停[12]、交錯(cuò)停和站站停列車。從各城際鐵路運(yùn)營(yíng)情況分析，城際列車停站次數(shù)隨線路長(zhǎng)度增加而增多，平均停站次數(shù)約為車站數(shù)目的1/2。通過分析，采用大站停+站站停開行方式的武黃城際鐵路(武漢—大冶北)、武咸城際鐵路(武漢—咸寧)、鄭開城際鐵路(鄭州東—開封)、鄭焦城際鐵路(鄭州—焦作)等，站站停列車開行數(shù)量較少，絕大部分開行大站停列車。采用大站停+交錯(cuò)停開行方式的城際鐵路，大站停開行數(shù)量較多，交錯(cuò)停開行數(shù)量較少。

根據(jù)城際列車可能的開行種類，并結(jié)合國(guó)內(nèi)城際鐵路列車開行種類及西法機(jī)城際鐵路客流特點(diǎn)，根據(jù)西法機(jī)城際鐵路功能定位和客流分析，西法機(jī)城際鐵路為關(guān)中城際網(wǎng)中骨干線路和旅游環(huán)線，主要承擔(dān)沿線各城鎮(zhèn)及組團(tuán)與西安間的城際客流[13]。同時(shí)，西法機(jī)城際鐵路平均站間距離僅13.0 km，開行站站停列車造成動(dòng)車組頻繁起停，運(yùn)輸質(zhì)量低。由于西法機(jī)城際鐵路初、近期客流水平較低，為便于吸引沿線客流上線乘車，研究年度將開行大站停和交錯(cuò)停2 種列車。根據(jù)列車牽引計(jì)算仿真軟件和列車運(yùn)行圖鋪畫結(jié)論，對(duì)不同設(shè)計(jì)速度方案的旅行時(shí)間進(jìn)行對(duì)比分析。不同設(shè)計(jì)速度方案旅行時(shí)間比較如表5 所示。

由表5 可見，200 km/h 及以上的設(shè)計(jì)速度方案均可滿足西安至太白山、法門寺時(shí)間目標(biāo)值1 h的要求。200 km/h 方案大站停列車環(huán)線全程旅行時(shí)間較160 km/h 方案縮短17 min，較250 km/h 方案延長(zhǎng)10 min。

表5 不同設(shè)計(jì)速度方案旅行時(shí)間比較表Tab.5 Travel time comparison of different design speeds

2.2.4 速度目標(biāo)值與關(guān)中城際網(wǎng)匹配性分析

關(guān)中城際網(wǎng)在建項(xiàng)目中，除西法機(jī)城際鐵路外，其余項(xiàng)目速度目標(biāo)值為200 ～ 250 km/h。西法機(jī)城際鐵路銜接的銀西高鐵速度目標(biāo)值為250 km/h(預(yù)留提速條件)。從與區(qū)域快速客運(yùn)網(wǎng)和關(guān)中城際網(wǎng)匹配，便于城際列車在關(guān)中城際網(wǎng)內(nèi)跨線開行，方便動(dòng)車組運(yùn)用和檢修等方面分析，西法機(jī)城際鐵路設(shè)計(jì)速度宜為200 ～ 250 km/h。

西法機(jī)城際鐵路為關(guān)中城際鐵路網(wǎng)的重要組成部分，設(shè)計(jì)速度原則上應(yīng)與城際網(wǎng)內(nèi)其他鐵路統(tǒng)一匹配，但西法機(jī)城際鐵路沿線城鎮(zhèn)、旅游景區(qū)等經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)較為密集，車站站間距較??；客流主要為西安與沿線節(jié)點(diǎn)城鎮(zhèn)間的城際客流，中長(zhǎng)途跨線客流小，設(shè)計(jì)速度選擇具備靈活性。

通過對(duì)西法機(jī)城際鐵路采用160 km/h，200 km/h，250 km/h 3 個(gè)速度目標(biāo)值方案進(jìn)行研究，分別從工程設(shè)置、車站分布、路網(wǎng)協(xié)調(diào)、運(yùn)輸組織匹配、與時(shí)間目標(biāo)值的適應(yīng)等方面進(jìn)行比較，得出160 km/h 方案雖具有工程投資較省、列車達(dá)速效果相對(duì)稍好的優(yōu)點(diǎn)，但運(yùn)輸質(zhì)量相對(duì)200 km/h 和250 km/h 方案低，客流吸引能力弱，與關(guān)中城際網(wǎng)其他線路不匹配；250 km/h 方案運(yùn)輸質(zhì)量高，但投資大、列車達(dá)速比低。從工程經(jīng)濟(jì)投資節(jié)省性及與時(shí)間目標(biāo)值適配性等方面綜合分析，西法機(jī)城際鐵路設(shè)計(jì)速度推薦200 km/h 方案。

3 結(jié)束語

新建西安至法門寺至機(jī)場(chǎng)城際鐵路位于關(guān)中盆地區(qū)“關(guān)中—天水經(jīng)濟(jì)區(qū)”，不僅可以滿足西咸一體化發(fā)展公共交通服務(wù)的要求，而且縮短了項(xiàng)目沿線地區(qū)與西安國(guó)際化大都市的時(shí)空距離，同時(shí)對(duì)于促進(jìn)關(guān)中城市群經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、交通發(fā)展均具有重要推動(dòng)意義。西法機(jī)城際鐵路是關(guān)中城際交通運(yùn)輸網(wǎng)的新骨干，該鐵路的建成可以與關(guān)中城際網(wǎng)相匹配、滿足城際鐵路運(yùn)輸需求、具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)具有較好的社會(huì)效益。