市域快速軌道交通速度目標(biāo)值確定研究

王文波

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

1 工程概況

西安地鐵16號線線路全長67.1km，設(shè)26座車站（高架站16座，地下站10座），換乘站9座，平均站間距2.67km。全線設(shè)置一段兩場，分別是中部沙河灘車輛基地、南側(cè)小兆村停車場、北側(cè)徐家堡停車場、控制中心與16、17、18、19號線共用，位于16號線車輛段內(nèi)。

2 影響因素

2.1 時(shí)間要求

根據(jù)城市綜合交通規(guī)劃及乘客出行習(xí)慣，一般以1h作為出行的時(shí)間目標(biāo)?！段靼彩谐鞘熊壍澜煌ň€網(wǎng)規(guī)劃（修編）》報(bào)告提出，以多層次、多方式交通網(wǎng)絡(luò)支撐和引導(dǎo)都市區(qū)一體化發(fā)展，提供快速、高效運(yùn)輸服務(wù)，構(gòu)建主城區(qū)半小時(shí)、都市區(qū)一小時(shí)交通圈[1]。結(jié)合城市規(guī)劃以及線網(wǎng)對本線旅行時(shí)間的要求，該線位于外圍組團(tuán)，應(yīng)保證在1h以內(nèi)到達(dá)中心城區(qū)，需要提高速度目標(biāo)值。

2.2 功能定位及客流特點(diǎn)

從線路功能定位分析，地鐵16號線是都市區(qū)軌道交通線網(wǎng)中的一條區(qū)域南北向快線，與線網(wǎng)中的12、18號線共同構(gòu)成西咸新區(qū)內(nèi)南北向軌道交通骨架，覆蓋了西咸新區(qū)的各主要功能區(qū)域，支撐西安形成雙心職能的發(fā)展格局。

從客流特點(diǎn)分析，16號線與線網(wǎng)中的1、5、11、14、19號線等多條都市區(qū)東西向的線路形成多點(diǎn)換乘，構(gòu)建都市區(qū)新中心中央商務(wù)區(qū)快速交通體系的同時(shí)，最大程度地支持了西咸新區(qū)與各個(gè)方向的聯(lián)系；同時(shí)連接鐵路南客站、阿房宮站兩座大型交通樞紐，提升對外交通樞紐的配套能力，解決大型客流集散點(diǎn)的交通需求，對速度目標(biāo)值要求較高。

2.3 全線站間距情況

線路站間距對列車速度目標(biāo)值選取有一定的影響，列車速度目標(biāo)值的大小必須結(jié)合站間距大小來考慮。參照國內(nèi)城市軌道交通列車時(shí)速與站間距關(guān)系，主要經(jīng)驗(yàn)如下：平均站間距在2.0km以下時(shí)，最高運(yùn)行速度宜為80km/h；平均站間距在2.0～3.0km時(shí)，最高運(yùn)行速度宜為100km/h；平均站間距在3.0km以上時(shí)，最高運(yùn)行速度宜為120km/h。

該線全線站間距離情況如表1所示。

16號線全線平均站間距達(dá)到2.75km，其中最大站間距為6.77km（蘭池大道—章義路）。全線范圍內(nèi)站間距大于3km的區(qū)間共9個(gè)，占總區(qū)間數(shù)的37.5%；大于2km的區(qū)間共15個(gè)，占總區(qū)間數(shù)的62.5%；小于2km的區(qū)間有9個(gè)，占總區(qū)間數(shù)的4.2%。單從站間距與速度的適應(yīng)性方面看，100km/h或120km/h的速度目標(biāo)值能夠適應(yīng)本線站間距離的特點(diǎn)。

表1 全線站間距統(tǒng)計(jì)表

2.4 達(dá)速比分析

對列車在平坡時(shí)的起、停車距離進(jìn)行理論計(jì)算，可以得到不同速度方案起動(dòng)至最高速度的起車距離和從最高速度制動(dòng)停車距離[2]。不同速度目標(biāo)值與該線站間距的關(guān)系如表2所示。

表2 不同速度目標(biāo)值與本線站間距的關(guān)系

從表2可以看出，120km/h速度方案的起、停車距離大于100km/h、80km/h速度方案。該線平均站間距為2.74km，80km/h速度方案的達(dá)速距離為2.05km，達(dá)速比為74%；100km/h速度方案的達(dá)速距離為1.54km，達(dá)速比為56.2%；120km/h速度方案的達(dá)速距離為0.89km，達(dá)速比為32.5%。

通過以上分析，80km/h與100km/h的速度方案達(dá)速比較高，120km/h的速度方案達(dá)速比較低，不能較好地發(fā)揮其快速、高效的優(yōu)勢。80km/h雖達(dá)速比較高，但線路站間距較大，模擬計(jì)算出現(xiàn)二次牽引狀況，增加能耗，當(dāng)工況為“牽引-惰性-制動(dòng)”的運(yùn)行模式時(shí)，旅客舒適度好，能源消耗少。因此，從達(dá)速比和模擬計(jì)算牽引情況來看，100km/h的速度目標(biāo)值能適應(yīng)該線特征。

2.5 旅行速度比較

對全線運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行模擬計(jì)算，分析結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，采用最高運(yùn)行速度為100km/h的列車，旅行時(shí)間約70min，比80km/h列車節(jié)約10min，節(jié)省時(shí)間較多；120km/h的最高速度僅節(jié)省2min，效果不明顯。該結(jié)果表明，采用100km/h的列車在提高全線出行速度、節(jié)省旅行時(shí)間方面具有較明顯優(yōu)勢。

表3 旅行時(shí)間分析比較表

2.6 隧道凈空分析

因地下段速度目標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)對隧道工程影響十分重大，以限界研究為切入點(diǎn)，分析地下段合理的速度目標(biāo)值。

列車在隧道內(nèi)運(yùn)行時(shí)，受到隧道壁面的阻塞，列車氣動(dòng)阻力相對于地面或高架線運(yùn)行時(shí)有大幅提升，增加了列車運(yùn)行能耗。當(dāng)隧道斷面面積不一致時(shí)，列車運(yùn)行承受的氣動(dòng)阻力也會有較大差異。因而，需要合理選擇車～隧阻塞比，使得列車在一定速度下的能耗以及隧道施工斷面面積均處于可以接受范圍。

根據(jù)初步研究分析，得出以下結(jié)論：最高運(yùn)行速度80km/h的高速地鐵，其隧道斷面阻塞比≤0.4；最高運(yùn)行速度100km/h，使用非密閉車輛時(shí)，斷面阻塞比＜0.27；最高運(yùn)行速度120km/h，使用密閉車輛時(shí)，斷面阻塞比＜0.289；最高運(yùn)行速度140km/h，使用密閉車輛時(shí)，斷面阻塞比＜0.35[3]。

在確定隧道斷面內(nèi)徑時(shí)，除了需要滿足空氣動(dòng)力學(xué)引起的車～隧阻塞比關(guān)系外，還需核算確定的斷面是否滿足接觸網(wǎng)懸掛方案所需的凈空要求。從隧道斷面結(jié)構(gòu)分析，80km/h和100km/h的隧道斷面基本一致，而120km/h的隧道斷面較大。

2.7 資源共享影響分析

西安軌道交通1、2、3號線均選用時(shí)速80km的B型車。經(jīng)進(jìn)一步了解，時(shí)速不同，類型相同的地鐵B型車在車輛維修、資源共享、零部件共用等方面基本可以完全共用共享，不存在不良影響。

國內(nèi)城市已建設(shè)軌道交通列車很多選用地鐵B型車，該類型列車設(shè)計(jì)與制造技術(shù)成熟，國內(nèi)幾大車輛制造廠商均具備生產(chǎn)能力；已經(jīng)運(yùn)營的深圳軌道交通3號線、鄭州9號線等最高運(yùn)行速度目標(biāo)值采用100km/h，因此車輛有可靠來源，技術(shù)成熟。采用120km/h的線路還相應(yīng)較少。

2.8 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

從經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面對80km/h、100km/h和120km/h進(jìn)行比選，如表4所示。

表4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析比較表

從表4可以看出，在實(shí)現(xiàn)全線相同的運(yùn)營功能時(shí)，最高運(yùn)行速度目標(biāo)值為100km/h和120km/h列車相差不大，但相比80km/h的列車，運(yùn)營費(fèi)用降低很多。

3 比選結(jié)論

以上指標(biāo)中，時(shí)間要求、功能定位、客流特征為比選的基礎(chǔ)因素，站間距、達(dá)速比、旅行速度、隧道凈空、資源共享為重點(diǎn)比選技術(shù)因素，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析為經(jīng)濟(jì)因素，確定過程中應(yīng)綜合比較。通過以上分析，16號線工程建議采用100km/h的速度目標(biāo)值。

4 結(jié)束語

市域快速軌道速度目標(biāo)值是軌道交通線路的重要技術(shù)指標(biāo)，直接影響土建工程規(guī)模及設(shè)備系統(tǒng)的選擇，其確定與線路的時(shí)間要求、功能定位、客流特征、站間距、達(dá)速比、旅行速度、隧道凈空、資源共享和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素有關(guān)。在選擇速度目標(biāo)值時(shí)，需要綜合分析對比上述因素，保證工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)合理，滿足功能需求。一般情況下，速度目標(biāo)值應(yīng)以適合線路特征為標(biāo)準(zhǔn)，采用較高的速度目標(biāo)值可以有效地提高旅行速度，壓縮在途時(shí)間，提高服務(wù)水平，相應(yīng)投標(biāo)也會增加。但站間距離較短或線路條件受限時(shí)，較高的速度目標(biāo)值不能發(fā)揮其快速、高效的特點(diǎn)。