城市軌道交通線路曲線組合優(yōu)化策略研究

陳冬

遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 遼寧沈陽(yáng) 110000

隨著我國(guó)城市化的發(fā)展進(jìn)程越來(lái)越快，城市的交通運(yùn)輸問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，出現(xiàn)了交通堵塞、行車、乘車?yán)щy、大氣污染嚴(yán)重等問(wèn)題。

1 概述

限制條件指影響平縱斷面設(shè)計(jì)的各類因素。城市軌道交通線路設(shè)計(jì)應(yīng)符合城市總體規(guī)劃、綜合交通規(guī)劃、軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃、城市近期建設(shè)規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)規(guī)劃等。線路平面設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)城市現(xiàn)狀或規(guī)劃，以及運(yùn)營(yíng)要求等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。線路縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮與沿線建構(gòu)筑物、各級(jí)道路、橋梁、鐵路、河流的凈距要求和節(jié)能要求等，合理選用縱坡[1]。

2 模型構(gòu)建

2.1 乘客出行成本

乘客出行成本一般由購(gòu)票成本與時(shí)間成本組成。小交路折返站的選擇不會(huì)影響票價(jià)，因此主要考慮乘客的時(shí)間成本?？紤]到列車的旅行速度相同的情況，乘客在車時(shí)間不會(huì)發(fā)生變化，在此選擇乘客的候車時(shí)間作為乘客出行成本，而線路較長(zhǎng)時(shí)旅客更關(guān)心車廂擁擠程度，若擁擠程度較高，則乘客出行成本更高。城市軌道交通的發(fā)車間隔一般較小，乘客出行時(shí)不需關(guān)注列車時(shí)間表，可將乘客視為均勻達(dá)到，因此可將乘客的平均候車時(shí)間取發(fā)車間隔的一半。滿載率是衡量車廂擁擠程度的重要指標(biāo)，滿載率越高，車廂越擁擠，乘客的出行成本也隨之增加。

2.2 企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本

企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本主要包括與列車走行公里相關(guān)的列車運(yùn)行成本，以及均攤到運(yùn)營(yíng)時(shí)段每小時(shí)的列車購(gòu)置成本。

3 影響列車行駛速度的因素

在設(shè)計(jì)階段，通過(guò)分析直接影響列車運(yùn)行的三種力—牽引力、列車運(yùn)行阻力、列車制動(dòng)力可知，列車運(yùn)行阻力按形成原因可分為基本阻力和附加阻力?；咀枇κ侵噶熊囘\(yùn)行過(guò)程中任何情況下均存在的阻力，與線路條件無(wú)關(guān)。附加阻力是指列車運(yùn)行過(guò)程中特定的運(yùn)行情況下存在的阻力，包括：坡道附加阻力wi、曲線附加阻力wr、隧道空氣附加阻力ws。其中，坡道附加阻力、曲線附加阻力與線路條件密切相關(guān)。其中，Ly 為圓曲線長(zhǎng)度；α 為交點(diǎn)轉(zhuǎn)角；曲線阻力功與半徑無(wú)關(guān)，與交點(diǎn)轉(zhuǎn)角成正比。轉(zhuǎn)角越大，曲線總長(zhǎng)加大，列車需克服曲線阻力做功變大，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)費(fèi)用增加。當(dāng)列車位于上坡道時(shí)，坡道附加阻力與列車運(yùn)行方向相同，坡道阻力為正值；當(dāng)列車位于下坡道時(shí)，坡道附加阻力與列車運(yùn)行方向相反，坡道阻力為負(fù)值，等效于下滑力。因此，可從減小運(yùn)行阻力的角度，優(yōu)化線路條件，提高列車運(yùn)行速度。簡(jiǎn)而言之，就是在滿足限定條件下，盡量選用大半徑和合理的縱坡，以減小運(yùn)行阻力，提高列車運(yùn)行速度

4 設(shè)計(jì)體會(huì)

4.1 線路平面設(shè)計(jì)

選擇一個(gè)合理的路由對(duì)軌道交通的建設(shè)及可持續(xù)發(fā)展都有很有利的作用，也可以對(duì)線路的平面走向進(jìn)行有效控制，保證與道路線網(wǎng)和常規(guī)的公路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)縫銜接。線路的路由選擇可以依據(jù)對(duì)線路的功能進(jìn)行定位之后再對(duì)線路實(shí)施整體化的布局，布局完成之后要及時(shí)確定線路沿線所必經(jīng)過(guò)的幾個(gè)控制點(diǎn)，也就是客流量較大的集散點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，調(diào)整好各控制點(diǎn)之間的線路路由之后，要在最大限度上吸引當(dāng)?shù)氐目土?，并結(jié)合所處地區(qū)的地質(zhì)、地形條件進(jìn)行線路的選擇確定路由[2]。

4.2 選擇合理的線路敷設(shè)方式

線路的敷設(shè)方式有三種，分別是地下敷設(shè)、地面敷設(shè)、高架敷設(shè)。選擇合理的線路敷設(shè)方式對(duì)工程來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵的一步，這不僅直接影響著整個(gè)項(xiàng)目的投資金額和建設(shè)規(guī)模，還直接影響到方案的可行性和合理性。因此，在選擇線路的敷設(shè)方式時(shí)，要結(jié)合線路在城市中的位置、城市道路條件、社會(huì)影響、管線情況及其他特殊水文地質(zhì)情況。地鐵在中心城區(qū)內(nèi)宜采用地下敷設(shè)以減少對(duì)交通、噪聲和城市景觀的影響，有軌電車宜沿有路中綠化帶的道路地面敷設(shè)，跨坐式單軌宜采用橋墩立于路中綠化帶的高架敷設(shè)方式。

在某M2 線的設(shè)計(jì)中就涉及城市中心區(qū)內(nèi)泉水保護(hù)的原因?qū)Φ叵潞透呒芊笤O(shè)方式做了較為完整的方案研究，最終確定以地下方式敷設(shè)；在下穿黃河后線路進(jìn)入鵲山片區(qū)則采用了高架敷設(shè)方式以節(jié)約造價(jià)。在新津有軌電車設(shè)計(jì)過(guò)程中，本來(lái)預(yù)留有軌電車沿道路外側(cè)地面敷設(shè)的條件，但在道路施工過(guò)程中管線為避免對(duì)高壓線塔基礎(chǔ)的影響，大量管線侵入有軌電車建設(shè)控制范圍，考慮到協(xié)調(diào)難度大、社會(huì)輿論風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題，則進(jìn)行了高架敷設(shè)和路面敷設(shè)方案的比選研究。

4.3 選擇合理設(shè)置車站位置

車站位置設(shè)置是否合理將會(huì)在很大程度上決定所容納的客流量，車站一定要盡量建在靠近乘客主要集散點(diǎn)的地方，有條件的可以選在附近有汽車站、火車站的區(qū)域，這樣可以有效提高乘客旅途的速度，同時(shí)也為乘客的轉(zhuǎn)乘帶來(lái)便捷，但是對(duì)一些突發(fā)的客流點(diǎn)一定要保持距離，以便于發(fā)生緊急情況時(shí)可以進(jìn)行疏散撤離。車站之間的間距大小也會(huì)影響列車行進(jìn)的速度和工程投資、系統(tǒng)服務(wù)水平。在城市中心區(qū)，地鐵車站的服務(wù)范圍在500-800m，站間距在1km 范圍內(nèi)比較合適，而在城市外圍區(qū)域，應(yīng)適當(dāng)加大站間距，以降低工程造價(jià)，提升列車旅行速度。但是車站站位的設(shè)置有時(shí)不能過(guò)于拘泥于站間距的要求，主要考慮的應(yīng)該是功能需求，滿足合理的服務(wù)水平[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

分析了線路平面曲線、縱斷面坡度對(duì)列車運(yùn)行速度的影響，以及線路條件與列車運(yùn)行速度的關(guān)系。在滿足控制點(diǎn)安全凈距的條件下，從降低列車運(yùn)行阻力的角度，應(yīng)選用較大的平面曲線半徑和較小的縱斷面坡度，以提高列車運(yùn)行速度。