山地旅游景區(qū)齒軌鐵路總體設計研究

黃志相 余浩偉 李 濤

(中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031)

1 概述

齒軌鐵路是在普通輪軌鐵路系統(tǒng)基礎上引入一種登山鐵路的助力機構，即在常規(guī)鐵路軌道中間平行增設一條齒條，并在齒軌車輛的轉向架上裝備齒輪裝置，依靠齒輪齒軌嚙合力代替常規(guī)黏著力，為車輛提供強大前進動力。

齒軌鐵路是一種“小而美”的新型旅游軌道交通方式，具有爬坡能力強、占地小、綠色環(huán)保、投資省、自成系統(tǒng)、獨立運營、低運量等特點，能夠適應超大坡度的登山需要，在山地景區(qū)內部具有十分獨特的作用。若應用得當，齒軌鐵路將成為游客欣賞景區(qū)的最佳方式，如攀上“歐洲之巔”的瑞士阿爾卑斯山少女峰齒軌鐵路，已成為游客雪山之旅的一道風景。齒軌鐵路在國外應用相對較多，第一條齒軌鐵路已經(jīng)安全運營150余年，世界上已建成的齒軌鐵路有180多條，總里程超過3 000 km[1]。

國內齒軌鐵路多應用于煤礦運輸，較少應用于景區(qū)旅游軌道交通，且缺乏國家及行業(yè)層面的齒軌鐵路規(guī)范和標準。目前，國內已經(jīng)有多個省開展了齒軌鐵路規(guī)劃建設、技術攻關和應用。

已有部分學者對齒軌鐵路設計進行探索：喜來介紹歐洲少女峰齒軌鐵路應用特點[1]；馮帥研究國外齒軌鐵路應用情況及齒軌鐵路制式特點，并分析齒軌鐵路爬坡能力、運輸能力、建設成本、運行速度等指標[2]；尚勤等梳理了國外齒軌鐵路及車輛特點、發(fā)展歷史、應用等現(xiàn)狀，并對齒軌車輛的技術發(fā)展趨勢進行預測[3-4]；李三兵對長白山旅游軌道交通示范線方案進行論證和比選[5]。在前人研究的基礎上，結合齒軌鐵路設計工作實踐，對景區(qū)齒軌旅游線路總體設計進行了疏理和總結，旨在為景區(qū)齒軌鐵路總體設計提供參考和借鑒。

2 總體設計

景區(qū)齒軌鐵路通常服務于景區(qū)內部或景區(qū)之間，屬于旅游專線性質。齒軌鐵路一般在景區(qū)內部自成體系，獨立運營。這一特點決定景區(qū)齒軌鐵路總體設計不同與常規(guī)鐵路，齒軌鐵路更注重系統(tǒng)設計、逐步深化的原則，結合景區(qū)總體規(guī)劃、景區(qū)交通規(guī)劃和景點分布特征，圍繞如何提高乘客旅游觀光體驗，以總體設計統(tǒng)籌各專業(yè)設計，最終實現(xiàn)建設意圖[6-8]。以下結合某景區(qū)內齒軌旅游鐵路項目進行分析和總結，其主要技術標準見表1。

表1 主要技術標準

2.1 齒軌鐵路上位規(guī)劃

齒軌鐵路通常服務于旅游景區(qū)內部或景區(qū)之間，為符合國家相關法律法規(guī)，宜將齒軌鐵路納入景區(qū)相關規(guī)劃或交通規(guī)劃。旅游規(guī)劃通常包括區(qū)域旅游規(guī)劃、城市旅游規(guī)劃、景區(qū)景點規(guī)劃等，在上位規(guī)劃編制前，應將齒軌鐵路納入(尤其是納入景區(qū)規(guī)劃)，以提供建設依據(jù)[9-12]。如四川省于2019年5月發(fā)布《四川山地軌道交通規(guī)劃》，規(guī)劃了23條山地軌道交通線路，其中涵蓋了多條齒軌鐵路，為后期建設實施提供依據(jù)。同時，四川省發(fā)布DB51/T 2542—2018《山地(齒軌)軌道交通技術規(guī)范》，為設計提供依據(jù)和標準。有了以上基礎，后期建設就可以做到有的放矢。

四川某旅游景區(qū)齒軌鐵路，項目研究前期已納入《四川山地軌道交通規(guī)劃》，并且作為景區(qū)整體方案設計子項目，除齒軌鐵路外，景區(qū)整體設計方案中還有游客服務區(qū)及配套附屬設施、自駕車營地服務及配套設施、沿湖棧道及景觀、登山游步道和觀景平臺等。齒軌鐵路作為景區(qū)整體方案設計的子項目，在項目對環(huán)境影響和財務收益方面，有利于支撐齒軌鐵路的建設必要性、可行性和經(jīng)濟性等，同時避免景區(qū)內各建設項目相互沖突或重復消耗資源。

2.2 設計速度選取關鍵在“慢游”

設計速度是常規(guī)鐵路極其重要的技術標準，速度目標值一旦選定，則決定了線路平、縱斷面的主要技術指標及機車車輛選擇。速度目標值一般應根據(jù)運輸需求、工程條件等因素經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定[13-16]。但對于景區(qū)齒軌旅游線路，設計速度卻顯得“沒有那么重要”，一是齒軌設計速度本身不高，最高速度一般不超過40 km/h，其最小平曲線半徑可低至200 m;二是因為景區(qū)內部旅游線路重點不在“快旅”，更注重“慢游”，且景區(qū)線路長度大多數(shù)不超過10 km，故景區(qū)齒軌線路對高速度的需求不大。從另一方面看，齒軌鐵路是以“大坡度”犧牲了“高速度”，故最重要的技術標準主要在于線路最大縱坡區(qū)段，而非高速度區(qū)段。

2.3 根據(jù)景區(qū)地形特點和登山需要，合理選取線路最大縱坡

最大坡度是齒軌鐵路最重要的技術標準之一，它不但直接決定齒軌鐵路的工程數(shù)量和投資，還影響齒軌系統(tǒng)的選擇。齒軌系統(tǒng)最大縱坡范圍較大，涵蓋了0～480‰縱坡范圍(見表2)。

表2 主要齒軌系統(tǒng)與最大縱坡

線路最大縱坡選擇需綜合考慮景區(qū)地形特點、景區(qū)登山需要、齒軌系統(tǒng)類型、齒軌車輛類型及工程投資等因素?？v坡選擇過小，會造成線路展線過多，足坡率高，線路長，投資高；縱坡選擇過大，會造成線路足坡率低，縱坡能力虛糜，齒軌車輛動力浪費，車輛及齒軌系統(tǒng)投資高。因此，線路最大縱坡應結合景區(qū)登山需要，因地制宜合理選擇。

以四川甘孜某景區(qū)齒軌旅游線路為例，根據(jù)景區(qū)地形特點，選取方案1(線路最大縱坡250‰)和方案2(線路最大縱坡350‰)進行分析比較，線路分別長2.2 km和2.1 km，方案1中有2座橋梁(355延米)，方案2全為路基無橋梁，工程投資分別為27 440萬元和19 860萬元。由于線路縱坡較大，兩方案線路長度相差不大，但由于齒軌配套系統(tǒng)及齒軌橋梁費用差異，方案1(線路最大縱坡250‰)較方案2(線路最大縱坡350‰)增加工程投資7 580萬元，增幅高達38%。故線路最大縱坡不同帶來的投資差異，在整個項目的財務內部收益率方面有可能起決定性作用。

2.4 根據(jù)景區(qū)景點分布敷設線站位

游客來到景區(qū)目的，一是景點的觀感體驗；二是齒軌列車大坡度爬升的特色交通體驗?？紤]到不同景區(qū)的線形特征不同，齒軌交通線站位方案應在景區(qū)規(guī)劃的指引下因地制宜布設。若景區(qū)景點分布呈環(huán)形，為避免游客走回頭路，齒軌線路也應按環(huán)形線路設計，并在集中片區(qū)景點和方便拍攝的地點設置站點，方便乘客集散并近距離游覽；如景區(qū)景點呈長條形，齒軌線路應在減災選線[9]和地質選線基礎上順應地形，串聯(lián)各景點，并在合適位置設游客集散點。通過齒軌線路的引導，可規(guī)范化地組織游客進行生態(tài)旅游活動。同時，線站位方案應避開風景名勝區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)，使得景區(qū)生態(tài)環(huán)境得到有效保護，并促進旅游資源長效利用和可持續(xù)發(fā)展。

以四川某齒軌線路為例，以游客觀光車到達末端為齒軌線路起點，中間以串聯(lián)湖邊各景點為原則敷設線路，終點設于湖景末端，為提高觀賞性和發(fā)揮齒軌大坡度優(yōu)勢，全線均以路基形式敷設，見圖1。

圖1 線站位示意

2.5 減少道岔，設置環(huán)形線路

道岔通常是線路的薄弱環(huán)節(jié)，齒軌道岔又屬非標產品，造價和維護費用均較高，每組齒軌道岔出廠價從150萬元至數(shù)百萬元不等，實現(xiàn)量產后其價格有望下降。為降低項目投資和運營維護成本，一般宜少設或不設齒軌道岔。景區(qū)通常位于氣候環(huán)境惡劣或海拔較高的地方，道岔養(yǎng)護維修困難，道岔故障率較高，一旦出現(xiàn)故障停運，將對景區(qū)將造成惡劣影響，從而造成不可估量的損失。列車通過道岔地段，一般需限速，會降低列車通行效率，當列車突然降速時，也會對游客心理造成急躁情緒，不利于游客體驗。為減少道岔，景區(qū)內部雙線鐵路可在線路起始和終端設置成環(huán)形線路，類似燈泡形狀；單線鐵路則設置成大環(huán)形，并在景區(qū)內部成圈運營。環(huán)形線路可減少至少4組齒軌道岔。

2.6 減小工程建設影響，整體打造綠色旅游通道

作為旅游景區(qū)鐵路，應為景區(qū)游客提供便捷、方便舒適的交通體驗，提高旅游觀光功能，對全線路基、橋梁、隧道洞口及相關附屬工程進行整體打造，形成與旅游規(guī)劃發(fā)展目標相匹配的景觀形態(tài)，打造綠色旅游通道，形成“車在路上走，人在畫中游”的效果。

在齒軌鐵路規(guī)劃設計、施工建設、運營中，應遵循綠色環(huán)保、系統(tǒng)優(yōu)化的綠色發(fā)展理念，在鐵路全壽命周期內融入自然景觀，緩解、降低齒軌鐵路對自然環(huán)境負面影響的措施，強調項目與周邊地域景觀環(huán)境的協(xié)調融合，促進人與自然、動植物的和諧相處。

2.7 靈活開行齒軌旅游列車

旅游景區(qū)齒軌鐵路多為小運量，為節(jié)省景區(qū)運輸成本，提高經(jīng)濟效益，可根據(jù)淡旺季運營特點和實際游客排隊人數(shù)，靈活調度列車，縮短游客候車時間。在國家法定節(jié)假日，游客呈現(xiàn)高度集中的時間段，應按旺季最高峰安排齒軌列車上線運營。針對突發(fā)超大客流，在保障列車安全距離的情況下，可盡量縮短發(fā)車間隔，采用“人坐滿、即發(fā)車”的運輸方式，提高鐵路行車密度；在淡季游客相對較少的時間段，只安排少量列車上線運營，其余列車則留在維修間備用。同時，適當安排部分票價高的豪華車次或席位，滿足部分高端游客乘坐需求，并提高運輸收入。另外，可以根據(jù)游客實際到達和離開景區(qū)的時間，合理制定列車開行時刻表并動態(tài)調整。

2.8 建立系統(tǒng)完備的故障救援體系

齒軌列車一旦發(fā)生故障，列車將無法正常運營，不僅給游客留下不好的旅游體驗，還將影響景區(qū)的經(jīng)濟收入，故齒軌鐵路安全運營及快速救援能力十分重要。

景區(qū)齒軌鐵路一般具有“一線一基地”、線路里程短、站間距小、車輛基地“精致小巧”、線路坡度大等技術特點，為保證安全運營和故障救援的需要，根據(jù)可能突發(fā)事件，應事先分類制定各種應急預案。景區(qū)齒軌鐵路一般采用乘客就地快速疏散方式，乘客可就地待援或沿路基面平臺步行至附近站點，故障列車則利用自身動力或由其他列車牽引至鄰近車站。

3 結語

根據(jù)齒軌鐵路技術特點，結合實際工程案例，總結景區(qū)齒軌旅游鐵路的總體設計原則和主要內容，對國內開展齒軌鐵路設計具有較強現(xiàn)實意義和參考價值。

景區(qū)齒軌旅游鐵路的總體設計應首要做好齒軌鐵路上位規(guī)劃；設計速度選取關鍵在“慢游”，而非“快旅”；根據(jù)景區(qū)地形特點和登山需要，合理選取線路最大縱坡；根據(jù)景區(qū)景點分布特征和景點路線走廊，敷設線站位方案；減少道岔設置，齒軌線路設置成環(huán)形；減小工程建設影響，整體打造綠色旅游通道；根據(jù)景區(qū)游客乘坐規(guī)律，靈活開行齒軌列車；建立系統(tǒng)完備的故障救援體系。