成都市軌道交通市域快線技術(shù)創(chuàng)新與實踐

茍明中

（成都軌道交通集團有限公司，四川成都 610041）

成都市軌道交通18號線沿城市最核心的功能軸帶（人民路—天府大道）南北展開，是貫穿老城核心區(qū)，連接天府新區(qū)和東部新區(qū)，有效拉近新老城區(qū)的時空距離，帶動新區(qū)發(fā)展和促進城市空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的市域快線。18號線與1號線共走廊敷設，能夠分擔其客運壓力，形成“普快同廊”格局，共同提高南北軸帶通勤效率，支撐該核心軸帶高強度、高水平、高效率集聚發(fā)展。18號線按運行速度140?km/h設計，預留160?km/h線路條件，綜合了城市軌道交通和大鐵兩方面的技術(shù)特點和優(yōu)勢，大膽探索與實踐一系列新技術(shù)、新方法，妥善解決了隧道壓力波、長大區(qū)間供電及疏散救援、高速車-地無線通信等技術(shù)難題；并通過多項科技創(chuàng)新，實現(xiàn)了在牽引供電、通風、通信信號、綜合監(jiān)控、車輛選型和運營管理等系統(tǒng)方面的兼容和統(tǒng)籌，滿足了市域快線安全舒適運營的技術(shù)要求。

1 18 號線概況

18號線分為一、二、三期工程，起于火車北站終于臨江站，全長82.887?km，設車站18座，平均站間距為4.822?km。其中，一、二期工程為火車南站—天府機場北站，全長?69.394?km，設車站13座，最大站間距為19.181?km，平均站間距為5.233?km，于2020年12月18日開通試運營；三期工程已開工建設，預計2024年開通試運營。

18號線工程是按“中心穿越、串城連接、快慢運行、互聯(lián)融合”理念實施的全國首條最高運行速度140～160 km/h的市域快線，采用A型車8輛編組，也是國內(nèi)首條采用AC25kV牽引供電制式進城，集“快慢組合、共線運營?”等多種運營組織模式和功能于一體的復合線路，兼顧中心城區(qū)、市域及機場客流；開通運營后，可與19?號線共線運營，與資陽線（S3）、眉山線（S5）、德陽線（S11）互聯(lián)互通或同臺換乘，滿足成德眉資客流的快速、高效轉(zhuǎn)換和促進成德眉資同城化發(fā)展，詳見圖1。18號線的開通試運營，標志著成都市軌道交通正式步入快線時代，可滿足市民高效、便利的出行需求。

2 快線創(chuàng)新技術(shù)與實踐

為提高建設經(jīng)濟性、運營可靠性、乘客舒適性，以及實現(xiàn)資源共享，18號線大膽探索與實踐了一系列新理念、新技術(shù)和新方法，如快慢直達混跑、普快線同廊敷設、A型車及其升級、25?kV交流供電、空氣壓力波研究、高速運行下車地無線通信傳輸、針對性綜合監(jiān)控、差異化運營管理等，滿足了140?km/h速度下安全、舒適運營的技術(shù)要求。

圖1 18號線區(qū)位圖以及與其他市域鐵路銜接圖

2.1 快慢直達混跑

18號線按照“快慢組合、一線多功能”的理念和運營組織模式進行設計，通過設置雙島四線和越行線實現(xiàn)市域功能復合線的行車組織要求：機場功能列車采用大站快車和直達車，城市通勤功能列車使用站站停慢車，分別在海昌站、三岔站設置越行線?；疖嚹险尽獧C場T1/T2?站直達快車、大站快車、站站停3種運行模式的旅行時間分別為 32?min?41?s、36?min?37?s、47?min?31?s，旅行速度分別為 118.26?km/h、107.05?km/h、82.51?km/h，大幅提高了車輛周轉(zhuǎn)效率，節(jié)約了機場客流出行的時間，滿足多元化出行需求。

2.2 普快線同廊敷設

成都市城市空間結(jié)構(gòu)已由以老城為核心的單中心向“老城+天府新區(qū)”的雙中心轉(zhuǎn)變，沿人民路—天府大道形成全市功能最強的南北中軸核心功能帶，也是全市交通出行最密集、強度最大、時效性要求最高的走廊，使采用6B制式、2010年底通車的1號線難堪重負。18?號線與1號線同廊道敷設，長度約32?km，1號線共設29座站，18號線設10座站（均可與1號線通過站廳換乘），有效滿足了該廊道上大規(guī)?？土鞯牟煌鲂行枨?，可有力緩解1號線高峰期擁擠的問題，實現(xiàn)沿線重要樞紐和商業(yè)中心的快速串聯(lián)，顯著提升南北軸帶客運效率，特別是早晚高峰通勤效率。這為城市核心區(qū)大客流走廊普快同廊敷設提供了實踐參考。

2.3 A 型車及其升級

目前國內(nèi)已投入運營的160 km/h 市域快線基本采用CRH系列車型，將城際鐵路制式的車輛降級應用于市域快線，而成都是國內(nèi)第一個將地鐵A型車進行升級應用于最高運行速度達140～160?km/h市域快線的城市。18號線對A型車主要做了如下升級改造。

（1）通過采用高隔音、隔熱和具有氣密性能的塞拉門系統(tǒng)，加厚的雙層棚布貫通道，貼有防曬膜的雙層有色玻璃車窗，轉(zhuǎn)向架區(qū)域高隔音性能復合材料地板等，提高了車輛的密封性能、隔音效果和調(diào)整了客室內(nèi)的壓力波。

（2）通過采用基于等聲功率設計和分頻段控制策略，解決了減振降噪難題。

（3）由于線路存在長大區(qū)間，增加了載客救援要求，即1列超載列車可將另1列故障超載列車推送至臨近車站；而常規(guī)線路無載客救援要求。

（4）通過采用能夠適應高速行車的流線外形鋁合金車頭，降低了列車在長大隧道區(qū)間運行時的空氣阻力。

（5）對車輛弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)進行了優(yōu)化升級，提高了信息采集精度。通過采用基于4G/5G在線傳輸?shù)拈T控器智能維護系統(tǒng)，全方面采集車門電機運行數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析診斷，實現(xiàn)140?km/h高速運行環(huán)境下的故障預警。

列車采用6動2拖模式，軸重≤17 t；每側(cè)4個客室門，不設置端部疏散門；采用基于通信的列車自動控制系統(tǒng)（CBTC）；起動平均加速度為：速度0～50?km/h時≥ 1?m/s2、速度 0～140?km/h 時≥ 0.5?m/s2；制動平均減速度≥1.0?m/s2，緊急制動平均減速度≥1.2?m/s2；實現(xiàn)了地鐵A型車的升級改造，提高了乘車舒適度，實現(xiàn)了資源共享。

相比CRH系列車型，升級地鐵A型車具有以下優(yōu)勢：

（1）車輛造價降低20%～30%，可有效降低工程投資；

（2）由于與常規(guī)地鐵的車型一致，可有效實現(xiàn)線網(wǎng)資源共享；

（3）信號系統(tǒng)兼容性更好，最小行車間隔時間僅為2?min，能夠保證全線運輸能力。

2.4 25 kV 交流供電

根據(jù)最高行車速度140?km/h和站間距大的特點，18號線選擇更適用于運量大、負荷重、速度高、牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、供電能力強、運營費用低、供電距離長的單相工頻25?kV交流供電模式，柔性架空接觸網(wǎng)。主變電所采用 110 kV?/?35 kV 電力變壓器和 110 kV?/?25 kV牽引變壓器作為動力照明和牽引網(wǎng)供電，通過設置動態(tài)無功功率補償裝置（SVG）和磁控電抗器進行電磁防護。電力監(jiān)控系統(tǒng)（PSCADA）采用獨立組網(wǎng)的方式設置獨立中心服務器，與維護系統(tǒng)作為互聯(lián)子系統(tǒng)接入綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)互通，達到了系統(tǒng)配置和使用更靈活、對數(shù)據(jù)庫容量和服務器要求更低、專用性和實用性更好的效果，使整個供電系統(tǒng)具有高可靠性、高時效性和高性價比。

通過對電磁環(huán)境兼容性的研究可知：①25?kV交流牽引電磁環(huán)境下2.4?GHz或5.8?GHz的無線通信系統(tǒng)可以正常工作；②強度較大的弓網(wǎng)離線脈沖騷擾會造成數(shù)字集群通信系統(tǒng)（TETRA）瞬時的呵嚦聲，但由于TETRA用于語音通信，并不用于列車控制，因此可在25?kV交流牽引電磁環(huán)境下正常工作；③車載設備通信總線容易受到電磁干擾，通過合理布線，避免信號電纜與強電電纜近距離并行或交叉，屏蔽層采用360°環(huán)接，可有效避免電磁干擾。

2.5 空氣壓力波研究

根據(jù)最高運行速度140?km/h?安全舒適性要求，研究人員通過理論研究、數(shù)值模擬、模型試驗與實車測試等手段，對隧道結(jié)構(gòu)、風道設置、列車運行及車體密封性能等方面采用如下技術(shù)措施和技術(shù)參數(shù)。

（1）隧道凈空：綜合考慮舒適性指標和交流供電接觸網(wǎng)安裝要求，圓形盾構(gòu)隧道直徑采用7.5?m，凈空面積約 44?m2。

（2）140?km/h?快線壓力舒適度標準：當隧道內(nèi)空氣總的壓力變化值超過700?Pa時，其壓力變化率不得大于415?Pa/s。

（3）車輛氣密性：滿足列車以140?km/h速度運行時的舒適度需求，列車車廂的永久動態(tài)密封性指數(shù)不小于3.0?s，司機室的永久動態(tài)密封性指數(shù)不小于6.0?s。

（4）屏蔽門系統(tǒng)：在列車最高運行速度140?km/h區(qū)段，最大活塞風壓值為±2?400?Pa，屏蔽門正常啟閉過程中承受的最大動態(tài)風壓為250?Pa；在列車最高運行速度160?km/h區(qū)段，地下車站最大活塞風壓值為±3 200 Pa，屏蔽門正常啟閉過程中承受的最大動態(tài)風壓為330 Pa。全高屏蔽門門體最接近列車動態(tài)包絡線構(gòu)件的最大彈性變形量不大于12?mm。非越行直線站臺屏蔽門限界為1 630 mm，越行直線站臺屏蔽門限界為1 800 mm。

（5）越行車站隧道凈空面積：列車以100?km/h的速度越行過站時，車站軌行區(qū)的最小凈空面積不小于29.4?m2。

（6）隧道洞口泄壓井：在隧道進出洞口處設置泄壓豎井，以減輕列車進出隧道時引起的洞口壓力波效應，使壓力變化平緩，但對隧道壓力波峰值的影響不大。

（7）迂回泄壓風閥：為改善屏蔽門的受力條件，以及為其可靠啟閉提供冗余保障，地下車站無配線端設置迂回泄壓風閥，凈通風面積不小于16?m2。當車站左、右線間設置迂回風道后，可降低屏蔽門風壓值40%～50%。該迂回泄壓風閥按常閉工況考慮，并納入隧道通風系統(tǒng)模式控制，當遠期高峰小時存在列車追蹤運行工況時，開啟屏蔽門泄壓模式。

（8）設備承壓：區(qū)間隧道設備承壓 3 500 Pa，車站設備承壓 2 500 Pa。

通過提高車輛氣密性、減小隧道阻塞比、局部泄壓等措施，18號線解決了由列車高速運行帶來的空氣動力學問題和高風壓下屏蔽門的結(jié)構(gòu)安全及安裝難題，滿足了司乘人員的舒適度和區(qū)間設備設施的安全性要求。

2.6 高速運行下車-地無線通信傳輸

18號線車-地無線通信采用長期演進系統(tǒng)（Long?Term?Evolution，LTE）第四代無線通信技術(shù)。列車運行控制系統(tǒng)采用基于授權(quán)專用頻段（Long?Term?Evolution–Metro，LTE–M）的CBTC系統(tǒng)，10?MHz帶寬滿足列車在140?km/h高速移動狀態(tài)下車-地信息傳輸?shù)膶崟r性、安全性、穩(wěn)定性和高可靠性。車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)及車載乘客信息系統(tǒng)（PIS）的無線信息傳輸首次采用非授權(quán)頻段（Long?Term?Evolution?–?Unlicensed，LTE–U），傳輸有效帶寬不低于40?Mb/s，能夠?qū)崿F(xiàn)緊急情況下的全部列車車載視頻監(jiān)控圖像上傳至控制中心，使調(diào)度中心能夠?qū)崟r了解列車上的情況；同時實時下發(fā)視頻等相關(guān)信息至列車，實現(xiàn)了列車高速運行下相關(guān)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、可靠傳輸，提高運營服務水平。

18號線為快慢車混合運行線路，全線設置2座越行車站。信號系統(tǒng)按照快慢車混跑的運營模式編制運行圖，具備相應的運營組織調(diào)整方案，如慢車避讓/快車越行優(yōu)先、快慢車統(tǒng)一調(diào)整為站站停等間隔運營方案，以實現(xiàn)非正常運營情況下的運營組織。在常規(guī)接口信息內(nèi)容的基礎上，信號系統(tǒng)與PIS、廣播系統(tǒng)的接口信息增加列車性質(zhì)（快慢車）、后續(xù)?？寇囌?、車站站臺號等相關(guān)內(nèi)容，以實現(xiàn)對乘客的正確引導。

2.7 針對性綜合監(jiān)控

18號線地下區(qū)間內(nèi)由于存在大量瓦斯區(qū)段，為有效降低瓦斯隧道的安全風險，保障列車安全運行，同時有效降低巡檢和運維工作量，提高隧道瓦斯監(jiān)測監(jiān)控與通風工作效率，采用運營期隧道瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對隧道瓦斯危險場所的有效監(jiān)控和報警，并通過預設邏輯實現(xiàn)通風的自動控制和調(diào)節(jié)。結(jié)合目前城市軌道交通軌行區(qū)人防門的特點，18號線采用區(qū)間人防隔斷門智能監(jiān)視報警系統(tǒng)，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的采集、存儲和智能分析，為區(qū)間內(nèi)安全行車提供了有效保障。

2.8 差異化運營管理

18號線車站劃分為快車?？空?、慢車停靠站、快車越行站和快車?？吭叫姓尽Ｅc常規(guī)站站停車站相比，車站管理主要存在以下3個方面的差異化。

（1）廣播系統(tǒng)差異化。根據(jù)大站快車、快車越行站、快車?？吭叫姓镜牧熊囃Ｕ灸Ｊ讲煌?，列車及車站廣播也有所不同?？燔囘M站廣播增加列車越行信息，無越行站時不加越行信息；列車廣播增加列車類型、越行及換乘信息，無越行站時不加越行信息。

（2）PIS顯示差異化。站臺PIS較常規(guī)線路增加相關(guān)信息，如顯示列車到站時間、列車類別、列車終到站、?？亢蜍囌九_信息；列車PIS增加對應快慢車站信息，可以讓乘客在上錯車后能夠及時地發(fā)現(xiàn)。

（3）導向標識差異化。每個車站均需設置快車停靠站導向，即有快車站為快車不?？康能囌炯昂罄m(xù)停靠車站的導向、無快車站為快車不在本站停靠的導向，以便乘客查看。站臺屏蔽門上方增加LED屏提示，提示下趟車為快車或慢車，同時提示快車?？空?。站臺立柱貼附式導向，注明各快車停靠站站名。

3 現(xiàn)場試運營測試

3.1 噪聲測試

針對18號線，研究人員在合江車輛段試車線隧道內(nèi)進行了測試，當列車以105?km/h勻速運行時，客室的噪聲為79?dB，司機室的噪聲為73?dB；另外，在火車南站—西博城站區(qū)間隧道內(nèi)進行了噪聲測試，當列車以140?km/h速度運行時，客室的噪聲為81.3?dB，司機室的噪聲為77.8 dB。其與普通地鐵以80?km/h的速度在隧道內(nèi)運行時車內(nèi)的噪聲值相當，因此滿足國家相關(guān)規(guī)范的要求。

3.2 屏蔽門風壓測試

針對18號線，研究人員測試了天府新站和興隆站的屏蔽門壓力，測試列車從三岔站發(fā)車，以140 km/h的速度突入龍泉山—天府新區(qū)間敞口段洞口（YDK41+117），并在敞口段洞口—天府新站—興隆站—西博城站區(qū)間上行線內(nèi)運行，主要測試了以下3類工況，測試結(jié)果如下。

（1）單車運行工況：當關(guān)閉興隆站迂回風閥、開啟區(qū)間所有風閥、列車以100?km/h的速度過站時，屏蔽門的最大正壓力為460 Pa，最大負壓力為334?Pa；當同時關(guān)閉興隆站迂回風閥及區(qū)間所有風閥、列車以100?km/h的速度過站時，屏蔽門的最大正壓力為517 Pa，最大負壓力為 536?Pa。

（2）兩車間隔2?min追蹤運行工況：當關(guān)閉興隆站迂回風閥、開啟區(qū)間所有風閥、列車以100?km/h的速度過站時，屏蔽門的最大正壓力為446?Pa，最大負壓力為386?Pa；當同時關(guān)閉興隆站迂回風閥及區(qū)間所有風閥、列車以100?km/h的速度過站時，屏蔽門的最大正壓力為480?Pa，最大負壓力為 617?Pa。

（3）?一列列車阻塞，另一列列車追蹤運行：一列列車停在興隆站，另一列列車追蹤運行，當關(guān)閉興隆站迂回風閥時，屏蔽門的最大壓力為222?Pa；當開啟迂回風閥時，屏蔽門的最大壓力為166?Pa。迂回風閥的開啟使得由后車運行傳播到軌行區(qū)的壓力降低20%，起到有效的泄壓作用。一列列車停在天府新站，另一列列車追蹤運行，屏蔽門的最大壓力為90?Pa。興隆站及天府新站屏蔽門開關(guān)門試驗正常，未出現(xiàn)關(guān)閉不暢的情況。

由以上測試可知，屏蔽門的現(xiàn)場測試壓力均小于設計最大承壓值，其結(jié)構(gòu)安全，開關(guān)門正常。

3.3 車輛動力學測試

列車速度為154?km/h時的動力學試驗數(shù)據(jù)如表1所示，測試的各項動力學指標均滿足?GB/T?5599-2019《機車車輛動力學性能評定及試驗鑒定規(guī)范》規(guī)定的要求。

表1 列車試驗測試最大值

4 結(jié)束語

18號線已于2020年12月開通試運營，運營效果良好，乘客體驗感舒適。其技術(shù)創(chuàng)新與實踐滿足速度為140～160?km/h市域快線安全、舒適運營的技術(shù)要求。特別是18號線將地鐵A型車升級應用于市域快線，融合了城際動車組和地鐵車輛的優(yōu)點，能夠滿足市域快線“快速、大運量、公交化、乘坐舒適”等運營需求，有效實現(xiàn)了線網(wǎng)資源共享、互聯(lián)互通，提高了快線運輸效率，促進了成都市東部新區(qū)、天府新區(qū)與老城區(qū)的交流和共融發(fā)展。