錫澄城際鐵路速度目標(biāo)值研究

馮力源

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢）

引言

借鑒國內(nèi)外大型都市圈的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，為了更好地實(shí)現(xiàn)公共交通資源的整合，促進(jìn)城市的融合發(fā)展，許多城市提出了區(qū)域軌道交通的一體化戰(zhàn)略，著力于形成大都市圈范圍內(nèi)國家干線鐵路、城際鐵路、市域鐵路和城市軌道交通的“四網(wǎng)融合”，發(fā)揮軌道交通對于城市發(fā)展布局的引導(dǎo)和骨干支撐作用，推動城市更快更好的轉(zhuǎn)型發(fā)展[1-2]。速度目標(biāo)值是城際鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，不同的速度目標(biāo)值決定了線路可實(shí)現(xiàn)的功能以及所服務(wù)的客流群體。同時速度目標(biāo)值也是影響城際鐵路規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)營的基礎(chǔ)指標(biāo)之一，它與其他技術(shù)參數(shù)之間有著復(fù)雜的影響關(guān)系，是決定城際鐵路對于旅客吸引力的關(guān)鍵指標(biāo)，也決定著線路的建設(shè)投資和運(yùn)營收益水平[3]。

1 項(xiàng)目概況

錫澄城際鐵路工程起于江陰外灘，止于無錫堰橋，線路全長30.4 km（地下線10.5 km，過渡段0.2 km，高架線19.7 km），設(shè)站9 座（地下站5 座，高架站4 座），平均站間距3.37 km，最大站間距7.02 km，最小站間距1.72 km[4]。

錫澄城際是連接無錫市與江陰市的城際軌道交通線路，近期連接江陰與無錫主城區(qū)，遠(yuǎn)期預(yù)留北延至靖江的條件，建成后將是無錫城區(qū)與江陰城區(qū)南北向的重要客運(yùn)聯(lián)系通道，主要承擔(dān)江陰與無錫之間的跨組團(tuán)長距離出行客流以及江陰與無錫各自城區(qū)的內(nèi)部出行客流。從客流組成來看，本線承擔(dān)的跨組團(tuán)長距離出行客流比重相對較高，這部分客流相比普通短距離出行的通勤通學(xué)客流對旅行速度與旅行時間有著較高的要求。

2 時間目標(biāo)值的確定

根據(jù)本線功能定位，錫澄線未來是無錫城區(qū)與江陰城區(qū)南北方向客流聯(lián)系的主要通道之一，根據(jù)相關(guān)研究表明，“45 min 交通圈”是兩個地區(qū)之間城市經(jīng)濟(jì)社會密切聯(lián)系的界值。超過45 min，兩地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會明顯變?nèi)?，國?nèi)多數(shù)城市也都提出了45 min 出行圈的概念；因此為推進(jìn)錫澄一體化發(fā)展，建議江陰中心至無錫城區(qū)中心不超過45 min。本線初期與地鐵1 號線貫通運(yùn)營，根據(jù)沿線站點(diǎn)設(shè)置，建議中山公園- 三陽廣場站旅行時間45 min 左右，具體見表1。

表1 本線時間目標(biāo)值

3 速度目標(biāo)值方案研究

3.1 速度目標(biāo)值方案

目前國內(nèi)城市軌道交通市域快線一般采用100 km/h 及以上的速度目標(biāo)值，根據(jù)本線時間目標(biāo)值分析，為滿足本線時間目標(biāo)值要求，本線旅行速度應(yīng)在60～80 km/h 之間，參考目前相關(guān)研究成果，一般旅行速度達(dá)到最高運(yùn)營速度的50%～60%是較為經(jīng)濟(jì)合理的，初步推斷本線速度目標(biāo)值應(yīng)在120 km/h 及以上，因此本次研究重點(diǎn)對120 km/h、140 km/h 及160 km/h 三個方案進(jìn)行比選。

3.2 時間目標(biāo)值適應(yīng)性分析

根據(jù)全線平縱斷面資料，通過計(jì)算機(jī)模擬列車在區(qū)間運(yùn)行狀況，不同速度目標(biāo)值方案不同區(qū)段的旅行時間見表2。

表2 不同速度目標(biāo)值方案各區(qū)段旅行時間

由表2 可知，在時間目標(biāo)值適應(yīng)性上，大站快車模式下，120 km/h、140 km/h 及160 km/h 方案能較好的滿足中山公園站-三陽廣場站45 min 到達(dá)的時間目標(biāo)，基本可以滿足江陰高鐵站- 無錫火車站30 min到達(dá)的時間目標(biāo)。

在時效性上，140 km/h 方案較120 km/h 方案旅行時間略有節(jié)省，站站停列車旅行時間相比120 km/h方案節(jié)省1.5 min，大站快車旅行時間相比120 km/h方案節(jié)省2.0 min；而受站間距、區(qū)間限速等條件限制，160 km/h 方案與140 km/h 方案在旅行時間上差別很小，全線旅行時間160 km/h 方案較140 km/h 方案節(jié)省不到1 min。

3.3 站間距適應(yīng)性

3.3.1 站間距分布情況

列車加減速距離與車輛的性能密切相關(guān)，不同速度等級的車輛加減速距離存在較大差異，從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，列車需達(dá)到一定時間和距離的最高速度持續(xù)運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)性才合理。

根據(jù)線站位方案，錫澄線平均站間距為3.37 公里，此站間距下不同速度列車運(yùn)行仿真曲線見圖1，120 km/h 方案列車持續(xù)最高速度運(yùn)行距離接近50%，140 km/h 方案約22%，160 km/h 不能達(dá)速運(yùn)行。

圖1 不同速度列車運(yùn)行曲線

一般，當(dāng)列車在區(qū)間運(yùn)行時，充分發(fā)揮列車高速性能的運(yùn)行距離占區(qū)間長度的1/3 以上時，認(rèn)為列車在該區(qū)間能充分發(fā)揮高速性能，可見120 km/h 對錫澄線站間距適應(yīng)性較好。

3.3.2 列車運(yùn)行達(dá)速情況分析

線路中曲線半徑對列車運(yùn)行速度影響較大，小半徑曲線對列車在區(qū)間的運(yùn)行達(dá)速情況影響較為明顯。本線各區(qū)間達(dá)速統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 列車在區(qū)間達(dá)速運(yùn)行

由表3 可知，站站停列車在區(qū)間實(shí)際運(yùn)行中，120 km/h 達(dá)速運(yùn)行地段總長為12.9 km 左右，占全線的42.7%，140 km/h 達(dá)速運(yùn)行地段總長為2.6 km 左右，占全線的8.6%，160 km/h 達(dá)速運(yùn)行地段總長僅為0.6 km左右，占全線的2.0%。從線路條件適應(yīng)性來看，120 km/h 達(dá)速距離長度超過40%，在本線可較好的發(fā)揮高速效能，140 km/h、160 km/h 方案難以發(fā)揮高速性能。

3.4 工程技術(shù)比選

120 km/h 速度等級列車通常采用直流制式，而140 km/h 和160 km/h 速度等級列車多為交流制式動車組，因此三個方案間在工程技術(shù)指標(biāo)方面存在一定的差異。

3.4.1 隧道工程

當(dāng)列車最高運(yùn)行速度達(dá)到120 km/h 時，在滿足行車建筑限界要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合空氣動力學(xué)的計(jì)算分析成果和已有工程經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)考慮施工誤差，需選用6.0 m 內(nèi)徑，6.7 m 外徑的盾構(gòu)隧道斷面，見圖2；當(dāng)列車最高運(yùn)行速度達(dá)140 km/h 時，單洞單線盾構(gòu)隧道斷面需達(dá)到內(nèi)徑7.1 m，外徑7.9 m（管片厚度400 mm），見圖3；當(dāng)列車最高運(yùn)行速度達(dá)160 km/h時，單洞單線盾構(gòu)隧道斷面需達(dá)到內(nèi)徑7.5 m，外徑8.3 m（管片厚度400 mm），見圖4。即120 km/h 隧道斷面內(nèi)徑6.0 m，140 km/h 方案7.1 m，160 km/h 方案內(nèi)徑達(dá)到7.5 m，地下區(qū)間的工程投資將隨隧道內(nèi)徑的擴(kuò)大將明顯上升。

圖2 單洞單線盾構(gòu)隧道斷面圖（直流制式，120 km/h）

圖3 單洞單線盾構(gòu)隧道斷面圖（交流制式，140 km/h）

圖4 單洞單線盾構(gòu)隧道斷面圖（交流制式，160 km/h）

3.4.2 橋梁工程

根據(jù)類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，120 km/h 速度目標(biāo)值可采用接觸軌供電，橋面寬度在9.4～10.2 m 之間。若采用140 km/h 或160 km/h 速度目標(biāo)值，荷載相比120 km/h 方案大幅增加，上部結(jié)構(gòu)高度1.8 m 要增大至2.0 m，同時需采用交流網(wǎng)供電方式，橋面限界布置需要增大至10.6 m；橋墩剛度控制指標(biāo)要求也更高，截面加大；因此，140 km/h 或160 km/h 方案相比120 km/h 方案橋梁工程費(fèi)用有所增加。

3.4.3 供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)制式應(yīng)從車輛最佳功率配置、性價比、研制成本、弓網(wǎng)受流質(zhì)量等方面進(jìn)行分析，一般140 km/h、160 km/h 宜采用交流供電方案，而120 km/h 宜采用直流供電，直流供電系統(tǒng)由于牽引變點(diǎn)設(shè)施數(shù)量較多，工程投資相比交流供電方案有所增加。

3.4.4 車輛系統(tǒng)

隨著線路設(shè)計(jì)速度的提升，列車構(gòu)造速度、密閉性等要求也隨之提高。120 km/h、140 km/h 及160 km/h 車輛構(gòu)造速度分別應(yīng)達(dá)到140 km/h、160 km/h及180 km/h，這也引起車輛單價及購置費(fèi)的增加。此外，列車運(yùn)行速度的提升也將引起牽引能耗的增加，根據(jù)類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)分析，最高速度目標(biāo)值從120 km/h提高到140 km/h 時，牽引能耗成本增加約15%。最高速度目標(biāo)值從120 km/h 提高到160 km/h 時，牽引能耗成本增加約35%。

3.5 線網(wǎng)資源共享

無錫市目前已開通運(yùn)營的地鐵線路，均采用直流制式，最高速度80 km/h，考慮到本線初期推薦與無錫1 號線貫通運(yùn)營，采用120 km/h 直流制式，與1 號線貫通運(yùn)營改造工程量相對較小，可更好的利用無錫軌道交通的既有資源。因此，從線網(wǎng)資源共享的角度，本線宜采用與無錫市在建或規(guī)劃相同的直流制式。

4 結(jié)論

根據(jù)120 km/h、140 km/h 及160 km/h 三個方案的比選分析，三個速度方案大站快車基本能夠滿足本線時間目標(biāo)值要求；120 km/h 方案的站間距適應(yīng)性最好、列車達(dá)速運(yùn)行比例最高，速度效率最高；120 km/h方案工程方案較140 km/h 及160 km/h 有所節(jié)??；同時120 km/h 方案采用的直流制式也能夠更好的與無錫軌道交通線網(wǎng)實(shí)現(xiàn)資源共享。因此，經(jīng)綜合比選，本次研究推薦本線采用120 km/h 速度目標(biāo)值。