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兰州市轨道交通4号线速度目标值研究
发布日期:2018-12-19 13:39:07



安     柯

( 中铁第一勘察设计院集团有限公司       西安     710043)

摘    要   :  速度目标值是市域快线的重要技术指标,它 直接影响土建工程规模及设备系统的选择。 以兰州轨 道交通 4 号线为例研究分析如何选择速度目标值,根 据现状公路旅行时间以及轨道交通线网对该线功能定 位的要 求, 提 出 该 线 的 时 间 目 标 值。 对  100、 120、 140  kmIh 3 种速度目标值方案从运行时间、站间距离、 旅行速度、运行能耗、系统设备、环境影响和工程投资 等方面进行综合分析,最终推荐运营费用和投资较节 省的 100  kmIh 速度目标值方案。
关键词  :  轨道交通;市域快线;时间目标值;速度目标 值;方案;兰州
中图分类号:    U231    文献标志码    A
文章编号 :   1672   6073(2016)01   0018   04


       速度目标值是市域快线的重要技术指标,直接影 响土建工程规模及设备系统的选择。 它的选择与线路 长度、客流特点、站间距以及服务水平密切相关,过高 或过低的速度目标值都会给运营带来不利的影响。 过 低的速度目标值不利于吸引客流,同时会造成运用车 数量及车辆基地规模的增加;而过高的速度目标值,会 造成工程投资的增加,对于站间距并不大的线路,缩短 运行时间的效果并不明显,同时还将对环境造成影响。 因此合理确定各线路的速度目标值,对运营组织意义 重大。 笔者结合兰州轨道交通 4 号线分析市域快线速 度目标值的选择方法。


1     兰州轨道交通 4 号线概况
1.1  线路走向

       兰州轨道交通 4 号线起于天水路与规划 T603 路交叉口,沿雁滩路向东,至雁东街路口南转后,再下穿 南河道,斜穿飞天家园所在地块,而后下穿鱼儿沟并斜 穿范家湾村改造工程二期地块,之后进入东岗东路,引 入 1 号线东岗站换乘节点;换乘后线路下穿东岗立交, 沿东金公路向东,至阎王沟由地下转为地面线,之后穿 越大青山,至柳沟河沟口南转,以高架或地面线沿沟西 侧台地梁昂地形边缘向南,穿越方家泉村,下穿连霍高 速,之后上跨柳沟河,进入和平大道,以隧道形式沿和 平大道向南敷设。 出和平大道后,线路沿 312 国道继 续向南,在路侧由地下线转为高架线,在定远组团大名 城范围分别沿规划经十五路和规划经十二路敷设;出 定远后,线路下钻宝兰客专向南设连搭站后折向东在 312 国道东侧设连搭东站,之后线路沿宝兰客专一路向 南,在规划盆地大道路口西侧设榆中站,后沿规划经十 六路敷设,至榆中高铁站前设置全线终点,线路走向如 图 1 所示。

1.2  功能定位
       4 号线在城区内贯穿雁滩组团东西向的中轴线,与1、2、5 号线换乘,是典型的城区线路;而在和平、定连组 团的作用介于城区线与市域线之间,所衔接的榆中组 团是具有相对独立功能的市域城镇。 因此 4 号线是一 条兼顾城区功能的市域快线。


1.3  客流特点
       4 号线沿线组团数量较多,组团之间由于地形的限制联系不便,因此主要功能是加强外围组团与黄河谷 地的联系,将外围组团客流汇聚在主轴上。  客流潮沙 特点明显,早高峰主要是由东向西的进城客流,晚高峰 主要是由西向东的出城客流,高峰断面均分布在东岗 至和平区段。  高峰时段,和平组团、定连组团、榆中组 团内部以及几个组团之间的跨组团客流较小,主要客 流为东部组团与黄河谷地的跨区域客流。

 

2   时间目标值的确定
2.1  现状公路旅行时间

       目前,东岗至和平、定远、连搭及榆中各组团之间 的交通联系主要为公交车( 包括城市公交、单位通勤 车辆、出租车等) 和私家车。  由于私家车出行具有一 定的不确定性,因此本次研究以公路交通时间,特别 是公交车的旅行时间为参照确定合理的轨道交通时 间目标值。  雁滩路至东岗长约 7  km,均 为城市道路, 公共交通的走行时间约为 15  min。  东岗至沿线各组 团之间的现状公路通道有 2 条:312 国道和连霍高速 公路。  312 国道自东岗始, 依次将和平、 定远、 连 搭、 榆中串联起来。  连霍高速自东岗始,向三角城方向延 伸,通过设置高速公路路口,将沿线和平、定远、榆中 纳入。
       通过调研发现,目前东岗至沿线各组团的公交车 站点主要沿 312 国道设置,将各组团依次串联。  另外, 部分通勤车辆通过连霍高速直接抵达三角城,再通过 101 省道至榆中片区。  根据公路交通的一般旅行规律,312 国道平均速度按 35  kmIh、连霍高速按 60  kmIh 计 算,得出公交旅行时间如表 1 所示。

       通过对上述公路交通的分析可知,最东端的榆中 片区,采用最便捷的公路交通方式,东岗至榆中的公路 交通旅行时间最短为 40  min。结合 4 号线线路长度, 考虑与公路的竞争优势,4 号线全线合理的时间目标值应不大于 55  min。

 

2.2  城市轨道交通网络对时间目标值的要求
        根据兰州轨道交通线网规划中各功能组团以及城 镇节点间的旅行时间要求,并结合轨道交通技术的合 理性进行分析,线网范围内轨道交通划分为市区轨道 交通、市域快速轨道交通两个层次,如图 2 所示。

       由图 2 可见,兰州市城市轨道交通线网对该线的 定位为市域快线,应保证在 1 h 内到达中心城区。  该线 至城市中心区域的轨道交通换乘与旅行时间合计为 15  min,因此该线的旅行时间应不大于 45  min。
综合公路交通旅行时间与轨道交通线网对本线的时间要求,全线的时间目标值应不大于 45  min。

 

3   速度目标值的选取
3.1  旅行时间分析

       市域快 线 目 前 主 要 的 速 度 目 标 值 有 100、 120、 140  kmIh 3 种,以不同时速的 A型车为例,不同速度目 标值方案的旅行时间、旅行速度如表 2 所示。
       由表 2 可见,采用 100、120、140  kmIh 的速度目标 值方案均能较好地适应本线的时间目标值要求。  根据兰州市城市总体规划,和平、定远组团为主城区,且与 中心城区距离近,出行客流以通勤客流为主,对速度目 标值的要求较高。  但由于距离较短,较高的速度目标 值节时效果并不明显,东岗至科技新城间 100  kmIh 与 120、140  kmIh 方案的旅行时间仅相差 2.0 ~2.6  min。 榆中组团离城区较远,与主城区的交流大部分为休闲、 商务客流,对速度目标值的要求相对较低,各方案旅行时间最高相差也仅为 5.6  min。


3.2  站间距分析
       平均站间距与线路运营速度具有一定的关联性。 运营速度与平均站间距的推荐匹配关系如表 3 所示。

       4 号线全线平均站间距为 2.8  km,§雁滩路至东 岗与东岗至榆中高铁站功能定位不同,应分别进行研 究。  雁滩路至东岗平均站间距为 1.1  km,站间距较小, 且受到地形限制,最小曲线半径仅为 400  m,因此建议 城区段采用 80  kmIh 的速度目标值。

       东岗至榆中高铁站平均站间距为 4.0  km,120  kmIh 的速度目标值较为适宜,§本线组团内部平均站间距 仅为 2  ~3  km, 东 岗 至 榆 中 高 铁 站 线 路 长 度 也 仅 为 35.8  km,较高的速度目标值不能充分发挥其节时的优 势。  受到地形限制,局部地段曲线半径为 760  m,比较 适宜 100  kmIh 的速度目标值。

 

3.3  运营技术指标分析
       速度目标值越高,旅行速度越高,列车牵引能耗就 越大。  以不同时速的 A型车为例,经列车牵引模拟计 算,不同速度目标值方案的各项运营技术指标见表 4。
       由表 4 可见,120  kmIh 比 100  kmIh 方案的旅行速 度提 高  9.6%, 能 耗 增 加  13.9%; 而 140kmIh  比 120  kmIh方案提速 4.0%,能耗增加 6.3%。  从能耗角度分析,采用 100  kmIh 方案较为经济合理。

3.4  系统设备影晌分析
3.4.1  对牵引变电所的影晌

       轨道交通列车速度目标值的选取和牵引耗电量关系密切,速度越高,耗电量越大,牵引电流也随之增大。由于牵引网电压和钢斗电位的限制, 适应 100  kmIh、 120  kmIh、140  kmIh 3 种速度目标值的牵引供电系统 规模有所不同。  对应 100  kmIh 速度目标值,全线正线 需要设置 20 座牵引变电所;对应 120  kmIh、140  kmIh 速度目标值,全线则需要设置 22 座牵引变电所。
 

3.4.2  对车辆段及综合维修基地的影晌
       列车速度目标值决定运用车的数量,同时也影响 到整条线的建设标准,从而影响车辆基地的标准、规模 和投资。  不同的速度目标值方案对应的配属车也不 同,速度目标值越大配属车越少, 在线路相同的条件 下,100  kmIh  方 案 配 属 车 数 为  70  列, 120  kmIh  与 140  kmIh方案的配属 车分别比 100  kmIh 方案的配属 车少 6 列、8 列。  各方案检修规模相同,定检列位均为 3 列位,周月检均为 5 列位。
       由于配属车数的不同,速度越高,车辆基地占地越 小。  在线路相同的条件下,100  kmIh 方案的车辆基地 占地为 63.0 hm2 ,120 kmIh 与 140 kmIh 方案的车辆基 地占地比 100  kmIh 方案的要少 5.4  hm2 、7.2  hm2 。

 

3.5  环境影晌分析
       线路运营期对沿线各敏感点的环境影响主要体现 在噪 声 上。  通 过 对 速 度 目 标 值 分 别 为  100、 120  和 140  kmIh条件下,不同的工程段在 30、60、90、120  m处 无遮挡噪声等效声级的预测分析可知,不同的速度目 标值对沿线各敏感点的声环境影响程度不同。  沿线无 遮挡噪声等效声级预测如表 5 所示。
       由表 5 可知,随着铁路速度目标值的提高,线路两 侧声环境影响也会逐渐加大。  采用 100  kmIh 方案时 对线路两侧声环境影响最小,而 140  kmIh 方案对环境 的影响最大。  可通过采取声屏障、隔声窗等降噪措施, 缓解铁路噪声对沿线声环境的影响。

3.6  工程投资分析
       不同速度目标值方案的工程投资差主要体现在因 地下区间的限界扩大产生的工程费用。 以 A型车为 例,不同速度目标值限界指标如表 6 所示。

       该线东岗以东地下区间长度约 12.7  km,120  kmIh 方案较 100 kmIh 方案投资增加约 10.54 亿元,140  kmIh 方案较 100  kmIh 方案投资增加约 18.58 亿元。

 
4    结论
       采用 100、120、140  kmIh 速度目标值方案的全线 旅行时间相差不大。 120  kmIh 较 100  kmIh 速度方案旅行速度提高 9.6%,能耗增加 13.9%;而 140 kmIh 较 120  kmIh 速度方案提速 4.0%, 能耗增加 6.3%。 同 时, 120   kmIh  方 案 较  100   kmIh  方 案 投 资 增 加 约 10.54 亿元,140  kmIh 方案较 100  kmIh 方案投资增加 约18.58 亿元。 综合分析,推荐采用 100  kmIh 速度目 标值方案,不仅满足该线时间目标值要求,而且与该线 功能定位吻合,投资较低,后期运营维护费用小。


收稿日期: 2015 02 16 修回日期: 2015 05 29
作者简介: 安轩,男, 工程师, 从事城市轨道交通规划与设计工作,52573538@qq.com

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