扭環線型地鐵

田 耕

(北京科技大學,100083,北京∥工程師)

扭環線型地鐵

田 耕

(北京科技大學,100083,北京∥工程師)

扭環線型地鐵,為解決正在規劃擬建的城軌線路在主城區的線網密度太低,而在總體城軌規劃中線路的長度太長、投資太大的問題提供了一種新的線型方案。在一條有上下行雙線的地鐵運營線路上至少有一個通過線路自身的扭轉形成的環型,在這個環型上至少有一個線路自身的、上下分離立體交叉的換乘車站。用主城區的扭環線型地鐵與郊區的并聯高架路相配合組成大城市的骨干公共交通網。

地鐵;線型;線網;并聯高架快速路

Author's addressBeijing University of Science and Technology,100083,Beijing,China

與地面道路交通比較,城市軌道交通(以下簡為“城軌”)采取地下方式的優點是:在建成區,地下施工過程可行,施工量小;電力驅動無排放,節能;載客量大,運行過程不受干擾;可靠性高,相對安全;有利于保持地面宜人的城市風貌,有利于在大城市主城區形成地鐵與步行相結合的出行。這種效率高、人性化的交通方式,需要主城區的地鐵具有高線網密度、小站間距離、低負荷強度作為保證。

現正在規劃擬建的城軌有一個比較大的問題是:范圍太大,線路太長。為了節約資金,提高進度,郊區的城軌多采用高架的方式。大量采用高架方式擴大城軌范圍,會將軌道交通的一些不利因素放大。如:①不便越站行駛,旅行速度低;②站間距離大;③發車間隔時間長;④需要配建列車地面停車場、列車段、城軌車站汽車停車場等,總的占地面積大;⑤高架城軌的振動、噪聲較大;⑥安全隱患大;⑦客流無保證。郊區的客流有明顯的潮汐現象,這使得城軌的總體利用率不高。因此,不能簡單地認定城軌的高架方式比地下方式便宜得多。

可以采用一種站間距離小、便于越站行駛、旅行速度高、占地面積小、造價低、運輸能力大、更靈活的“并聯高架快速路”解決大城市郊區的交通問題。而在大城市主城區,應將有限的資金主要用于提高地鐵線網的密度。為此,本文提出了扭環線型地鐵的設想。

1 扭環線型地鐵的基本思路

現有地鐵路網,最基本、最常見的形態結構是網格式、無環放射式和有環放射式三種。本設想為解決正在規劃擬建的城軌線路在主城區的線網密度太低,而在總體城軌規劃中線路的長度太長、投資太大的問題提供一種新的線型方案。這個方案是在一條有上下行雙線的地鐵運營線路上,至少有一個通過線路自身的扭轉形成的環型;在這個環型線上,至少有一個線路自身的、上下分離立體交叉的、可以供乘客垂直換乘的換乘車站。用主城區的扭環線型地鐵與郊區的并聯高架快速路相配合,組成大城市的骨干公共交通網。

2 扭環線型地鐵的效果

2.1 在主城區有限的范圍內增長了地鐵運營線路的長度

在圖1中,3-1-11與12-1-9可以看作是2條起止于城市主城區邊沿、在城市中心區域交叉、較短的直線型地鐵線路。在現有的城軌交通線網規劃中,短直線型線路因串聯區域小、不便與其它線路交叉換乘,以及在主城區的邊沿不便于征地建設占地面積大的列車停車場、車輛段而很少被采用。圖1中的11需要延伸到10以便建設列車停車場、車輛段。用扭環線型,通過連接 3、4 、5、6、7 、8、9,就形成了一條最簡單的扭環線型的地鐵線路。原來2條較短的直線型線路有3、11及 12、9等 4個折返點,連接成為一條較長的扭環線型線路之后僅有2個折返點11、12。這樣,就減少了折返作業在列車正常運營行駛中所占的比例,線路串連的運營區域也到了很大的增加,具體實施也比較方便。

2.2 可以進行如獨立運營環線式的運營

在圖2所示的扭環線型線路22中,列車能夠沿著21-23-25-21-28-26-21的順序循環運營,也可以沿著21-25-23-21-26-28-21的順序循環運營。這種獨立運營扭環線雙方向列車在扭環線路上獨立循環行駛,無列車折返作業,運營組織簡單;其各區段通過能力一致,可靠性高,可以使不同出行方向的乘客聚集在同一條線路上,大大提高了地鐵列車的利用率。

圖1 最簡單的扭環線型地鐵示意圖

圖2 8字形扭環線型地鐵示意圖

2.3 整合了不同線型線路的功能

圖1中的3-1-11與12-1-3可以看作是2條不同方向的線路,3-4-5-6-7-8-9就相當于在主城區邊沿的局部的環線型線路。扭環線型線路2整合了這些不同功能,既有放射線型線路到達、穿越主城區中心區域的功能,也有局部的環線型線路的周向聯絡、截流換乘的功能。

2.4 減少了乘客的換乘

在圖1中,從5,可以經 4、3、1,不需要換乘到達11;從 5,也可以經 6、7、8、9、1,不需要換乘到達 12。

2.5 有利于讓乘客選擇不同的路線

在圖2中,從23,可以經21、26到達 28;從23,也可以經25、21到達28。乘客選擇不同的路線有利于地鐵線路上客流的均衡,有利于提高地鐵的服務水平。

2.6 有利于地鐵與城市對外交通的換乘

在圖1中,11處于城市主城區的邊沿,是多條對外交通線路11a、11b、11c的起終點站。在11有多條對外交通線路11a、11b、11c以及市內道路公交線路匯集交叉,人、車混行,占地面積很大。為了解決這個問題,一個方法是利用地鐵的延長線11,或進一步建設地鐵的延長線路,將城市對外交通換乘站分步驟外移。另一個方法是建設大型交通樞紐。例如:圖1中的大型交通樞紐12,分成多層;多條城市對外交通線路12a、12b、12c在大型交通樞紐12處匯集,地鐵、國鐵、城際鐵路、長途公交、市內道路公交、出租汽車、社會車輛等不同交通形式整合在同一個樞紐中。大型交通樞紐解決了交叉問題,但是又造成了更大程度的聚集。乘客須通過電動扶梯在大型交通樞紐12中垂直上下,長距離步行,尋找自己需要的換乘站點。面對規模巨大、復雜的換乘,乘客往往無所適從;而多數乘客只需要在兩種不同的交通工具之間進行換乘,規模巨大的交通樞紐12使乘客的換乘過程變得復雜。同時,大型交通樞紐12增加了道路公交等車輛輔助繞行的距離。

扭環線型地鐵的對外交通換乘是沿著主城區的邊沿呈帶狀分布的。例如:在圖1中,6、7、8與 6a、7a、8a組成了城市對外交通換乘關系的換乘帶。6、7、8既是串聯關系又與主城區密切相連;6a、7a、8a對應著城市的對外放射性道路,6a、7a、8a之間是無交叉的并聯關系。乘客在6a、7a、8a之間的往來可以借助地鐵,也可以借助短距離循環行駛的道路公交車輛。這樣的設計避免了市內道路公交、對外交通車輛的交叉,拉近了乘客與地鐵以及城市對外交通車輛的距離,也保證了地鐵擁有充足、穩定的客流。

2.7 有利于大城市郊區的公共交通以及大城市主城區與郊區公共交通之間的換乘

在城市化的進程中,人們向大城市的郊區集聚。方便、快速、高效率的大城市郊區公共交通可以減少人們對小汽車的依賴。考慮到高架長距離的城軌交通的弱點,在新方案中是用并聯高架路來解決大城市郊區的公共交通問題。

并聯高架路的上下行主路之間建有島式公交車站、上下步梯、匝道、應急停車區,高架道路上的車輛雙向行駛,高架道路主要為公共交通服務。并聯高架路的主要特點是:便于越站行駛、可以形成連續的公交車流、平均車速高、運輸能力大、公交服務覆蓋面大、靈活性大、節約土地、行人車輛過路方便、造價及運營成本低,主要適用于大城市的郊區。

采用扭環線型的地鐵便于與并聯高架路進行換乘。在圖2中,主城區的扭環線型的地鐵22與郊區的環形并聯高架路24、27之間有換乘車站23與23a,25與25a,26與26a,28與28a。這4組換乘車站的基本結構是相同的。使用環型的好處是:車輛循環行駛,避免了車輛、乘客的聚集,避免了車輛、乘客的交叉。而聚集和交叉是造成城市交通擁堵的根本原因。

圖2中的23與23a可以用圖3表示。在圖3中:上邊的高架部分是并聯高架路的島式車站23a;中部是便于行人、車輛過路,便于公交車輛停車的地面30;下邊是地鐵車站23;乘客通過步梯37垂直上下換乘。在圖3中:公交車輛可以沿上、下行快速行車道31、35雙向快速行駛,也可沿停車道32、34雙向加減速、停車;地鐵車站23與通常的地鐵車站區別不大,有站臺層36、站廳層38;因為有并聯高架車站23a下面的地面30可以供乘客集散,所以,站廳層38也可以省略。

在現有的大城市拓展過程中,郊區一般是沿著城市對外交通線拓展延伸。這相當于圖2中的23a-24a-24b,以及25a-24e-24d段。24b-24c-24d段一般不是拓展段。用并聯高架路24拓展24b-24c-24d段,將并聯高架連接成為環型,一方面利于并聯高架上公交車輛的連續快速行駛;另一方面因為 24b-24c-24d段離主城區的直線距離較近,地面非公交車運輸成本低,利于24b-24c-24d段的迅速發展。

圖3 扭環線型地鐵與并聯高架路的換乘示意圖

在實際運營中,因為在并聯高架路上的道路公交車輛可以越站行駛,平均車速高,行程短,所以可以縮短乘客借助公共交通出行的時間。例如:乘客從圖2中的24c到27a,雖然要經過2次換乘,但與長距離城軌比較,總的乘車時間會縮短,舒適性會提高。

2.8 有利于節約主城區邊沿的土地

在現有的設計中,當地鐵從主城區的地下區間轉變為高架形式時需要有一個很長的坡道。坡道需要占用大面積的土地,在建成后,坡道會對地面交通造成較大的影響。如圖3所示:扭環線型地鐵的換乘車站23與環線型并聯高架路的換乘車站23a是垂直疊加關系。這樣的設計占地面積小、結構簡單、施工方便,減少了換乘車站對地面行人、車輛的阻礙,拉近了乘客與并聯高架車站、地鐵車站的距離,方便乘客換乘,節約土地。

2.9 有利于采用不同的扭環線型形式

在圖4中,在主城區的扭環線型地鐵42有3個線路自身的換乘車站41、47、48;在郊區的并聯高架路44也是扭環線型,有一個上下分離立體交叉的、線路自身的換乘車站45。地鐵42與并聯高架路44之間通過換乘車站43、46分別與43a、46a換乘。

圖4中的扭環線型的地鐵42及扭環線型的并聯高架路44都是用連續的、有上下分離立體交叉的、封閉可循環的一維曲線覆蓋二維平面。不同的是根據大城市主城區及郊區的不同特點,在成片連綿的主城區使用地鐵的形式從下面進行覆蓋,在呈帶狀的郊區使用并聯高架路從上面進行覆蓋。

圖4 三葉形扭環線型地鐵示意圖

2.10 有利于將地鐵線路主要限定在城市的主城區

圖5是兩條扭環線型的地鐵線路52、54相疊加的示意圖。在圖5中,突出了地鐵在大城市主城區對角線方向的直通聯系,以便彌補地面交通在這方面的不足。用圖5與圖1進行比較,可以看出地鐵的密度明顯的提高了。通過扭環上的平行換乘車站56與56a以及 58與 58a,由 60至 53、53至 56a、56至58a、58至60這4個區間段形成了組合運營環線。組合運營環線有利于明確主城區的范圍,避免主城區的無序蔓延。

圖5 兩條扭環線型地鐵疊加的示意圖

[1]鄭猛,陳華,佘世英.城市軌道交通環線及其應用[J].城市軌道交通研究,2008(3):1.

[2]沈景炎.城市軌道交通線網規劃的結構形態基本線形和交點計算[J].城市軌道交通研究,2008(6):5.

[3]田耕.關于并聯高架快速路的設想[J].城市道橋與防洪,2008(9):114.

[4]田耕.扭環線型的城市軌道交通線路[P].200910000364.9[P].公開日2009.5.20.公開號 CN 101435178A.

[5]田耕.并聯高架快速路[J].交通標準化,2009,(2/3)上半月刊:118.

On the Torsion-ring Alignment Subway

Tian Geng

The torsion-ring subway can provide a new alignment scheme,it will solve the problems such as the low network density of the proposed urban rail line in the main city area,the excess length and large investment in the overall planning of urban rail transit.In the scheme,there is at least one ring formed by line torsion on a double-line subway operation line,and at least one transfer station with separated up line and down line on this ring.The cooperation of the torsion-ring subway in the main city area and the parallel elevated road in the suburban areas will form the main public traffic network for big cities.

subway;alignment;line network;parallel elevated road

U 231+.2

2009-08-25)