哈薩克阿斯塔納至阿拉木圖高速鐵路速度目標值選擇

來 琳

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津 300142)

哈薩克阿斯塔納至阿拉木圖高速鐵路速度目標值選擇

來 琳

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津 300142)

通過對時間目標值、工程建設成本、環保需求、適應區域經濟狀況及列車運行速度目標值的分析，從技術的可行性、經濟合理性以及哈國鐵路技術的長遠角度發展，來確定合理的速度目標值。從工程投資和經濟效益角度分析，250～300 km/h速度目標值略優，但是考慮本線在哈國的意義，及從功能定位、時間目標值適應性、技術先進性和與區域經濟發展的適應性分析，建議采用350 km/h速度方案。

高速鐵路 哈撒斯坦 速度目標值

阿斯塔納—阿拉木圖高速鐵路項目位于哈薩克斯坦共和國東部，連接首都阿斯塔納和最大城市阿拉木圖。線路起自阿斯塔納市，經阿克莫拉州、卡拉干達州、阿拉木圖州，終點為阿拉木圖市。線路大體為西北—東南走向，線路長度1 011.2 km。

根據建設必要性的研究，本線定位為以客運功能為主的高速鐵路。速度目標值是高速鐵路設計的主要技術指標之一，目前，國內外高速鐵路發展迅速，但速度目標值各有不同，希望本文的研究能對具有類似特點的高速鐵路速度目標值選擇有一定的參考價值。

1 時間目標值的定位分析

1.1 既有鐵路旅行時間

既有阿拉木圖至阿斯塔納鐵路全長1 343 km，車站基本位于城市中心。快速列車運行時間約12.5 h，最高時速140 km/h，旅行速度約107 km/h，考慮候車和市內交通附加時間1 h，既有快速鐵路旅行時間為13.5 h；普速列車運行時間約20 h，旅行速度約67 km/h，附加時間1 h，既有普速鐵路旅行時間為20.5 h。

1.2 航空旅行時間

哈薩克斯坦阿拉木圖至阿斯塔納的航空距離約960 km，飛行時間約1.5 h。阿拉木圖市機場距離市中心20 min的行程(正常情況)，阿斯塔納市機場距離市中心35 min的行程；候機時間按1 h計算，航空旅客旅行時間約3.5 h。

1.3 公路旅行時間

哈薩克斯坦阿拉木圖至阿斯塔納兩城市之間既有雙向兩車道公路，全長1 247 km，公路運輸的旅行時間約16 h，平均旅行速度約80 km/h。由于距離較遠，開行的長途汽車較少。

既有鐵路、航空、公路的旅行時間見表1。

表1 既有鐵路、航空、公路旅行時間 h

1.4 高速鐵路時間目標值

高速鐵路與其他運輸方式相比，具有高速、便捷、安全、全天候運行等優勢。從滿足旅行時間目標值，更好地發揮其在綜合交通運輸體系中的作用和競爭力考慮，高速鐵路旅行時間目標值宜確定為4 h左右。

2 適應時間目標值要求分析

據本線初步的選線方案分析，線路全長1 011 km，考慮候車和市內交通時間1.0 h，以350 km/h速度計算，直達列車旅行時間約4.1 h；以300 km/h速度計算，直達列車旅行時間約4.6 h；以250 km/h速度計算，直達列車旅行時間約5.2 h。

可見，滿足4～5 h左右時間目標值要求的速度目標值宜為300 km/h及其以上。

3 與本線功能定位適應性分析

速度的設定與線路功能定位息息相關，采用高速鐵路的建設模式，賦予中長途客運系統以較高的設計速度定位，已成為多數國家的共識。本線是貫穿哈薩克斯坦南北新舊首都的重要客運通道，是國家高速客專網的重要組成部分，亦可能成為歐亞通道的組成部分，本線長達1 011 km，賦予該線以較高的設計速度定位，符合世界鐵路客運的發展共識。

4 技術經濟比選

考慮300～350 km/h投資較高，研究250 km/h方案進行經濟比選。

4.1 主要技術要求分析

(1)線路

本項目采用的主要線路標準如表2。

表2 不同速度目標值主要線路標準

針對本線研究區域自然狀況，線路平、縱斷面條件不影響速度目標值的選擇。

(2)路基

路基面形狀：

有砟軌道路基面形狀為三角形，由路基面中心向兩側設置不小于4%的橫向排水坡。曲線加寬時，路基面仍應保持三角形。

無砟軌道支承層(或底座)底部范圍內路基面水平設置，支承層(或底座)外側路基面兩側設置不小于4%的橫向排水坡。

基床結構：

路基基床由基床表層和基床底層構成。基床表層厚度有砟軌道為0.7 m，無砟軌道為0.4 m，基床底層厚度為2.3 m。

路基填料要求及壓實標準：

有砟軌道和無砟軌道高速鐵路路基填料要求及壓實標準相同。沿線填料采用山坡覆蓋層的碎石土，填料豐富。

路基工后沉降：

工后沉降控制標準如表3所示。

表3 路基工后沉降控制標準

無砟軌道路基沉降比較均勻，調整軌面高程后的豎曲線半徑滿足一定要求時，允許的工后沉降為3 cm，路基與橋梁或橫向結構物交界處不均勻沉降造成的折角不應大于1/1 000。

路線途經的平原地帶——哈薩克斯坦中部山地和沙地，具有良好的工程地質條件，路基工后沉降不影響速度目標值的選擇。

(3)橋梁

對于300 km/h及350 km/h，對于梁部、墩臺、基礎等原則上采用同一套結構體系。與速度250 km/h梁部主要尺寸變化見表4。

表4 時速300、350 km/h與時速250 km/h主要尺寸比較

注：表中梁高均考慮了加高平臺高度；時速300 km/h與350 km/h采用梁圖同。

對于不同軌道類型，高速鐵路橋梁基礎的沉降限值不同，對沉降限值的規定見表5。

表5 橋梁墩臺基礎工后沉降限值

沿線工程地質條件良好，橋梁墩臺工后沉降不影響速度目標值的選擇。

(4)軌道

本設計速度350 km/h及300 km/h時，軌道型式采用無砟軌道，250 km/h時采用有砟軌道。

(5)電氣化

按照本項目行車組織方案，速度目標值250 km/h、300 km/h、350 km/h牽引變壓器容量，分區所及AT所自耦變壓器容量均一致，牽引變壓器容量為2X(20MVA+20MVA)，分區所自耦變壓器容量為4X16MVA，AT所自耦變壓器容量為2X20MVA。

(6)通信

結合信號系統研究，設計速度目標值為250 km/h時，信號系統采用CTCS-2， GSM-R不承載列控數據業務，此種情況下GSM-R采用單網非冗余覆蓋，基站間距約為5 km。

設計速度目標值為300 km/h及350 km/h時，信號系統采用CTCS-3， GSM-R承載列控數據業務，此種情況下，GSM-R采用單網交織覆蓋，基站間距約為3 km。MSC交換中心為冗余配置。

(7)信號

設計速度250 km/h方案列車運行控制系統地面設備采用CTCS-2級，采用目標—距離控制模式。

設計速度300 km/h方案列車運行控制系統與350 km/h方案一致，地面設備按CTCS-3級系統設計，采用目標—距離控制模式。

4.2 經濟比選

不同線路走向方案、不同軌距標準條件下不同設計速度的經濟比選：經測算，設計速度350 km/h方案靜態為340.4億美元，投資分別較300 km/h方案、250 km/h方案主要工程投資增加約0.6%和19.4%。

5 能耗分析

根據多項目牽引計算研究結果，單位牽引能耗：350 km/h列車為601 kWh/104t·km，300 km/h列車為474 kWh/104t·km，250 km/h列車為356 kWh/104t·km，350 km/h、300 km/h列車約是250 km/h列車的1.69倍和1.33倍。速度與能耗呈遞增關系，速度越高，能耗越大。

本項目不同速度目方案的年耗能如表6。

表6 不同速度方案年能耗量(2033年)

6 環保要求分析

高速鐵路運營時產生的噪聲及振動對周圍建筑物有一定的影響，對于噪聲及振動強度的控制，國際及世界各國均有標準規定。

與噪聲聲源有關的主要因素有列車類型、運行速度、線路類型、軌道結構、垂向指向性等；與傳播有關的主要因素有幾何發散損失、大氣吸收、地面聲衰減、屏障聲繞射衰減、建筑群衰減等。當速度為240 km/h，噪音為86 dB。隨著速度的提高，噪聲也隨之加大，速度每增加10 km/h，噪聲增加0.5～1 dB。

影響鐵路環境振動的主要因素有列車類型、運行速度、線路結構、地質條件、建筑物類型等。當速度為240 km/h，噪音為80 dB。隨著速度的提高，振動也隨之加大，速度每增加10 km/h，振動增加0.5 dB。

沿線環境敏感點主要為鐵路經過的阿斯塔納、卡拉干達、阿拉木圖等市區范圍，敏感點較少，設計速度250 km/h與300～350 km/h影響不大。

根據哈薩克斯坦噪音標準，設計速度250 km/h及以上時，噪聲及振動源強均超出控制標準，根據環境要求，需要采取必要的減振、降噪措施。

7 技術體系成熟度和先進性分析

新建高速鐵路設計速度一般為250 km/h、300 km/h、350 km/h三種速度等級。高速鐵路的設計速度經歷了不斷的發展過程，從日本第一條高速鐵路以時速210 km運營，逐步發展到以時速300 km及以上運營。目前中國已有設計時速300 km及以上高速鐵路近萬公里，韓國、意大利、俄羅斯、美國等國家，其高速鐵路設計速度均選擇了300 km/h或350 km/h。

350 km/h的設計速度代表著當今世界高鐵領域最先進的技術水平，其技術成熟度和可靠性有充分保障。本線為哈薩克斯坦首條新建高速鐵路，速度目標值宜為300～350 km/h。

8 與區域經濟水平的關系分析

高速鐵路建設應與沿線區域經濟發展水平相適應，需具備一定的經濟水平來支撐項目的客流及運價，使得經濟評價可行。從已運營及正在建設的中國高速鐵路分析，設計速度目標值與經濟水平的關系分別為：北京、上海人均GDP 1.1萬美元，京滬高速鐵路設計速度350 km/h；北京、廣州均人均GDP為1.1萬美元，京廣客專設計速度350 km/h；石家莊人均GDP 5 000美元，太原人均GDP6700美元，石太客專設計速度250 km/h。

2010年哈薩克斯坦人均GDP為9 000美元，阿斯塔納市人均GDP 1.8萬美元、阿拉木圖市人均GDP 1.9萬美元。參照中國高速鐵路的建設理念，本項目的設計速度定在300 km/h以上是適宜的。

9 綜合分析

通過對時間目標值要求、本線功能定位、技術經濟、能耗、環保要求、技術體系成熟先進性、區域經濟水平等方面的綜合分析論證，結合國際與中國高速鐵路速度目標值建設及技術發展，考慮高速鐵路交通方式在研究區域的競爭力，本線的設計速度采用300～350 km/h是合適的。

從本項目的線路、路基、軌道、橋梁、電氣化、信息、信號、車輛等技術標準對比以及投資估算結果看，設計速度350 km/h方案與300 km/h差別不大。

10 結論

從滿足時間目標值、線路功能定位、高鐵的技術成熟度等方面分析，本項目按速度350 km/h設計是合理、可行的。

[1] TB10621—2009高速鐵路設計規范(試行)[S]

[2] GB50091—2006鐵路車站及樞紐設計規范[S]

[3] 鐵道第三勘察設計院集團有限公司阿斯坦納-阿拉木圖高速鐵路經濟技術論證(第二篇)[R].天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2011．

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OptionofSpeedTargetValueoftheAstana—Alma-AtaofKazakhstanHigh-SpeedRailway

LAI Lin

2013-10-28

來 琳(1983—)，男，2008年畢業于北京交通大學城市軌道交通專業，工學碩士，工程師。

1672-7479(2014)01-0056-04

U212.32

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