深圳地鐵9號(hào)線短距離站點(diǎn)間縱坡設(shè)計(jì)研究

卓文海

摘 要：地鐵線路應(yīng)注重節(jié)能設(shè)計(jì)，區(qū)間通常采用節(jié)能坡，但并非所有情況采用節(jié)能坡都最經(jīng)濟(jì)，當(dāng)車站間距較近時(shí)，列車運(yùn)行并不能達(dá)到最高設(shè)計(jì)速度，該情況下應(yīng)綜合牽引能耗、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、實(shí)施難度、土建投資等因素綜合研究線路縱坡。

關(guān)鍵詞：節(jié)能坡；牽引能耗；投資

引言

軌道交通雖然節(jié)能環(huán)保，但同時(shí)也是城市“用電大戶”，電費(fèi)用占運(yùn)營(yíng)費(fèi)的50%左右，而牽引用電又占其中的50%以上。線路縱斷可采用節(jié)能坡設(shè)計(jì)，而短距離站點(diǎn)間坡度設(shè)計(jì)所考慮的因素，與常規(guī)區(qū)間有所不同，本文就該情況下線路縱坡設(shè)置進(jìn)行綜合分析。

1 短距離站間距情況

1.1 研究對(duì)象

地鐵在市中心站間距多為1km左右，但在成熟建成區(qū)，往往存在相鄰兩站均為換乘站或重要客流集散點(diǎn)，設(shè)計(jì)中會(huì)出現(xiàn)個(gè)別小站間距的情況。本文主要結(jié)合實(shí)例，針對(duì)站間距小于750m的情況進(jìn)行分析。

1.2 特點(diǎn)分析

（1）速度難以達(dá)到最高值。通常車輛加速至80km/h需280～320m，由最高速制動(dòng)停站所需230～250m，最低巡航時(shí)間10s走行約222m，因此，站間距小于750m的區(qū)間，實(shí)際運(yùn)行速度往往較低，常規(guī)節(jié)能坡效果有所降低。

（2）存在不設(shè)聯(lián)絡(luò)通道的條件。對(duì)于6A或6B編組列車其站臺(tái)長(zhǎng)多為140m和120m，站臺(tái)端至主體端部至少約20m，站間距小于750m時(shí)，區(qū)間實(shí)際長(zhǎng)度往往小于600m，可不設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。

1.3 影響因素

（1）運(yùn)營(yíng)成本。包括列車牽引能耗、廢水泵房運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。

（2）土建成本。包括車站主體、聯(lián)絡(luò)通道及廢水泵房土建費(fèi)用。

（3）資金時(shí)間價(jià)值。考慮一次性土建投資費(fèi)用與后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的資金現(xiàn)值比較。

（4）工程實(shí)施條件及風(fēng)險(xiǎn)。聯(lián)絡(luò)通道地面加固場(chǎng)地實(shí)施條件及施工風(fēng)險(xiǎn)等。

2 深圳地鐵9號(hào)線實(shí)例分析

2.1 基本情況

深圳地鐵9號(hào)線前海路站～荔香站的站間距為659m，該段位于前海自貿(mào)區(qū)以西，沿東濱路敷設(shè)，采用盾構(gòu)法實(shí)施，均為地下二層站。

2.2 “V”型坡方案

考慮到區(qū)間較短，運(yùn)行速度較低，采用V型緩坡設(shè)置。右線采用坡長(zhǎng)210m坡度-5‰、坡長(zhǎng)253m坡度8.1‰的坡段，左線采用坡長(zhǎng)215m坡度-5‰、坡長(zhǎng)260m坡度8‰的坡段。

該方案右線單列車每趟上、下行分別耗電20.78kwh、18.66kwh，但區(qū)間需增設(shè)1處聯(lián)絡(luò)通道及泵房，投資約202萬(wàn)（土建185萬(wàn)，設(shè)備17萬(wàn)），泵房運(yùn)營(yíng)增加費(fèi)用7.6萬(wàn)/年（人工費(fèi)6萬(wàn)/年，設(shè)備折舊費(fèi)用1.6萬(wàn)/年）。

運(yùn)行能耗計(jì)算，已知：定員D=1860；人重量M人=60kg；空載情況下MAW0=223.8t；初、近、遠(yuǎn)期全日開(kāi)行對(duì)數(shù)N初=186對(duì)、N近=230對(duì)、N遠(yuǎn)=280對(duì)；初、近、遠(yuǎn)期全日平均滿載率P初=22.4%、P近=24.2%、P遠(yuǎn)=26.7%（客流預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)）；電費(fèi)單價(jià)s=0.78元/kwh；

則MAW2=MAW0+M人×D/1000=335.4t；

列車滿載重量比例F初=（MAW0+M人×D×P初/1000）/MAW2=74.18%；F近=74.79%；F遠(yuǎn)=75.59%；

初期全年?duì)恳娰M(fèi)S初=（20.78+18.66）×N初×365×s×F初=154.95萬(wàn)；

S近=193.19萬(wàn)；S遠(yuǎn)=237.71萬(wàn)。

2.3 單坡方案

前海路站地勢(shì)相對(duì)荔香站低1m，設(shè)為前海路站低，荔香站高的單向坡，坡長(zhǎng)403m坡度3.5‰的坡段保證排水效果。前海路站埋深需增加0.4m，增加土建工程費(fèi)約234萬(wàn)。該方案初、近、遠(yuǎn)期全年?duì)恳娰M(fèi)分別為167萬(wàn)、208.21萬(wàn)、256.18萬(wàn)。

2.4 “人”字坡方案

為避免增加埋深，可考慮縱斷為“人”字形態(tài)，在不影響盾構(gòu)隧道排水效果的情況下，區(qū)間設(shè)置坡長(zhǎng)250m坡度8‰及坡長(zhǎng)207m坡度-4.8‰的坡段。

該方案對(duì)車站埋深無(wú)影響，區(qū)間無(wú)需設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道、泵房，但“人”字型區(qū)間不利列車經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，牽引能耗相對(duì)較大。初、近、遠(yuǎn)期全年?duì)恳娰M(fèi)分別為176.37萬(wàn)、219.89萬(wàn)、270.56萬(wàn)。

2.5 綜合投資差異

（1）運(yùn)營(yíng)期年金現(xiàn)值

地鐵為百年工程，在比較投資時(shí)，以100年為時(shí)段，考慮一次性土建投資及百年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的年金現(xiàn)值。

以“V”型坡方案為基準(zhǔn)，單坡方案初、近、遠(yuǎn)期每年增加運(yùn)營(yíng)費(fèi)用分別約為12萬(wàn)、15萬(wàn)、18萬(wàn)，“人”字坡方案分別約為21萬(wàn)、27萬(wàn)、32萬(wàn)。在計(jì)算年金現(xiàn)值時(shí)，考慮遠(yuǎn)期權(quán)重較大，統(tǒng)一以遠(yuǎn)期每年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的差額作為年金計(jì)算。

“V”型坡方案存在泵房，運(yùn)營(yíng)期將產(chǎn)生人工費(fèi)6萬(wàn)/年，折舊費(fèi)1.6萬(wàn)/年。

普通年金現(xiàn)值公式為：

P=A×（1+i）-1+A×（1+i）-2+…+A×（1+i）-（n-1）+×（1+i）-n=A×（1-（1+i）-n）/i

式中的分式（1-（1+i）-n）/i為“年金現(xiàn)值系數(shù)”，記為（P/A，i，n），可通過(guò)直接查閱“1元年金現(xiàn)值表”求得有關(guān)的數(shù)值。

其中，利率i=8%，期數(shù)n=100，單坡方案年金A單=18萬(wàn)，“人”字坡方案年金A人=32萬(wàn)，“V”型坡方案AV=7.6萬(wàn)。

經(jīng)計(jì)算單坡方案牽引能耗增加費(fèi)用的年金現(xiàn)值為225萬(wàn)，“人”字坡方案為400萬(wàn)，“V”型坡方案泵房產(chǎn)生費(fèi)用的年金現(xiàn)值為95萬(wàn)。

（2）綜合投資

“V”型坡方案有一處聯(lián)絡(luò)通道及廢水泵房，投資202萬(wàn)，泵房運(yùn)營(yíng)期間費(fèi)用折合年金現(xiàn)值為95萬(wàn)，比較范圍內(nèi)共計(jì)297萬(wàn)。

單坡方案前海路站埋深增加0.4m，土建工程投資增加234萬(wàn)，牽引能耗增加年金現(xiàn)值225萬(wàn)，比較范圍內(nèi)共計(jì)459萬(wàn)。

“人”字坡方案未增加土建工程，運(yùn)營(yíng)牽引能耗增加年金現(xiàn)值400萬(wàn)。

該區(qū)間隧道基本位于硬塑狀礫質(zhì)黏土層，地層條件較好，聯(lián)絡(luò)通道實(shí)施難度不大，因此，推薦投資較小的“V”型坡方案。

3 特殊情況分析

并非所有情況下，均采用“V”型坡方案。“V”型坡方案隧道中部埋深相對(duì)較大，應(yīng)注意避免局部侵入中、微風(fēng)化花崗巖的硬巖地層，聯(lián)絡(luò)通道的設(shè)置應(yīng)避免在軟弱地層而增加工程風(fēng)險(xiǎn)。區(qū)間若設(shè)置貫通式停車線，采用全明挖實(shí)施，負(fù)一層可進(jìn)行物業(yè)開(kāi)發(fā)，采用平坡便于空間利用及與周邊建筑的銜接，通過(guò)底板找坡排水。區(qū)間明挖實(shí)施，“人”字坡方案能夠一定程度減小埋深，有利于節(jié)省土建工程投資。當(dāng)相鄰兩站存在一定地勢(shì)高差時(shí)，可考慮單向坡設(shè)置。

4 結(jié)束語(yǔ)

地鐵線路小站間距區(qū)段縱坡設(shè)計(jì)需結(jié)合列車牽引能耗、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、土建投資等因素合理選用。分析投資時(shí)，應(yīng)考慮一次性土建投資及百年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的年金現(xiàn)值因素，本文就深圳9號(hào)線為例進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，希望通過(guò)此案例，能為其他項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供借鑒和參考，但不同項(xiàng)目的外部因素可能存在一定差異，在具體區(qū)段研究中應(yīng)綜合各方因素采用合理的縱坡方案。

參考文獻(xiàn)

[1]廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司.深圳地鐵9號(hào)線西延線工程線路設(shè)計(jì)[R].廣州：廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，2014.

[2]葉霞飛，顧保南.軌道交通線路設(shè)計(jì)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2010.

[3]石繼述，趙海燕.地鐵線路縱斷面區(qū)間單向坡設(shè)計(jì)探析[J].科技資訊，2012（36）.