上海市市域鐵路嘉閔線速度目標值研究

陳 祥，章建慶

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司 1 高級工程師 2 教授級高工 上海 200092）

1 引言

改革開放以來我國經濟迅速發展，城市化進程明顯加快，城市正處于從中心區向外擴張、衛星城及新城逐步建立、城市群逐漸形成的發展階段。隨著城市規模不斷擴大，城市居民出行距離也在加大，在人口密集的特大城市，道路交通擁擠，居民出行時間往往超過一小時。為了解決大城市中心城區道路交通過度擁擠，在特大型城市出現了超長的市域鐵路。速度目標值是市域鐵路最重要的技術標準之一，是確定工程規模、車輛選型、設備配置以及工程投資的基礎。本文以上海市域鐵路嘉閔線為例，對市域鐵路的速度目標值進行研究。

2 嘉閔線概況

圖1-1 嘉閔線線路走向圖

圖1-2 嘉閔線車站設置示意圖

上圖為嘉閔線線路走向及車站設置示意圖。嘉閔線是上海市域鐵路網中城市西側的南北向骨干線，北起嘉定新城，途徑南翔鎮、江橋鎮、虹橋商務區、七寶鎮，南至莘莊，并通過網絡互聯互通銜接寶山、松江、奉賢、金山及長三角周邊新城。嘉閔線是連通上海市西側快速交通系統，全線總長約42 km，共設16站，平均站間距2.62 km。

3 時間目標值的確定

3.1 嘉閔線現狀交通方式行程時間示意 目前公共交通和私家車在嘉定新城、虹橋樞紐、莘莊三點間的聯系受城市布局的影響，不是特別便捷，據統計，目前最快的公共交通和最快的私家車出行方案如圖2所示：

圖2 嘉閔線現狀交通方式行程時間示意圖

3.2 嘉閔線現狀交通方式行程時間統計 根據有關資料和調查，嘉閔線現狀交通方式行程時間統計見表1。.

表1 嘉閔線現狀交通方式行程時間統計表

3.3 嘉閔線及有關路段時間目標值 通過以上圖表數據統計，嘉定新城中心至莘莊中心采用目前的公共交通方式，最快也需要90 min，私家車最快都需要60 min；嘉定新城進入虹橋樞紐公共交通也需要至少90 min，私家車35 min；莘莊進入虹橋樞紐公共交通需要60 min，私家車35 min。

結合綜合交通規劃對城市交通布局的發展目標，嘉閔線溝通新城嘉定新城、大型交通樞紐虹橋樞紐和城市副中心莘莊，重要市鎮之間的出行時間控制在30～40 min；考慮現狀情況，受城市布局影響，嘉定新城到莘莊、嘉定新城到虹橋以及虹橋到莘莊，無論采用公共交通還是采用私家車，出行時間都比較長，需要一種更快捷的交通方式加強它們之間的聯系。為了更好的吸引客流、增強本條線的競爭力，本線全程時間目標值設定為30 min，嘉定北站到虹橋站旅行旅行時間控制在20 min 以內，莘莊站到虹橋站旅行時間控制在10 min以內。

4 速度目標值研究

目前國內外市域鐵路的平均站間距一般都在2～6 km，最高運營速度在120～160 km/h。嘉閔線線路全長約42 km，平均站間距2.62 km。考慮本線功能定位及線站位布局，是一條典型的上海市西部的一條市域鐵路，為了提高車輛的使用效率，速度目標值不宜高于160 km時；同時本線的線間距比一般城市軌道交通大，可采用高于普通城市軌道交通80 km/h的最高運營速度。

基于本線的線站位布局，參考國內外市域鐵路最高運營速度及站間距的關系，本文主要對時速120 km/h、140 km/h、160 km/h三個速度目標值方案，從時間目標適應性、站間距離適應性、車輛配置、土建工程、機電設備系統、運營費用等方面進行研究。

4.1 時間目標適應性 根據全線的線路條件，對三種速度目標值方案進行牽引計算模擬，經過計算和模擬三個方案（即時速分別為120 km/h、140 km/h、160 km/h三個速度目標值方案）的列車全程旅行速度、旅行時間分別如表2、表3、表4所示。

表2 不同速度目標值列車牽引計算結果表（大站車 停南翔貨車站、虹橋）

表3 不同速度目標值列車牽引計算結果表（直達車）

表4 不同速度目標值列車牽引計算結果表（站站停車）

由上表可知，如果按站站停的方式運營，無論是采用12 0km/h、140 km/h、160 km/h哪種設計速度，均不能滿足時間目標。對于如果采用大站車、直達車的運營方式，三種設計速度，均能滿足時間目標。

針對大站車，120 km/h全程運行時間27.7 min，滿足半小時到達的時間目標，140 km/h節省2.7 min，160 km/h 節省4.7 min；120 km/h 嘉定北站到虹橋站運行時間20 min，滿足20 min 到達的時間目標，而140 km/h 節 省2.1 min，160 km/h 則 節 省3.6 min；120 km/h莘莊站到虹橋站運行時間7.7 min，滿足10 min 到達的時間目標，140 km/h 可節省0.6 min，160 km/h可節省1.1 min。

4.2 站間距離適應性 站間距離是列車速度目標值選擇的重要因素。一般列車在兩站之間運營需要經過加速-勻速-減速的過程，從列車牽引特性、車輛利用效率及乘客的舒適性考慮，加速距離或減速距離與勻速運行的距離比值在：1：1～1：3之間。三種設計速度適宜的站間距如下表5所示：

表5 不同速度適宜站間距

從上表可以看出，本條線平均站間距2.62 km，120 km/h的設計速度比較適宜。針對本條線的車輛使用效率如圖3所示：

圖3 不同速度車輛使用效率

由上圖所示，120 km/h、140 km/h、160 km/h三種速度目標運行的距離分別占去見總長的52.7%、27.9%、3.4%。就車輛使用效率來看，120km/h 的設計速度比較適宜。

4.3 經濟性分析

1）土建工程投資

（1）線路土建工程

列車行車速度越高，要求線路的最小曲線半徑越大。本線線路都在已建成區域，整體線型受路徑沿線既有建（構）筑物制約大，小曲線半徑多。如果要滿足線形要求，對于速度目標越高，調整的線路越長，導致線路的長度越短，可以節約工程土建費用，但是會增多切割地塊，浪費土地資源，同時受沿線在建和既有建（構）筑物及站位布設等因素導致部分曲線半徑已無調整余地。因此受道路線形及沿線建（構）筑物影響，部分地段根據曲線半徑限速。綜上所述，受現場條件控制，設計速度不同對本線路土建工程造價影響有限。

（2）隧道工程

不同速度目標值對隧道斷面尺寸要求不同，列車運行速度越高，隧道內徑尺寸越大。結合空氣動力學，對于120 km/h、140 km/h 、160 km/h 三種速度目標值方案，如果采用雙線單圓隧道，隧道直徑分別要求7.2 m、7.8 m、9.0 m。土建費用相應增加。

（3）車輛段規模

為滿足行車組織的要求，當采用不同最高行車速度時，需要配置的車輛數量是不同的，車輛配屬越多，車輛段檢修的工作量就越大，則檢修廠房及檢修設備規模越大。由于本線行車量不大，車輛段檢修工作量相差不大，對檢修設施的影響較小，不同速度目標值車輛段規模差異主要體現停車列檢庫的規模。經過計算，速度目標值由120 km/h、140 km/h、160 km/h，車輛配屬數量依次減少1列。三種方案車輛配屬車差別不大，車輛段規模及投資基本相當。

2）機電系統

速度目標值120 km/h、140 km/h 、160 km/h，信號系統造價基本無變化，其他如通信、機電設備監控=、防災報警、自動售檢票、屏蔽門及自動扶梯等系統，都與最高行車速度沒有直接關系，列車最高行車速度提高后，均不需要額外增加投資；牽引供電系統隨著速度提高，投資增加非常有限。綜合看，機電系統對不同的速度目標值方案影響不大。

3）車輛購置費

隨著行車速度的提高，對車輛的總體性能要求更高，速度提高主要對車輛的牽引系統、制動系統、轉向架等方面產生影響。同時為了減少噪聲，保證車內乘客舒適度，需要采取經濟合理的措施降低噪聲。當最高速度分別為120 km/h、140 km/h 以及160 km/h 時，車輛的造價依次增加1%～4%左右。隨著行車速度的提高，配屬車數會相應減少。本項目遠期車輛購置費如下表所示：

表6 不同速度車輛購置費

通過上表可以看出，三種方案的車輛購置費相差不大，隨著行車速度目標增加，車輛的購置費也相應增加。

4）運營費用

運營費用主要包括牽引能耗成本、維修和人工成本等。經分析計算，各速度目標值方案運營維修成本、人工成本相差較小、運營費用的差別主要表現為運營能耗的差別。隨著速度目標值的提高，運營能耗依次增加。經測算，160 km/h、140 km/h方案分別比120 km/h 方案30 年運營期累計增加運營能耗支出凈現值13 560 萬元、25 640 萬元，從運營費用看，160 km/h 方案運營費用最高，140 km/h 方案較120km/h方案略高。

5）綜合技術經濟比較

通過以上分析，采用不同的速度目標，從工程投資、車輛購置費、運營費用上比較，隨著速度目標的提高，費用指標也提高。160 km/h、140 km/h方案分別比120 km/h方案增加17.122億元、6.231億元。

5 結束語

在確定時間目標值的基礎上，從工程投資、與時間目標值的適應性、與車站分布的適應性等方面對不同速度目標值進行研究，120 km/h 速度在設置快慢車組合運營模式后，滿足時間目標值要求，對站間距離適應性較好，旅行速度較高，從工程投資、車輛購置費、運營費等方面進行綜合技術經濟比較，120 km/h最優，作為本線的目標值較適宜。