市域快速軌道交通速度目標值確定研究

王文波

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308）

1 工程概況

西安地鐵16號線線路全長67.1km，設26座車站（高架站16座，地下站10座），換乘站9座，平均站間距2.67km。全線設置一段兩場，分別是中部沙河灘車輛基地、南側小兆村停車場、北側徐家堡停車場、控制中心與16、17、18、19號線共用，位于16號線車輛段內。

2 影響因素

2.1 時間要求

根據城市綜合交通規劃及乘客出行習慣，一般以1h作為出行的時間目標。《西安市城市軌道交通線網規劃（修編）》報告提出，以多層次、多方式交通網絡支撐和引導都市區一體化發展，提供快速、高效運輸服務，構建主城區半小時、都市區一小時交通圈[1]。結合城市規劃以及線網對本線旅行時間的要求，該線位于外圍組團，應保證在1h以內到達中心城區，需要提高速度目標值。

2.2 功能定位及客流特點

從線路功能定位分析，地鐵16號線是都市區軌道交通線網中的一條區域南北向快線，與線網中的12、18號線共同構成西咸新區內南北向軌道交通骨架，覆蓋了西咸新區的各主要功能區域，支撐西安形成雙心職能的發展格局。

從客流特點分析，16號線與線網中的1、5、11、14、19號線等多條都市區東西向的線路形成多點換乘，構建都市區新中心中央商務區快速交通體系的同時，最大程度地支持了西咸新區與各個方向的聯系；同時連接鐵路南客站、阿房宮站兩座大型交通樞紐，提升對外交通樞紐的配套能力，解決大型客流集散點的交通需求，對速度目標值要求較高。

2.3 全線站間距情況

線路站間距對列車速度目標值選取有一定的影響，列車速度目標值的大小必須結合站間距大小來考慮。參照國內城市軌道交通列車時速與站間距關系，主要經驗如下：平均站間距在2.0km以下時，最高運行速度宜為80km/h；平均站間距在2.0～3.0km時，最高運行速度宜為100km/h；平均站間距在3.0km以上時，最高運行速度宜為120km/h。

該線全線站間距離情況如表1所示。

16號線全線平均站間距達到2.75km，其中最大站間距為6.77km（蘭池大道—章義路）。全線范圍內站間距大于3km的區間共9個，占總區間數的37.5%；大于2km的區間共15個，占總區間數的62.5%；小于2km的區間有9個，占總區間數的4.2%。單從站間距與速度的適應性方面看，100km/h或120km/h的速度目標值能夠適應本線站間距離的特點。

表1 全線站間距統計表

2.4 達速比分析

對列車在平坡時的起、停車距離進行理論計算，可以得到不同速度方案起動至最高速度的起車距離和從最高速度制動停車距離[2]。不同速度目標值與該線站間距的關系如表2所示。

表2 不同速度目標值與本線站間距的關系

從表2可以看出，120km/h速度方案的起、停車距離大于100km/h、80km/h速度方案。該線平均站間距為2.74km，80km/h速度方案的達速距離為2.05km，達速比為74%；100km/h速度方案的達速距離為1.54km，達速比為56.2%；120km/h速度方案的達速距離為0.89km，達速比為32.5%。

通過以上分析，80km/h與100km/h的速度方案達速比較高，120km/h的速度方案達速比較低，不能較好地發揮其快速、高效的優勢。80km/h雖達速比較高，但線路站間距較大，模擬計算出現二次牽引狀況，增加能耗，當工況為“牽引-惰性-制動”的運行模式時，旅客舒適度好，能源消耗少。因此，從達速比和模擬計算牽引情況來看，100km/h的速度目標值能適應該線特征。

2.5 旅行速度比較

對全線運行時間進行模擬計算，分析結果如表3所示。

從表3可以看出，采用最高運行速度為100km/h的列車，旅行時間約70min，比80km/h列車節約10min，節省時間較多；120km/h的最高速度僅節省2min，效果不明顯。該結果表明，采用100km/h的列車在提高全線出行速度、節省旅行時間方面具有較明顯優勢。

表3 旅行時間分析比較表

2.6 隧道凈空分析

因地下段速度目標值標準對隧道工程影響十分重大，以限界研究為切入點，分析地下段合理的速度目標值。

列車在隧道內運行時，受到隧道壁面的阻塞，列車氣動阻力相對于地面或高架線運行時有大幅提升，增加了列車運行能耗。當隧道斷面面積不一致時，列車運行承受的氣動阻力也會有較大差異。因而，需要合理選擇車～隧阻塞比，使得列車在一定速度下的能耗以及隧道施工斷面面積均處于可以接受范圍。

根據初步研究分析，得出以下結論：最高運行速度80km/h的高速地鐵，其隧道斷面阻塞比≤0.4；最高運行速度100km/h，使用非密閉車輛時，斷面阻塞比＜0.27；最高運行速度120km/h，使用密閉車輛時，斷面阻塞比＜0.289；最高運行速度140km/h，使用密閉車輛時，斷面阻塞比＜0.35[3]。

在確定隧道斷面內徑時，除了需要滿足空氣動力學引起的車～隧阻塞比關系外，還需核算確定的斷面是否滿足接觸網懸掛方案所需的凈空要求。從隧道斷面結構分析，80km/h和100km/h的隧道斷面基本一致，而120km/h的隧道斷面較大。

2.7 資源共享影響分析

西安軌道交通1、2、3號線均選用時速80km的B型車。經進一步了解，時速不同，類型相同的地鐵B型車在車輛維修、資源共享、零部件共用等方面基本可以完全共用共享，不存在不良影響。

國內城市已建設軌道交通列車很多選用地鐵B型車，該類型列車設計與制造技術成熟，國內幾大車輛制造廠商均具備生產能力；已經運營的深圳軌道交通3號線、鄭州9號線等最高運行速度目標值采用100km/h，因此車輛有可靠來源，技術成熟。采用120km/h的線路還相應較少。

2.8 經濟指標比較

從經濟技術方面對80km/h、100km/h和120km/h進行比選，如表4所示。

表4 經濟指標分析比較表

從表4可以看出，在實現全線相同的運營功能時，最高運行速度目標值為100km/h和120km/h列車相差不大，但相比80km/h的列車，運營費用降低很多。

3 比選結論

以上指標中，時間要求、功能定位、客流特征為比選的基礎因素，站間距、達速比、旅行速度、隧道凈空、資源共享為重點比選技術因素，經濟指標分析為經濟因素，確定過程中應綜合比較。通過以上分析，16號線工程建議采用100km/h的速度目標值。

4 結束語

市域快速軌道速度目標值是軌道交通線路的重要技術指標，直接影響土建工程規模及設備系統的選擇，其確定與線路的時間要求、功能定位、客流特征、站間距、達速比、旅行速度、隧道凈空、資源共享和經濟指標等因素有關。在選擇速度目標值時，需要綜合分析對比上述因素，保證工程建設的經濟合理，滿足功能需求。一般情況下，速度目標值應以適合線路特征為標準，采用較高的速度目標值可以有效地提高旅行速度，壓縮在途時間，提高服務水平，相應投標也會增加。但站間距離較短或線路條件受限時，較高的速度目標值不能發揮其快速、高效的特點。