成渝中線高鐵速度目標值研究

馬紅偉

(1.軌道交通工程信息化國家重點實驗室(中鐵一院)，西安 710043；2.陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院)，西安 710043)

1 成渝中線高鐵概況

成渝中線高鐵位于我國西部地區人口密集、社會經濟較發達的成渝城市群，連接區域內成都、重慶兩大核心城市。線路西起成都樞紐成都站，向東順直引線，經東部新城、樂至、安岳、大足等區縣引入重慶樞紐重慶站，運營長度(成都站至重慶站)276.84 km，新建長度260.08 km。全線共分布成都、東部新城、樂至、安岳、大足、沙坪壩、重慶等7處車站，平均站間距離46.14 km，最大站間距離71.47 km(大足北—沙坪壩)，最小站間距離8.40 km(沙坪壩—重慶)。

本線主要承擔成渝雙城間城際客流，兩端通過成都、重慶兩大樞紐聯通沿江、渝長廈等客運主通道，兼顧成都平原與沿江、湘閩等地之間的區際交流；是成渝雙城間城際客運主通道和長江經濟帶綜合立體交通走廊的組成部分。

根據運量預測，本線初、近、遠期區段客流密度分別為1 424、1 730、1 990萬人/年，開行動車組對數分別為69、86、108對/d，其中成渝雙城間城際客車以8輛編組為主、區際長途客車以16輛編組為主；遠景年輸送能力為單向3 000萬人次。

成渝中線高鐵平、縱斷面示意見圖1。

2 建設更高標準鐵路必要性分析

成渝城市群地處“一帶一路”、長江經濟帶的交匯點，是國家推進新型城鎮化的重要示范區，成都、重慶是成渝雙城經濟圈核心城市，兩市文化相近，地緣相鄰；加快兩市產業、人口及各類生產要素的合理流動和高效聚集，是促進區域社會經濟發展的必由之路[1]，也是落實國家區域經濟發展戰略部署的重要措施；推動成渝地區雙城經濟圈建設，對于形成西部高質量發展的重要增長極，打造內陸開放戰略高地具有重要意義。

目前，連接兩市的高標準鐵路主要有成渝高鐵[2]，該線是成都平原東出華中華東、南下華南的客運主通道，主要承擔成都平原及沿線地區至華中華東、華南的區際旅客交流以及成內渝沿線客流，已不宜也無能力再承擔成渝雙城間日益增長的直通城際客流需求。本項目是成渝雙城間最順直、最快捷的城際客流主通道，主要承擔成渝間直通城際客流，兼顧成都平原及沿線地區東出或南下中長途客流。項目的建設對實現兩大中心城市的高效、優質連接，打造我國經濟增長第四極、建設具有國際影響力的世界級城市群具有重要意義[3]。基于本項目功能定位、建設意義和成渝兩大核心城市間直通城際客流便捷、快速、高品質的出行需求，本線應采用更高的技術標準。

另外，我國高鐵技術經過多年實踐和發展，目前已具備突破現有標準的儲備和條件，國家在《交通強國戰略綱要》和《基礎設施高質量發展意見》中明確提出了“合理統籌安排更高標準軌道交通”的發展戰略和要求。本項目線路長度、工程規模、工程難度適中，工程形式齊全，建設意義重大、必要性突出，具有踐行交通強國戰略[4]、集成實踐我國高鐵科研試驗和技術創新成果的條件和優勢；采用更高標準對落實交通強國戰略、保持我國高鐵技術的世界領先地位、引領我國乃至世界高速鐵路向更高層次發展具有重要意義。

綜上，本項目采用更高技術標準，是滿足雙城間直通城際客流快速、便捷、高品質出行的需要，是實現項目功能定位和建設意義的需要，是踐行交通強國戰略、引領我國乃至世界高速鐵路向更高層次發展的需要。

3 更高標準鐵路系統制式研究比選

考慮項目特點并結合《交通強國建設綱要》科技創新要求，本次研究了400 km/h級輪軌系統、600 km/h級磁懸浮系統以及1 000 km/h級真空管道運輸系統等3個方案。

真空管道系統：真空管道運輸系統是一種無空氣阻力、無摩擦的運輸形式。技術原理是在地面或地下修建一個密閉的管道，用真空泵抽成真空或部分真空，組織列車運行，行車阻力小、運行能耗少，同時降低噪音、減少對環境的污染。目前相關院校和科研部門正在對1 000 km/h級真空管道運輸系統進行前期研究，但僅停留在理論研究階段，關鍵技術尚有待突破[5]，還不具備進行大規模工程應用和實踐的條件，經研究后予以放棄。

輪軌系統方案：400 km/h級輪軌系統是在現有350 km/h級高鐵標準的基礎上進行技術延伸，使線路標準滿足400 km/h動車組運行要求，目前我國已開展多次超過400 km/h的運行試驗，積累了豐富的試驗經驗，同時滿足400 km/h動車組列車技術方案已通過國家評審，樣車已下線。400 km/h級速度等級是輪軌系統未來發展主要方向。采用輪軌方案，線路西起成都樞紐成都站，順直向東接入沙坪壩站并利用在建成渝高鐵配套工程引入重慶樞紐在建重慶站，線路全長276.84 km，其中新建長度260.08 km，全線運行時分55 min。

磁浮系統方案：磁浮軌道系統是一種運用“同性相斥、異性相吸”的電磁原理、依靠電磁力使車廂懸浮并行走的軌道運輸方式，有常導和超導兩種類型。常導式磁浮，運行速度較低，用感應線性電機來驅動；超導式磁浮線路速度較高，可實現400 km/h及以上，用同步線性電機來驅動，技術難度較大。目前我國滿足600 km/h的高速磁浮列車樣車已下線，正在進行試車試驗。采用高速磁浮方案，項目起終點車站位置及線路方案與400 km/h輪軌方案基本相同，線路全長270.13 km；系統采用常導長定子磁浮系統[6]，參照TB 10630—2019《磁浮鐵路技術標準(試行)》進行相關設計，全線運行時分約40 min。

結合現狀技術發展體系，主要對輪軌系統方案和磁浮系統方案進行綜合分析，兩大方案經濟技術特征及優缺點分析如表1所示。

表1 不同系統制式經濟技術特征及優缺點比較

綜合分析比選及推薦意見：比較而言，600 km/h磁浮方案雖然列車運行時分可縮短約15 min，噪聲等環境影響也相對較小，但由于空氣阻力與速度的平方成正比關系，系統能耗大幅增加；從工程造價來看，600 km/h磁浮系統是400 km/h輪軌系統的2.0～3.0倍。目前，我國已建成的上海、北京、長沙等磁浮線運營距離短，運營實踐經驗還在不斷總結，磁浮技術相關研究則主要集中在中低速范圍；總的來看，600 km/h磁浮系統還缺乏系統成熟的應用方案，本線長達270 km，采用磁浮系統風險較大。同時，由于磁浮系統與既有路網互不兼容，跨線列車無法上線運行，融合性、協調性較差，削弱了本線功能。綜合考慮，本次推薦輪軌方案。

4 速度目標值研究

4.1 客流特征及時間目標值

客流特征：本項目是成渝間城際客流最快捷主通道、沿江高鐵通道的組成部分，主要承擔成渝間及沿線城際旅客出行，兼顧部分成都平原及川東地區至華中、華東、華南的中長途區際跨線旅客出行。其中成渝及沿線間城際客流占比約70%，中長途跨線通道客流占比約30%。

時間目標值：本項目是落實國家區域經濟發展戰略和基礎設施高質量發展的支撐性、標志性項目，《成渝城市群鐵路網規劃研究(2018-2035年)》提出成渝雙核間1 h到達，《交通強國建設綱要》也明確“都市區1 h通勤”的發展目標。本項目以顯著提升成渝雙城間城際客流運輸服務能力和水平為核心[7]，因此成都至重慶時間目標值宜為1 h。

4.2 我國高鐵技術現狀、積累及未來發展分析

我國已建成世界上路網覆蓋面積最大的高速鐵路網，擁有350 km/h高速鐵路設計和驗收標準。在京滬高鐵、京津城際等積累了350 km/h運營經驗，在京滬、京廣等60余條350 km/h高速鐵路線路上組織開展了聯調聯試，積累了大量測試數據；在京滬、鄭徐高鐵上開展了累計行車里程2.7萬km的400 km/h綜合試驗，積累了豐富的高鐵科研試驗經驗。

近年來，鐵科院完成了更高速度鐵路關鍵技術標準研究、新一代高鐵技術及標準研究、400 km/h高鐵關鍵技術研究等重大科研項目，分析了我國高速鐵路線路、隧道、接觸網、動車組等設施設備在不同速度等級下的安全性、舒適性指標的統計特征和概率分布，獲得了高速鐵路關鍵技術參數在不同速度條件下的變化規律[8]。2019年8月，時速400 km的動車組設計方案通過國家評審，目前中車集團青島四方、長客滿足400 km/h速度等級的復興號動車組列車樣車已下線，正在進行相關檢測試驗。

截止目前，我國高鐵室外最高試驗速度達到了486 km/h，國外輪軌系統室外最高試驗速度達到了574 km/h。有關研究試驗表明，輪軌系統能耗、噪聲與速度的平方成正比關系，是影響高鐵速度進一步提高的主要控制因素。列車速度達到400 km/h以上后噪聲及能耗將明顯增加，振動問題也逐步凸顯，需對動車組性能和輪軌關系、弓網關系予以改進[9]；目前中國中車下線的動車組設計參數已滿足現行規范環境指標要求，結合基礎設施創新技術，上述問題已得到解決。速度達到450 km/h后需要進一步研究新的應對方案，由于空氣阻力是能耗增加的主要因素[10]，要大幅改善存在較大的技術難度。速度達到500 km/h及以上時，要完全合理解決將十分困難，從技術經濟的角度看，航空運輸、磁浮等交通運輸方式優勢將逐步顯現。

4.3 速度目標值方案構成及對比分析

4.3.1 速度目標值方案構成及說明

根據項目功能定位和時間目標值，結合我國高鐵技術工程實踐和技術積累，主要研究了350 km/h、350 km/h預留400 km/h、400 km/h、450 km/h四個速度目標值方案。考慮國內450 km/h高鐵技術缺乏全面系統的研究和試驗，且行車速度達到450 km/h時噪聲控制、能耗等問題突出[11]，目前還沒有形成完整、成熟的意見和解決方案，因此經研究后予以放棄，重點對350 km/h、350 km/h預留400 km/h、400 km/h三個方案進行分析比選。

3個方案線路走向、樞紐引入、車站布設基本一致，僅由于350 km/h方案最小曲線半徑采用一般7 000 m、困難5 500 m[12]，350 km/h預留400 km/h方案和400 km/h方案最小曲線半徑采用一般9 000 m、困難7 500 m，引起局部線位和工程略有差別。不同方案的主要差別在于站前站后設施設備的設計標準、原則。各方案主要技術參數和設備配設原則如表2所示。

表2 不同設計速度主要設施設備設計參數、技術方案比較

(1)400 km/h方案與350 km/h方案的差異

站前工程：400 km/h方案提高了軌道不平順質量指數(TQI)，32 m簡支箱梁適當增加梁高及截面積、改善梁端轉角和殘余上拱，站場需對正線道岔進行研制并取得上道許可。路基、隧道等結構主要設計原則和所采用的參數基本與350 km/h方案一致。

牽引供電系統：400 km/h方案需增大變壓器容量和牽引網載流能力；為實現良好的弓網關系，經計算和仿真實驗，接觸網增設加強線，確定正線接觸線截面120 mm2、額定張力31.5 kN，承力索截面120 mm2、額定張力27 kN。350 km/h方案正線接觸線截面150 mm2、額定張力30 kN，承力索額定張力21 kN[13]。

列控系統、調度指揮系統：400 km/h方案在350 km/h方案基礎上，主要增加智能調度系統和ATO智能列控系統。

通信、信息、災害監測、噪聲防護及其他：現有技術方案、設備性能基本能滿足400 km/h標準要求，400 km/h方案和350 km/h方案無明顯差別。

(2)350 km/h預留400 km/h方案與其他兩個方案的差異

350 km/h預留400 km/h方案基礎設施按照400 km/h標準建設，初期按350 km/h開通運行。考慮站后設備升級改造難度相對較小，為節約投資，固定設備與移動裝備的協調匹配，列控系統、運輸指揮調度系統、變壓器容量等按350 km/h標準進行配套設計。

4.3.2 不同速度目標值方案經濟技術特征比較

(1)在線路長度及工程設置上分析

進入成都樞紐和重慶樞紐段，受城市建筑影響，線路受控因素多，工程艱巨，結合列車加減速地段，采用合理曲線半徑布線，350 km/h方案與400 km/h方案布線一致。

在成都、重慶樞紐外，樂至、安岳及大足等城區，受控因素少，350 km/h方案與400 km/h方案布線基本一致，差異較小。

本線在線路長度上，350 km/h方案與400 km/h方案長度一致，工程設置類型一致[14]。

(2)在主要設備設計參數及工程投資上分析

站前工程差異，線間距、路基工后沉降、隧道凈空面積等3個基礎參數，350 km/h標準與400 km/h標準無差別，故路基、隧道工程數量和工程投資差異很小[15]；站前工程僅橋涵與軌道在設計參數上有所加強，400 km/h比350 km/h橋涵與軌道每千米投資增加約10%。

站后工程差異，僅列控系統與供電系統需要加強，其他站后工程設備差異較小。400 km/h方案比350 km/h方案橋涵與軌道每千米投資增加30%左右。

不同速度目標值方案工程規模、投資、運行時間、投資差及節時效果、經濟性分析[16]如表3所示。

表3 不同速度目標值方案經濟技術特征比較

由表3可知，不同速度目標值方案均能滿足時間目標值要求，工程投資相差不大[17]；400 km/h速度目標值方案較350 km/h方案運行時分節省5 min，工程投資增加16.98億元，占總投資的4.46%，財務指標優于350 km/h、350 km/h預留400 km/h方案。

4.3.3 速度目標值方案綜合比選及推薦意見

3個方案均滿足雙城間時間目標值要求，400 km/h速度目標值方案運輸服務水平更高，增加投資有限，經濟指標略優[18]。本項目是打造中國經濟第四增長級、建設具有國際影響力的世界級城市群的標志性項目，在探索城市群交通基礎設施高質量發展方面具有先行示范作用[19]。目前我國400 km/h關鍵技術已趨于成熟，本項目工程規模、工程難度適中，沿線無重大地質構造、不良地質等自然災害，有突破我國現有高鐵建設標準、引領世界鐵路技術發展方向的條件和優勢。

綜合考慮，成渝中線高速鐵路速度目標值推薦采用400 km/h的建設標準。

5 結語

為促進成渝經濟圈成都、重慶兩大核心城市的一體化發展，滿足雙城間日益增長的直通城際客流便捷、快速、高品質出行需求，同時為踐行交通強國戰略、引領軌道交通的發展，結合現有通道路網構成，成渝中線高鐵應采用更高技術標準[20]。

為實現更高技術標準的運輸需求，對不同系統制式的400 km/h輪軌系統、600 km/h級磁懸浮系統以及1 000 km/h級真空管道運輸系統進行分析，采用技術相對成熟、與路網融合性強的輪軌系統。

在分析客流特征及時間目標值的基礎上，充分結合我國高鐵技術現狀、積累及未來發展趨勢，對350 km/h、350 km/h預留400 km/h、400 km/h不同速度目標值方案進行綜合分析，推薦采用運輸質量高、經濟性好的400 km/h方案。研究結論不僅滿足運輸需求，且符合我國輪軌技術的發展方向，為項目建設標準提供決策依據，同時為更高標準不同制式軌道交通選擇借鑒參考。