穿越中心城區市域快速軌道交通技術標準研究
——以成都市軌道交通13號線為例

呂昌明

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

引言

市域快速軌道交通通常服務于外圍郊區與中心城區的聯系，各國家或城市的軌道交通快線布局形態有所不同，但總體上分為3種基本形態：即終止在中心城市邊緣、深入中心城區及穿越中心城區[1]。其中，穿越中心城區線路兩端連接市郊外圍組團，在中心城區段線路承擔中心城區的城市軌道交通功能，規劃和建設穿越中心城區市域快線的城市如巴黎RER、倫敦CROSSRAIL、柏林S-Bahn等[2]，該布局使得快線與城區地鐵線路形成較多換乘節點，外圍郊區客流可直達市中心，降低換乘壓力[3]，同時，兩側組團之間的客流直達性也高。隨著我國城市化進程的加快，北京、上海、天津等越來越多的城市開始積極籌建市域軌道交通快線，因此，也出現了較多穿越中心城區的市域快線[4-5]。由于該類型的線路客流構成和運營組織復雜，在前期規劃研究過程中需綜合考慮各種因素，技術標準的制定不同于城區普線和其他兩種形態的市域線路。因此，以成都軌道交通13號線為例，重點探討穿越中心城區的軌道交通快線，如何實現城區骨干線與市域線貫通后技術標準的確定和統一。

1 成都軌道交通13號線概況及功能定位

成都軌道交通13號線是成都市“中心穿越、全局覆蓋、遠景預留、互聯互通”市域快線網的重要組成部分，全線長約98.5 km，設站35座，平均運距12.54 km，外圍組團至中心城區的旅行距離較長[6]。該線起于城鐵溫江站，貫穿中心城區后銜接龍泉驛區、簡陽新城、空港新城，終止于天府國際機場，形成一條東西向的快速通道，同時兼顧機場線功能，與18號線在中心城區十字交叉，基本能夠滿足中心城區各方向的機場客流出行需求，見圖1。

圖1 成都市軌道交通13號線及沿線組團分布

13號線一期工程線路位于中心城區段(七里溝—龍華寺)，線路長度約28.6 km，二期工程分兩段，西段(城鐵溫江—七里溝)長度約13.9 km，東段(龍華寺—天府國際機場)長度約56 km。

2 前期研究特點及客流特征

結合成都市軌道交通13號線的功能定位和沿線區域特征，其前期研究特點如下。

(1)市域快線穿城而過，全線線路超長，一期線路占比小，不同于城區普線的特點導致系統研究內容多，研究過程復雜，技術要求高。13號線作為一條穿越城區的市域軌道交通快線，全線線路長約98.5 km，位于中心城區的一期工程線路長度僅28.2 km，不足全線的1/3，占比較小，而先建的一期工程為匹配全線的功能定位和運營組織模式，需預留合理土建接口條件和系統設備銜接條件，因而要結合全線情況系統研究。另外，市域線的客流性質不同于一般城區軌道交通工程，城區和郊區段線路站間距存在差異等因素造成前期階段需要全線系統研究的內容較多，技術標準在選擇上既要考慮全線作為市域快線的運營需求，也要充分考慮一期工程穿越中心城區作為城區骨干線的運營實際，統籌近期與遠期關系，論證過程復雜[7-9]。例如，結合軌道交通出行時間目標要求和超長線路線站位布置特點，速度目標值研究是開展前期工作研究的基礎；作為銜接機場具備機場線功能的市域線路，考慮快速直達，是否需要考慮部分車站越行、如何合理組織運行交路；地下線路高速運行下，如何合理確定隧道斷面尺寸和壓力波防治工程措施等相關內容需逐一研究，且部分內容的研究結論又是下一內容研究的輸入條件，為此在可研階段共完成21項技術性專題，作為前期研究成果的重要支撐。

(2)成都13號線客流性質和客流構成復雜，中心城區內部客流量高、客流總量大，客流主要流向具有較強的向心性。13號線中心城區段線路占全長的28.83%。根據遠期大區OD(起訖點)客流預測結果，中心城區內部客流最高，占全日客流總量的58.87%；龍泉片區內部客流占比1.15%，與中心城區客流交換占比12.98%；同屬于線路東段的龍泉驛區和簡陽新城客流總量占全線客流的27.13%，而長度占比50%；西段溫江區與中心區的客流交換與其內部客流占比為15.72%。客流主要以中心城區的內部交流以及中心城區與外圍組團的跨組團交流為主，主要流向具有較強的向心性，因此，提升中心城區內部交流以及中心城區與外部交流的效率是解決客流需求的關鍵[10]。

同時13號線客流構成較復雜，主要有：居住于外圍組團區域而工作在中心城區的日常上下班通勤客流；居住于中心城區而工作在外圍組團區域的日常上下班通勤客流；主城區內日常上下班客流；沿線旅游、購物、消費、娛樂性客流以及對外交通樞紐客流，客源對象不同，交通特征存在一定的差異。不同客流性質和乘客旅行時間存在差異，對舒適度要求不一致。

3 技術標準研究

3.1 針對兼顧城區、市域與機場的復合功能，分段制定速度目標值

13號線為市域快線，全長近100 km，從拉近外圍組團與中心城區時空距離的時效性要求考慮，必須注重便捷、快速通行，縮短乘客在途時間，同時線路兼具機場線功能，整體對時間目標的要求較高。由于中心城區與外圍區域線路功能定位、站間距、線路條件等因素存在較大差異，前期研究過程中分段提出速度目標值。全線平均站間距2.79 km，一期工程位于城區段，最小曲線半徑按600 m控制，平均站間距1.48 km，宜采用較小的速度目標值；二期工程市域范圍內外圍組團間距離較大，除局部地段半徑較小外，其他地段最小曲線半徑均可按照1 200 m控制，平均站間距為4.35 km，宜采用較高的速度目標值[10]。

針對一、二期工程，分別比選分析了采用100，120，140 km/h速度目標值方案。一期工程采用140 km/h速度目標值，較120，100 km/h速度目標值節時0.4，0.8 min，旅行時間占比1.1%，4.7%，節時優勢不明顯，反而對線路條件的高要求造成工程拆遷量巨大、轉彎處下穿建(構)筑物數量增加、影響范圍擴大、工程風險不可控，綜合分析速度目標值采用100 km/h。二期工程采用140 km/h速度目標值，較100 km/h節時17%，效果相對明顯，考慮主要服務于城區與市域的交流客流、機場客流，為提高服務水平與運營效率，推薦采用140 km/h的速度目標值。若全線各區段均采用140 km/h速度目標值，引起中心城區段達速比較差，與站間距不匹配，因此，推薦速度目標值為140 km/h，城區內按照100 km/h限速運行。

3.2 不同區域列車采用不同站立標準及不同座椅分布形式，以此分析車輛編組方案，核算運輸能力

在確定全線采用140 km/h速度目標值，城區范圍內按100 km/h限速條件下，首先從客流量級、速度目標值適應性、工程投資、資源共享、站間距適應性、服務頻率方面，提出13號線采用常規軌道交通制式，不考慮CRH型動車組。進一步結合預測客流結果和資源共享適應性(近、遠期13號線龍簡新城綜合基地承擔13、24號線大架修，初期臨時架修與18、19號線共用合江車輛基地)，推薦13號線選用與18、19、24號線相同的A型車。

全線運營里程接近98 km，外圍組團至中心城區距離約70 km，旅行時間分別接近92，60 min，較長的運距和較長的旅行時間宜適當降低車輛定員并提高舒適度。經分析，在城區范圍內按照5人/m2的站立標準，而在市域范圍內采用4人/m2計算列車定員，既滿足中心城區大客流的運能需求，又可以滿足外圍組團長距離出行客流乘車舒適性要求。A型車可通過減少車門提高列車座位數量與舒適度，經研究13號線采用4車門進行設計與實施，與互聯互通、資源共享的18號線選用相同車型和車門標準。在此基礎上，分析了座椅布置形式，由于市域范圍內運距長、舒適度要求高、客流量少而小、擁擠度不高，提出采用橫排座椅形式；中心城區范圍內橫排座椅形式很難實現5人/m2的站立標準，同時影響客流高峰期乘客上下車、列車停站時間及系統能力，因此，開行中心城區的交路列車采用縱排座椅布置形式。結合高峰小時單向最大客流斷面，站立標準結論為，能夠滿足遠期采用6、7、8輛編組時的客流需要[11-12]。

根據上述分析，通過對列車編組方案多方比選和論證，在滿足一定服務水平條件下，初、近、遠期采用8-4/8-4/8編組方案，即初期中心城區采用8輛編組，市域段宜采用4輛編組列車，結合列車交路、客流適應性，近、遠期采用4輛、8輛編組混跑或分段運營。

3.3 基于都市圈融合發展理念和多網融合實際需求，采用跨線運營的運輸組織模式，多角度分析與其他線路互聯互通

《交通強國建設綱要》、發改規劃[2019]328號文《關于培育發展現代化都市圈的指導意見》等重要政策性文件明確指出：都市圈軌道交通的發展方向，尤其是市域軌道交通要增強連通性融合發展，即互聯互通的迫切需求[13-15]。成都軌道交通13號線穿越中心城區、連接外圍的資陽、崇州等城鎮，有力支撐成都作為國家中心城市現代化都市圈的建設，帶動周邊城市群和成都都市圈發展，因此，研究13號線與周邊銜接線路互聯互通是非常必要的，同時也有利于提高系統服務運能，實現資源共享，有效縮短旅行時間，實現都市圈同城化。

13號線作為城市軌道線網中的穿心快線，與快線網中其他快線換乘客流55.4萬人次/d，外圍組團與中心城區直通需求較大，因此，應重點考慮13號線與外圍線路跨線運營。結合客流需求及工程實施條件，前期研究考慮了13號線與S2、23、S3號線互聯互通跨線運營方案，分別在龍簡新城南站、明光站、呂家咀站實現互聯互通，并在天府機場北站設置與18號聯絡線，部分互聯互通典型配線布置型式見圖2、圖3。根據各車站預留的配線型式、擬定的線路技術標準，綜合分析了當S2、S3線及23號線陸續開通后，可根據不同組團間客流交流需求，靈活組織跨線運營交路[16]。

圖2 龍簡新城南站配線方案示意

圖3 呂家咀站配線方案示意

在研究互聯互通方案過程中，同步分析并考慮了對系統的影響和應對措施。采用互聯互通技術的各條線路，限界設計原則與標準、車型、車輛基地運營維保需求、站臺門間距和限界等條件應協調一致。弱電系統應統一或兼容運行模式、軌旁設備布置原則及人機界面。供電系統應保證貫通后線路的供電能力，接觸網需在接軌站附近設置電分相等。在滿足互聯互通及跨線運營需求條件下，需各專業做好前期規劃和統籌。

3.4 考慮長距離客流出行需求，采用快慢車的運輸組織模式，契合市域快線與機場線雙重功能

13號線中心城區線路較長，設站21座，平均站間距離僅1.39 km，如僅采用站站停的平圖模式運行，中心城區的旅行時間較長。為保證機場線的服務功能，在市域段采用越行模式可更好地提升本線的服務質量。此外，考慮到網絡化運營后跨線列車的通過，為提高全網運行效率，可在城區外選擇客流規模較小且實施難度低的車站設置越行線，提高跨線列車運行速度，降低通行時間[17-18]。從長距離客流出行需求分析，13號線外圍組團線路長度占比70%，外圍組團其他區域與中心城區客流交換總占比為34.12%，其他客流大區之間的客流交換占3.98%。鑒于各組團的客流需求特性及各組團間客流流動規律，運輸組織模式應考慮盡量加強龍泉驛組團、溫江組團與中心城區間的聯系，盡量縮短長距離出行客流的旅行時間。因此，需開行大站快車來滿足長距離快速出行的客流需求。

越行站方案考慮盡量將組團中心、重要客流集散點以及重要換乘站確定為快車停靠站，結合客流量和工程實施條件，選擇適當站點設置越行線，推薦高架站越行配線采用雙島正線內側(圖4)，地下站越行配線采用雙島正線外側(圖5)。

圖4 雙島正線內側方案

圖5 雙島正線外側方案

越行站設置在無配線車站及客運量級較小的車站。通過運行圖鋪畫研究，中心城區可將瑞星路站、幸福梅林站設置為越行站。但由于中心城區采用地下敷設方式，車站規模大、線路條件差、實施風險高及征地拆遷量巨大。經計算，每增設一處雙島正線外側越行站需增加投資5.3億元，工程投資增加巨大，同時越行將降低城區范圍的服務水平，因此，不推薦在城區設置越行線。外圍組團采用高架敷設，線路條件較好、道路寬度較寬，設置越行線的條件較好，結合工程條件，葫蘆壩站設置為越行站。同時，龍泉山站作為近、遠期的小交路折返車站，設置了雙向折返配線，具備線路貫通運營及快慢車越行的功能。

除設置越行站外，列車在線路能力允許的條件下越行一般中間車站。通過線路能力理論計算及配線設置停靠站方案如圖6所示。快車在設置配線的越行站及中間旅客乘降量較小的車站(如龍洞灣、石盤、城鐵簡州、葫蘆壩、毛家口等)可不停站直接通過，遠期停靠30站。站站停慢車：明光—龍泉山交路遠期停站為27站，龍泉山站—T3、T4站停站為12站，七里溝—龍泉山站遠期停站為25站。

圖6 成都市軌道交通13號線列車停靠站示意

本線遠期東段高峰小時運行對數為18對/h，輸送能力能夠滿足高峰小時開行6對越行列車的能力要求，慢車最多被越行1次，對旅行速度影響小，越行站設置合理。組織快慢車越行后，全線快車近期可節省8 min，全線節時約9%，遠期可節省6 min，全線節時約6.7%，可有效提高旅行速度，縮短旅行時間，提升全線服務水平。

3.5 通過研究隧道壓力波舒適標準及壓力波減緩工程措施，確定壓力波防治方案

為保證13號線在最高運行速度140 km/h條件下的行車安全和乘客舒適度，借鑒目前高速列車隧道空氣動力學的研究方法，在前期研究中對隧道截面積、列車氣密性、減緩隧道壓力波措施等滿足隧道空氣動力學效應的參數和方案進行了分析確定。

結合GB 50157—2013《地鐵設計規范》、鐵建設[2007]88號《鐵路隧道設計施工有關標準補充規定》等規范對壓力波控制標準的規定，建議13號線壓力波舒適度標準按“當隧道內空氣總的壓力變化值超過700 Pa時，車輛每1 s內的空氣壓力變化應小于415 Pa”和“每3 s內的空氣壓力變化應小于800 Pa”的標準進行設計。

提高列車密封性能、增加隧道凈空面積是降低車內壓力波變化率最有效的措施。經分析，當列車在隧道內不停車、連續運行時，非密封車輛無法滿足所采用的隧道壓力波舒適性評價標準[19]。同時，在100，120，140 km/h不同設計運行速度下，不斷增大盾構區間隧道斷面，依然存在無法滿足壓力波舒適度標準的情況，而列車密封性指數相比于隧道內徑變化對隧道壓力波的影響更為敏感。因此，建議優先采用通過提高車輛密封性的方式改善隧道壓力波對乘客舒適性的影響，同步結合生產工藝水平、車輛采購成本等實際情況，確定車輛采用密封車，司機室永久動態氣密性指數≥6 s，客室≥3 s。根據理論及數值模擬分析結果，不同設計速度應滿足隧道凈空面積、盾構隧道建筑限界內徑及列車密封性指數要求，見表1，并按此確定不同運營交路下的壓力波防治方案，即確定不同運營交路區段盾構隧道斷面尺寸、列車氣密性要求等。

表1 不同設計時速隧道及列車主要參數

另外，由于二期工程存在地下-高架轉換的洞口，建議洞口設置為合理的切削式洞門緩沖結構，列車盡量采用流線形車頭等，以減緩壓力波。

3.6 根據分區段的速度目標要求，論證中心城內采用DC1500V、外圍采用AC25kV接觸網供電制式優劣，進一步確定盾構隧道斷面標準尺寸

13號線遠期與18號線互聯互通后，采用相互兼容的供電技術標準：車輛采用A型車，牽引供電采用單相工頻(50 Hz)、25 kV交流制架空接觸網受流，110/25 kV兩級電壓供電，動力照明采用110/35 kV兩級電壓集中供電。鑒于13號線在中心城內平均站間距1.4 km左右，最高行車速度100 km/h，因此，有必要研究采用雙制式供電的可能性，即在中心城內采用DC1500V接觸網供電，外圍采用AC25kV接觸網供電制式。

采用AC25kV供電制式，全線制式統一，利于市域線路之間的互聯互通，供電系統的投資較為節省，變電設施較少利于運營維護[20]。若采用雙制式供電方式，車輛需采用市域雙流車，目前，國內并無市域雙流車的運行經驗，且直流區段變電設施較多，供電系統的投資較大，不利于市域線路之間的互聯互通。因此，推薦13號線全線采用AC25kV單制式供電方式。

另外，通過研究進一步確定在AC25kV供電方式下的限界參數、隧道斷面標準和尺寸。當設計最高運行速度為140 km/h，采用交流制式供電，接觸網柔性懸掛，τ>3.0 s的密閉車，盾構管片最小內徑為7 300 mm，綜合考慮限界余量、施工誤差、乘車舒適性等因素，采用盾構隧道管片內徑7 500 mm，外徑8 300 mm，厚400 mm。實際一期工程設計最高速度為100 km/h，建筑限界≥7 050 mm可滿足相關需求，即隧道內徑≥7 300 mm，但為保持與全線盾構斷面統一，一期工程隧道內徑取值7 500 mm，并按此開展設計。

4 相關建議

綜上所述，結合成都市軌道交通13號線的功能定位和客流特征，對穿越城區的市域軌道交通快線前期研究過程中全線技術標準制定思路進行了梳理和總結，后續線路在參照規劃建設過程可借鑒，同時應注意以下相關問題。

(1)市域快線不同于城區普速線路，在規劃設計時需把握全局，合理論證和決策設計標準。

市域快線的設計標準及前期研究思路與城區普線存在較大差別，市域快線可有效聯系城市中心城區與外圍新城、衛星城，拉近城市的時空距離。在規劃設計階段，首先需明確市域線在軌道交通線網規劃和綜合交通規劃中的功能定位，立足一期工程，放眼全局，制定市域快線綜合解決方案；然后，根據確定的研究思路和解決方案，進行專項研究，各項研究成果和輸入條件互為嵌套，整個過程以需求為主導，邏輯性強，需要合理的論證和決策。

(2)針對復雜的客流構成，開行交路與車輛型式應實現標準化與差異化的有機統一。

13號線從功能定位、速度目標值、客流需求、站間距適應性等方面，對國鐵CRH動車組和市域軌道交通車輛進行了比選，推薦采用市域A型車系統。

由于13號線在中心城區與常規線路類似，市域段類比于市域線或機場線，客流分布及規模差異明顯，客流構成與需求不盡相同。為滿足不同客流需求，研究制定了差異化交路與編組，中心城區交路為提高輸送能力采用8輛編組，市域段交路為提高服務頻率采用4輛編組，全線交路采用8輛編組具備組織跨線及越行列車開行條件。為保證中心城區運能及城區停站時間，結合東端市域交路范圍內客流量級小、出行時間長且服務水平要求高的特點，列車座椅按車門數量較多且舒適度較高的橫縱排結合型式進行布置。建議類似市域線，針對不同的客流構成，針對性研究車輛選型與編組，并提出與車輛型式匹配的開行交路，實現標準化與差異化的有機統一。

(3)互聯互通的市域線應在線網層面統一標準、制式或設備選型，預留互聯互通條件及接口，同時建議盡快開展快線網互聯互通標準體系設計。

目前，與13號線互聯互通的S2號線和S3號線線路建設標準、建設時序、客流預測等尚不能獲取相對準確數據，因此，無法明確互聯互通運營模式、運行交路、運輸能力、能力檢算及運行圖計劃調整能力等相關更深入的方案，僅在物理交路示意、土建適應性、系統可行性方面研究互聯互通。根據互聯互通的目標，建議在線網層面統一互聯互通的標準、制式或設備選型設計，預留互聯互通條件及接口，并制定相應的運營管理制度，從頂層規范互聯互通標準，以此指導各線路的互聯互通建設。目前，成都13號線建設在即，建議以13號線為基礎，開展快線網互聯互通標準體系設計。

5 結語

成都市軌道交通13號線作為西起溫江，東至天府國際機場的超長線路，既緩解了主城區交通壓力，也帶動和引導了沿線組團開發建設，是一條具有復合功能的市域快線。而一期工程處于全線中部，整體位于中心城區，在技術標準的選擇上既要考慮全線作為市域快線的運營需求，也要充分考慮一期工程穿越中心城區作為城區骨干線的運營實際，統籌近期與遠期的關系。

經過對技術標準的分析研究，成都13號線可作為我國中西部地區首條集25 kV交流供電制式，最高速度140 km/h，A型車4輛、8輛編組，全自動運行方式，實現快線網互聯互通及跨線運營于一身的市域快線，系統綜合程度極其復雜。前期研究過程中，在明確全線功能定位、客流特征的前提下，提出分段制定速度目標值、組織開行快慢車、與快線網進行互聯互通等典型理念，并對雙流制式及隧道內徑、高速地鐵地下空間空氣動力學效應及隧道通風系統、網絡條件下的開行方案等進行了專項研究。同時建議穿越城區的市域軌道交通快線針對復雜的客流構成，開行交路與車輛型式應實現標準化與差異化的有機統一；互聯互通的條件和接口應在線網層面做好統籌規劃。尤其在規劃穿心快線時需要把握全局，合理論證和決策工程設計標準，若按照市域段線路條件確定標準，勢必造成主城區段標準過高投資浪費。通過前期研究解決了很多矛盾問題，但仍存在一些問題沒有完全解決或者解決的不理想，例如一期工程是否可采用非密閉車、4-8混跑的列車能否結合車輛、站臺門構造和疏散救援要求實現靈活編組等，還有待進一步研究明確。