市域（郊）鐵路交通制式選擇研究

摘要：市域（郊）鐵路是連接城市中心城區(qū)和周邊城鎮(zhèn)組團，為通勤客流提供快速、大運量、公交化運輸服務的軌道交通系統(tǒng)，它在推進新型城鎮(zhèn)化發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，是未來較長時間內(nèi)城市軌道交通的主要發(fā)展方向。交通制式選擇是市域（郊）鐵路規(guī)劃設計面臨的首要問題。本文以長沙市市域鐵路為例，以各種交通制式特點和發(fā)展現(xiàn)狀為出發(fā)點，圍繞技術經(jīng)濟、乘坐舒適性、后期運營成本、資源共享和互聯(lián)互通等方面，對市域（郊）鐵路交通制式選擇進行研究，可為同類型市域鐵路制式選擇做參考，提供重要借鑒。

關鍵詞：鐵路；交通制式；輪軌；中低速磁浮

目前，城市軌道交通主要包括：地鐵、輕軌、單軌、有軌電車、市域快速軌道、中低速磁浮、自動導向軌道系統(tǒng)七種制式。如何選擇科學、合理的交通制式是市域（郊）鐵路前期規(guī)劃和設計階段面臨的重要問題。本文以長沙市市域鐵路項目為例，對市域（郊）鐵路交通制式選擇的技術路線和方法進行研究。

一、項目背景

2022年2月24日，國家發(fā)展改革委發(fā)布《國家發(fā)展改革委關于同意長株潭都市圈發(fā)展規(guī)劃的復函》，正式批復《長株潭都市圈發(fā)展規(guī)劃》。湖南省發(fā)展改革委于2021年啟動編制《長株潭都市圈多層次軌道交通網(wǎng)絡規(guī)劃》，規(guī)劃在長沙市都市區(qū)形成南翼串聯(lián)、一橫兩縱快線網(wǎng)，其中“一橫”是指寧鄉(xiāng)—長沙—瀏陽東西向快速市域鐵路。本項目是“一橫”中的西段線路，連接長沙市與寧鄉(xiāng)市組團式發(fā)展，屬于典型的市域鐵路。

二、客流指標及時間目標

隨著長株潭都市圈一體化進程的推進，鐵路客運量逐年增加，預計2028年全日客運量達到9.6萬人次，高峰小時最大斷面客流量達到0.45萬人次/小時；2035年，全日客運量增長至20.6萬人次，平均增長率為11.6%，高峰小時最大斷面客流量為0.95萬人次/小時；2050年，隨著沿線用地的開發(fā)成熟，人口崗位聚集放緩，客流增長速率放緩，遠期全日客運量為27.9萬人次/日，平均增長率2.03%，高峰小時最大斷面客流量為1.28萬人次/小時。

根據(jù)對既有公路、地鐵、鐵路旅行時間的研究分析，確定寧鄉(xiāng)市中心—線路終點（長沙端）的時間目標為30min。

三、速度目標值

根據(jù)項目功能定位及時間目標值要求，結合項目線路條件，重點對120km/h、140km/h、160km/h三個速度目標值方案進行研究、比選。

（一）時間目標適應性

通過牽引計算仿真模擬，不同速度目標值列車牽引計算結果見表1。

由表1可知，120km/h及以上速度目標值可以滿足本線時間目標要求，且較高的速度方案節(jié)約時間效果不明顯。

（二）站間距適應性

站間距是列車運行速度目標值選擇的重要因素。站間距與速度目標值相匹配，可以提高列車旅行速度，提高車輛的使用效率，滿足列車經(jīng)濟運行的需求。本線平均站間距為3.0km，不同速度目標值在該站間距下列車運行性能比較如圖1所示。

由圖1可知，120km/h、140km/h、160km/h三種不同速度列車以目標速度運行的距離分別占區(qū)間總長的46%、26%、0%。就效率而言，120km/h速度目標值運行效率最高，其次為140km/h方案，而160km/h

方案較低。

根據(jù)車輛加減速性能模擬計算，能充分發(fā)揮120km/h、140km/h、160km/h速度等級列車的站間距應在2.5～3.3km、4.0～5.5km、6.0～.8km。本線平均站間距為3.0km，最小站間距為1.4km，最大站間距為6.1km。全線區(qū)間長度統(tǒng)計見表2。

由表2可知，大于6.0km的區(qū)間有1個，累計長度占線路總長度16.5%；站間距大于4km的區(qū)間有4個，區(qū)間累計長度占線路總長度的53.0%；站間距大于2.5km的區(qū)間有7個，區(qū)間累計長度占線路總長度的75.3%。由此可見，本線站間距可適應120～140km/h速度目標值。

（三）運行效率分析

根據(jù)120km/h、140km/h、160km/h三種速度目標值的模擬牽引計算結果，分別對達到最高速度并保持恒速運行的區(qū)間總長進行統(tǒng)計：從全線達速情況看，全線范圍內(nèi)120km/h方案以目標速度運行的距離最長，占運營總長度的36.5%，運行效率最高，其次為140km/h方案， 而160km/h方案占比較低。

（四）推薦速度目標值

通過分析，140km/h速度目標值方案能夠滿足本線時間目標值要求，符合本線功能定位要求，基本適應性本線站間距，發(fā)揮車輛的高速性能，本次研究暫時推薦采用140km/h速度目標值。

四、交通制式比選

本線推薦速度目標值為140km/h，可以選擇市域快速軌道（輪軌）和中低速磁浮兩種制式。針對這兩種制式，從技術經(jīng)濟、乘坐舒適性、運營維護成本、對環(huán)境的影響、資源共享和互聯(lián)互通五個方面進行分析比選。

（一）技術經(jīng)濟比較

1.線站位方案

由于本線平面條件較好，磁浮制式和輪軌制式平面基本一致，線路全長約38.2km，設站13座。縱斷面方面：磁浮制式采用6座地下站、7座高架站敷設方案，地下線占比34.7%。輪軌制式受爬坡能力限制，線路自東向西出長沙市區(qū)后，無法快速由地下站過渡到地面站，地下線長度較磁浮制式增加1.2km，地下站增加1座。

2.隧道斷面

磁浮制式隧道斷面參照正在建設長沙磁浮東延（100km/h時速）斷面。在不同的行車速度下確定隧道斷面規(guī)格見表3。

3.橋梁斷面

磁浮制式：國內(nèi)外已建或在建的中低速磁浮項目主要有并置單線箱梁、“梁上梁”雙線箱梁、并置單線U梁三種梁型方案。綜合考慮經(jīng)濟性、環(huán)保、施工便捷性、養(yǎng)護維護及景觀效果等，本線高架區(qū)間軌道梁采用并置單線U梁方案。

輪軌制式：采用雙線單箱單室箱梁，梁寬11m，單價7500萬元/千米。

4.軌道

磁浮軌道主要以中低速磁浮軌排（包括感應板、

F型鋼、H型鋼軌枕及相應連接件和緊固件）為單元整體鋪裝而成；磁浮系統(tǒng)正線軌道單價2200萬元/雙線千米，較輪軌系統(tǒng)高。

輪軌主要由鋼軌、扣件、長軌枕、道床等部分組成。輪軌系統(tǒng)正線軌道單價為1800萬元/雙線千米。

5.道岔

磁浮采用關節(jié)型道岔梁，每組單開道岔價格約500萬元/組。輪軌采用鋼軌道岔，城市軌道交通常用道岔價格約45萬元/組。

6.車輛購置費

磁浮制式采用5編組，初期配屬車85輛，車輛購置費約11.05億元；輪軌制式采用市域B型車、4輛編組，初期配屬車80輛，車輛購置費約7.2億元，較磁浮制式節(jié)省約3.85億元。

7.主要技術經(jīng)濟指標對照

經(jīng)匡算，本項目磁浮制式投資總額約為168.88億元，技術經(jīng)濟指標為4.42億元/正線千米；輪軌制式投資為168.89億元，技術經(jīng)濟指標為4.42億元/正線千米，磁浮制式投資略小于輪軌制式。

（二）乘坐舒適性

在線路條件、座席數(shù)量及站席定員標準相同的條件下，運行時的振動是影響乘坐舒適性的重要因素。

中低速磁浮系統(tǒng)車輛處于懸浮狀態(tài)，與軌道無直接接觸，振動小，乘坐舒適、運行平穩(wěn)；輪軌制式車輛與軌道直接接觸，運行相對平穩(wěn)，舒適性略低于磁浮制式。

（三）運營維護成本

輪軌制式列車運行時，車輛與軌道摩擦產(chǎn)生磨損，維修費用較大。

中低速磁浮系統(tǒng)沒有車輪，而是依靠磁力使車體浮起，并由直線電機驅動列車行駛，走行裝置與軌道沒有接觸，車輛運行阻力小。此外，沒有接觸和磨損部分，因此軌道和車輛的維護費用低。

綜上比較，在運營及維護成本上，中低速磁浮系統(tǒng)最低。

（四）項目對環(huán)境的影響

軌道交通對環(huán)境的負面影響主要是噪聲和電磁波，影響范圍在沿線一定寬度地帶之內(nèi)。

在噪聲方面，中低速磁浮系統(tǒng)，其車體和軌道不接觸，運行噪聲低，距離10m處小于64dB；輪軌系統(tǒng)與軌道接觸摩擦噪聲較大。

根據(jù)已有的試驗數(shù)據(jù)，中低速磁浮列車產(chǎn)生的磁場強度很低，在兩側距離10m之外的磁場感應強度僅為0.6μT，滿足相關標準要求。

綜上分析，從對環(huán)境的影響方面比較，中低速磁浮交通占優(yōu)。

（五）資源共享和互聯(lián)互通

長沙市軌道交通線網(wǎng)已運營和在建線路主要采用輪軌制式。

若采用磁浮制式，本項目與長沙線網(wǎng)其他線路暫無互聯(lián)互通及跨線運營的條件，大架修需由車輛廠家承擔。若采用輪軌制式，遠期可與地鐵線貫通運營至主城區(qū)；配屬車的大架修可通過長沙至湘潭市域鐵路進入河西快線黃家塘車輛基地或黃家灣車輛基地，共享架修資源。

綜上分析，雖然磁浮制式在與既有城市軌道交通系統(tǒng)資源共享方面稍差，但磁浮制式工程投資較少、運行噪聲和振動較小、對環(huán)境更加友好，乘坐舒適性更優(yōu)，后期運營維修成本低，研究推薦采用市域鐵路采用磁浮交通制式。

五、結語

作為快速聯(lián)絡城市核心區(qū)與外圍城鎮(zhèn)、組團的交通方式，市域鐵路是未來較長時間內(nèi)城市軌道交通的重要發(fā)展方向，而交通制式選擇是市域鐵路前期規(guī)劃研究的重中之重。本文以長沙市市域鐵路制式選擇為例，從技術經(jīng)濟、乘坐舒適性、后期運營成本、資源共享和互聯(lián)互通等方面分析比選，推薦采用磁浮交通制式。本文研究的技術路線和方法可為同類型市域鐵路制式選擇，特別是對輪軌制式和磁浮制式的比選提供重要借鑒和參考。

參考文獻：

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[3]胡仁兵.市域鐵路制式選擇分析[J].鐵道工程學報，2014（06）：99-102.

作者簡介：皮志東（1989），男，河南省南陽市人， 碩士，工程師，研究方向為鐵路站場與樞紐。