兰州市轨道交通4号线速度目标值研究

安　轲

(中铁第一勘察设计院集团有限公司　西安　710043)



兰州市轨道交通4号线速度目标值研究

安轲

(中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043)

速度目标值是市域快线的重要技术指标,它直接影响土建工程规模及设备系统的选择。以兰州轨道交通4号线为例研究分析如何选择速度目标值，根据现状公路旅行时间以及轨道交通线网对该线功能定位的要求，提出该线的时间目标值。对100、120、140 km/h 3种速度目标值方案从运行时间、站间距离、旅行速度、运行能耗、系统设备、环境影响和工程投资等方面进行综合分析，最终推荐运营费用和投资较节省的100 km/h速度目标值方案。

轨道交通；市域快线；时间目标值；速度目标值；方案；兰州

速度目标值是市域快线的重要技术指标,直接影响土建工程规模及设备系统的选择。它的选择与线路长度、客流特点、站间距以及服务水平密切相关,过高或过低的速度目标值都会给运营带来不利的影响。过低的速度目标值不利于吸引客流,同时会造成运用车数量及车辆基地规模的增加；而过高的速度目标值,会造成工程投资的增加,对于站间距并不大的线路,缩短运行时间的效果并不明显，同时还将对环境造成影响。因此合理确定各线路的速度目标值,对运营组织意义重大。笔者结合兰州轨道交通4号线分析市域快线速度目标值的选择方法。

1　兰州轨道交通4号线概况

1.1线路走向

兰州轨道交通4号线起于天水路与规划T603路交叉口，沿雁滩路向东，至雁东街路口南转后，再下穿南河道，斜穿飞天家园所在地块，而后下穿鱼儿沟并斜穿范家湾村改造工程二期地块，之后进入东岗东路，引入1号线东岗站换乘节点；换乘后线路下穿东岗立交，沿东金公路向东，至阎王沟由地下转为地面线，之后穿越大青山，至柳沟河沟口南转，以高架或地面线沿沟西侧台地梁峁地形边缘向南，穿越方家泉村，下穿连霍高速，之后上跨柳沟河，进入和平大道，以隧道形式沿和平大道向南敷设。出和平大道后，线路沿312国道继续向南，在路侧由地下线转为高架线，在定远组团大名城范围分别沿规划经十五路和规划经十二路敷设；出定远后，线路下钻宝兰客专向南设连搭站后折向东在312国道东侧设连搭东站，之后线路沿宝兰客专一路向南，在规划盆地大道路口西侧设榆中站，后沿规划经十六路敷设，至榆中高铁站前设置全线终点，线路走向如图1所示。

图1　兰州轨道交通4号线线路走向示意

1.2功能定位

4号线在城区内贯穿雁滩组团东西向的中轴线，与1、2、5号线换乘，是典型的城区线路；而在和平、定连组团的作用介于城区线与市域线之间，所衔接的榆中组团是具有相对独立功能的市域城镇。因此4号线是一条兼顾城区功能的市域快线。

1.3客流特点

4号线沿线组团数量较多，组团之间由于地形的限制联系不便，因此主要功能是加强外围组团与黄河谷地的联系，将外围组团客流汇聚在主轴上。客流潮汐特点明显，早高峰主要是由东向西的进城客流，晚高峰主要是由西向东的出城客流，高峰断面均分布在东岗至和平区段。高峰时段，和平组团、定连组团、榆中组团内部以及几个组团之间的跨组团客流较小，主要客流为东部组团与黄河谷地的跨区域客流。

2　时间目标值的确定

2.1现状公路旅行时间

目前，东岗至和平、定远、连搭及榆中各组团之间的交通联系主要为公交车(包括城市公交、单位通勤车辆、出租车等)和私家车。由于私家车出行具有一定的不确定性，因此本次研究以公路交通时间，特别是公交车的旅行时间为参照确定合理的轨道交通时间目标值。雁滩路至东岗长约7 km，均为城市道路，公共交通的走行时间约为15 min。东岗至沿线各组团之间的现状公路通道有2条：312国道和连霍高速公路。312国道自东岗始，依次将和平、定远、连搭、榆中串联起来。连霍高速自东岗始，向三角城方向延伸，通过设置高速公路路口，将沿线和平、定远、榆中纳入。

通过调研发现，目前东岗至沿线各组团的公交车站点主要沿312国道设置，将各组团依次串联。另外，部分通勤车辆通过连霍高速直接抵达三角城，再通过101省道至榆中片区。根据公路交通的一般旅行规律，312国道平均速度按35 km/h、连霍高速按60 km/h计算，得出公交旅行时间如表1所示。

表1　沿线各组团至东岗公交旅行时间

通过对上述公路交通的分析可知，最东端的榆中片区，采用最便捷的公路交通方式，东岗至榆中的公路交通旅行时间最短为40 min。

结合4号线线路长度,考虑与公路的竞争优势,4号线全线合理的时间目标值应不大于55 min。

2.2城市轨道交通网络对时间目标值的要求

根据兰州轨道交通线网规划中各功能组团以及城镇节点间的旅行时间要求，并结合轨道交通技术的合理性进行分析，线网范围内轨道交通划分为市区轨道交通、市域快速轨道交通两个层次，如图2所示。

图2　兰州轨道交通线网层次

由图2可见，兰州市城市轨道交通线网对该线的定位为市域快线，应保证在1 h内到达中心城区。该线至城市中心区域的轨道交通换乘与旅行时间合计为15 min，因此该线的旅行时间应不大于45 min。

综合公路交通旅行时间与轨道交通线网对本线的时间要求，全线的时间目标值应不大于45 min。

3　速度目标值的选取

3.1旅行时间分析

市域快线目前主要的速度目标值有100、120、140 km/h 3种，以不同时速的A型车为例，不同速度目标值方案的旅行时间、旅行速度如表2所示。

由表2可见，采用100、120、140 km/h的速度目标值方案均能较好地适应本线的时间目标值要求。根据兰州市城市总体规划，和平、定远组团为主城区，且与中心城区距离近，出行客流以通勤客流为主，对速度目标值的要求较高。但由于距离较短，较高的速度目标值节时效果并不明显，东岗至科技新城间100 km/h与120、140 km/h方案的旅行时间仅相差2.0～2.6 min。榆中组团离城区较远，与主城区的交流大部分为休闲、商务客流，对速度目标值的要求相对较低，各方案旅行时间最高相差也仅为5.6 min。

3.2站间距分析

平均站间距与线路运营速度具有一定的关联性。运营速度与平均站间距的推荐匹配关系如表3所示。

表2　不同速度目标值下的旅行时间及时间差

表3　运营速度与平均站间距的推荐匹配关系

4号线全线平均站间距为2.8 km，但雁滩路至东岗与东岗至榆中高铁站功能定位不同，应分别进行研究。雁滩路至东岗平均站间距为1.1 km，站间距较小，且受到地形限制，最小曲线半径仅为400 m，因此建议城区段采用80 km/h的速度目标值。

东岗至榆中高铁站平均站间距为4.0 km，120 km/h的速度目标值较为适宜，但本线组团内部平均站间距仅为2～3 km，东岗至榆中高铁站线路长度也仅为35.8 km，较高的速度目标值不能充分发挥其节时的优势。受到地形限制，局部地段曲线半径为760 m，比较适宜100 km/h的速度目标值。

3.3运营技术指标分析

速度目标值越高，旅行速度越高，列车牵引能耗就越大。以不同时速的A型车为例，经列车牵引模拟计算，不同速度目标值方案的各项运营技术指标见表4。

由表4可见，120 km/h比100 km/h方案的旅行速度提高9.6%，能耗增加13.9%；而140km/h比120 km/h方案提速4.0%，能耗增加6.3%。从能耗比角度分析，采用100 km/h方案较为经济合理。

表4　不同速度目标值下的技术指标

3.4系统设备影响分析

3.4.1对牵引变电所的影响

轨道交通列车速度目标值的选取和牵引耗电量关系密切，速度越高，耗电量越大，牵引电流也随之增大。由于牵引网电压和钢轨电位的限制，适应100 km/h、120 km/h、140 km/h 3种速度目标值的牵引供电系统规模有所不同。对应100 km/h速度目标值，全线正线需要设置20座牵引变电所；对应120 km/h、140 km/h速度目标值，全线则需要设置22座牵引变电所。

3.4.2对车辆段及综合维修基地的影响

列车速度目标值决定运用车的数量，同时也影响到整条线的建设标准，从而影响车辆基地的标准、规模和投资。不同的速度目标值方案对应的配属车也不同，速度目标值越大配属车越少，在线路相同的条件下，100 km/h方案配属车数为70列，120 km/h与140 km/h方案的配属车分别比100 km/h方案的配属车少6列、8列。各方案检修规模相同，定检列位均为3列位，周月检均为5列位。

由于配属车数的不同，速度越高，车辆基地占地越小。在线路相同的条件下，100 km/h方案的车辆基地占地为63.0 hm2，120 km/h与140 km/h方案的车辆基地占地比100 km/h方案的要少5.4 hm2、7.2 hm2。

3.5环境影响分析

线路运营期对沿线各敏感点的环境影响主要体现在噪声上。通过对速度目标值分别为100、120和140 km/h条件下，不同的工程段在30、60、90、120 m处无遮挡噪声等效声级的预测分析可知，不同的速度目标值对沿线各敏感点的声环境影响程度不同。沿线无遮挡噪声等效声级预测如表5所示。

由表5可知，随着铁路速度目标值的提高，线路两侧声环境影响也会逐渐加大。采用100 km/h方案时对线路两侧声环境影响最小，而140 km/h方案对环境的影响最大。可通过采取声屏障、隔声窗等降噪措施，缓解铁路噪声对沿线声环境的影响。

表5　沿线无遮挡噪声等效声级预测　dB(A)

3.6工程投资分析

不同速度目标值方案的工程投资差主要体现在因地下区间的限界扩大产生的工程费用。以A型车为例，不同速度目标值限界指标如表6所示。

表6　不同速度目标值下的限界指标

该线东岗以东地下区间长度约12.7 km，120 km/h方案较100 km/h方案投资增加约10.54亿元，140 km/h方案较100 km/h方案投资增加约18.58亿元。

4　结论

采用100、120、140 km/h速度目标值方案的全线旅行时间相差不大。120 km/h较100 km/h速度方案

旅行速度提高9.6%，能耗增加13.9%；而140 km/h较120 km/h速度方案提速4.0%，能耗增加6.3%。同时，120 km/h方案较100 km/h方案投资增加约10.54亿元，140 km/h方案较100 km/h方案投资增加约18.58亿元。综合分析，推荐采用100 km/h速度目标值方案，不仅满足该线时间目标值要求，而且与该线功能定位吻合，投资较低，后期运营维护费用小。

[1] 地铁设计规范：GB 50157—2013[S].北京:中国建筑工业出版社, 2013.

[2] 城市轨道交通技术规范：GB 50490—2009[S].北京:中国计划出版社, 2009.

[3] 城市轨道交通工程项目建设标准：建标104—2008[S].北京:中国计划出版社, 2008.

[4] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.兰州轨道交通4号线工程可行性研究报告[R].西安,2014.

[5] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.兰州轨道交通4号线速度目标值专题研究报告[R].西安,2014.

[6] 马晋.短距离城际轨道交通工程速度目标值的选择[J].铁道标准设计,2010(10)：22-24.

(编辑：王艳菊)

Research on the Target Speed of Lanzhou Rail Transit Line 4

An Ke

(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd., Xi’an 710043)

The target speed is an important technical index of the urban express railway, and it has a direct effect on the scale of civil engineering and equipment system. Lanzhou rail transit line 4 is selected as an example to analyze the speed target. According to the travel time by the existing roads and the function orientation requirements of line 4 from Lanzhou rail transit network, the author puts forward the time target of Lanzhou rail transit line 4. For the speeds of three target schemes including 100, 120, 140km/h, a comprehensive analysis is made considering the operation time, the distance between adjacent stations, operation speed, energy consumption, equipment operation, environmental impact, engineering investment and so on. It is recommended that the speed target of 100km/h be the best way to save the operation expenses and investment.

rail transit; urban express railway; time target; speed target; scheme; Lanzhou

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.01.005

2015-02-16

2015-05-29

安轲，男，工程师，从事城市轨道交通规划与设计工作，52573538@qq.com

U231

A

1672-6073(2016)01-0018-04