包西高铁铜川至延安段速度目标值方案研究

顾 博

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

1 概述

包西高铁铜川至延安段(铜川至延安铁路)位于陕西省北部，南起西铜城际铁路铜川站，向北途经铜川市南市区、北市区、宜君县，延安市黄陵县、洛川县、富县、甘泉县，至包西铁路延安站，纵贯两市八区县。

本线向南通过西安至铜川城际铁路连接“大西安”都市圈，向北延伸经榆林、鄂尔多斯至包头与京包兰通道衔接，形成纵贯西部地区、沟通呼包鄂和关中城市群的快速客运大通道，在路网中自北向南依次连接京包兰、青太银、徐郑兰、西安至成都、西安至武汉、西安至重庆高铁等路网干线，是国家高速铁路网的重要组成，是蒙西和陕北地区通达关中、西南、中南地区的便捷客运通道。同时，本线担负着由西安向北带动沿线城镇发展的重任，对架构关中城市群城际铁路网北向主骨架，完善陕西省“米”字形高铁网具有重要意义。

2 项目在路网中的定位

2.1 与相关线路的合理分工

根据项目的地理位置和研究年度，路网中相关线路有郑西高铁、大西高铁、包西铁路、蒙华通道和太中银铁路，结合各通道的技术标准、运输能力、运输时效性、通道地域文化资源及条件等因素，经比较分析，进行相关线路的合理分工，如表1所示。

表1 本线与路网中相关线路的合理分工

2.2 项目功能定位

根据上述线路的合理分工，可确定包西高铁在区域客运网中主要承担陕北、蒙西与西安、中南、西南等地的区际旅客运输任务和陕北与关中地区的城际客流运输任务。

因此，铜川至延安铁路功能定位为：国家高速铁路网中区域性快速铁路，兼顾关中城市群城际铁路功能。

本线不仅要满足快速、直达的高速路网功能，还要体现高服务频率的城际功能，速度目标值的研究是项目建设的重点之一。

3 速度目标值选择分析

本线为西安至包头高速铁路的组成部分，速度目标值的研究首先应满足高铁通道需求，其次考虑城际铁路的需求。

3.1 包西高速铁路速度目标值分析

3.1.1时间目标值[1-2]

(1)满足通道需求的时间目标值

包西高铁建成后，包西通道将形成铁路、公路、航空并存的交通运输系统。西安至包头间航空飞行时间为1.3 h，考虑两端附加时间3 h，全程旅行时间约4.3 h。本线建成后，不但拥有安全、正点、全天候等优势，而且在旅行时间上应与航空基本持平，西安至包头旅行时间宜控制在4 h左右。

(2)适应区域发展和城际功能的时间目标值

关中城市群城际铁路时间目标值应符合关中地区发展战略和城镇化进程对城镇间客流出行的需要。城际客流主要是与公路竞争，西安至延安公路旅行时间为3 h，为具备竞争优势，西安至延安间铁路的时间目标值宜在2 h内。

从通道客流需求及满足未来城镇发展需求方面综合考虑，西安至延安、包头的时间目标值宜为2 h、4 h。

3.1.2速度目标值的研究[3]

考虑通道两端需兼顾城际客流运输，根据相关文献[1]，速度目标值合理范围为200～350 km/h，共研究了200 km/h，250 km/h，250 km/h预留300 km/h，250 km/h预留350 km/h，300 km/h，350 km/h等6个方案。

(1)对工程投资的影响分析

①平面曲线半径对工程的影响

从地形适应性分析：通道两端枢纽范围内，处于城市建筑物密集地段或城市规划区域，小曲线半径有利于减少拆迁工程和对城市切割干扰。通道南段西安至铜川线路走行于平原区、渭北黄土台塬区，北段绥德至包头线路主要走行于毛乌素南缘沙地区，曲线半径对工程投资影响不明显，小曲线半径便于站位灵活设置，减少拆迁、立交有一定的优势；铜川至绥德段基本以桥隧工程通过，各方案工程设置差异不大。

②桥梁结构选型：200 km/h方案可采用箱梁或T梁；其余方案均采用箱梁，梁体体量随线间距的不同略有不同[4-5]。

③隧道断面积：350 km/h，300 km/h方案均采用100 m2，而250 km/h方案采用90 m2，200 km/h方案采用72 m2[4-5]。

④轨道类型：350 km/h，300 km/h方案均采用无砟轨道，而250 km/h预留350 km/h，250 km/h预留300 km/h，250 km/h经比选宜采用无砟轨道，200 km/h方案采用有砟轨道[4-5]。

⑤信号系统：350 km/h，300 km/h方案均采用CTCS-3，250 km/h预留350 km/h，250 km/h预留300 km/h，250 km/h方案经技术经济比选后宜采用CTCS-3，而200 km/h方案采用CTCS-2[4-5]。

⑥牵引供电方式、接触网悬挂类型：各方案没有本质区别，但在接触网的弹性不均匀度、接触网与承力索的材质及额定工作张力、腕臂柱材质以及主要零部件选材等方面，速度目标值越高要求相应越高。

包西高速铁路通道速度目标值方案工程经济比较见表2。

由表2可见，350 km/h，300 km/h，250 km/h预留350 km/h，250 km/h预留300 km/h四个方案工程投资相差不大，250 km/h和200 km/h方案较其他方案桥隧比重降低较多，工程投资显著减小。

表2 包西高速铁路通道速度目标值方案工程经济比较

(2)对时间目标值的适应性分析

包西高速铁路通道全长达868 km，不同速度目标值方案旅行时间相差较大，350 km/h较250 km/h方案旅行时间节省58.5 min，节时较多。从时间目标值适应性分析，200 km/h方案略差，其他各方案旅行时间均能满足时间目标值的需求。见表3、表4。

表3 不同速度目标值方案旅行时间比较 min

表4 350 km/h与其他速度目标值方案旅行时间比较 min

(3)路网协调性分析

从衔接路网分析，包西高速铁路通道与西安、包头枢纽及绥德地区衔接的西武、西渝、西宝、西成、京呼兰等高铁密切相关，区域相邻线路速度目标值见表5。总体分析，包西高速铁路通道南端衔接线路以350 km/h为主。从客流流向分析，包西高速铁路通道跨线客流主要是与郑西、西武、西渝、西宝等高铁速度目标值为350 km/h高铁间交流为主，因此，从与相邻线协调匹配方面分析，包西高铁通道宜采用350 km/h的速度目标值[6-13]。

表5 区域路网现状及规划线路速度目标值

(4)客流吸引能力分析

根据中铁第一勘察设计院集团有限公司相关调研成果，西北地区客流出行平均距离和在途时间大于全国其他地区，对旅行时间的敏感性强于票价的敏感性，速度越快，旅行时间越短，对客流的吸引能力则越强。以郑西高铁、集包线为例，西安—郑州间旅行时间最短客车G95(1 h 54 min)[14]上座率明显高于其他高铁车次，包头—集宁间旅行时间最短客车D6773(2 h 14 min)[14]的上座率也明显高于其他车次。因此，对西北地区客流而言，在旅客支付能力范围内，线路速度目标值越高，对客流吸引能力越强。

(5)经济效益分析

不同速度目标值方案的工程投资、客流吸引能力、票价水平、运营成本等对铁路建设项目的经济效益有很大影响。见表6。

表6 不同速度目标值方案经济效益比较

注：计算期采用30年；250 km/h预留350 km/h和250 km/h预留300 km/h方案按近期后提速考虑。

由表6可见，350 km/h方案经济性最优，其次为300 km/h，250 km/h和200 km/方案经济性相对较差。

考虑按目前的票价水平，350 km/h和250 km/h两种速度目标值方案，运价率差距较大，350 km/h约为250 km/h的1.8倍，旅客支付的费用与时间节省不尽合理。根据国家发改委发布的《关于改革完善高铁动车组旅客票价政策的通知》，铁路企业对200 km/h及以上的动车组可自主定价，若将250 km/h动车的票价提高至0.40元/人·km后。各方案财务内部收益率见表7。

表7 不同速度目标值方案经济效益比较(提价后)

注：计算期采用30年；250 km/h预留350 km/h和250 km/h预留300 km/h方案按近期后提速考虑。

由表7可见，即使将250 km/h的动车票价提高至0.40元/人·km，350 km/h方案经济性仍最优，250 km/h方案财务状况有所改善，较350 km/h方案的财务内部收益率差距缩小。

3.1.3 包西高铁速度目标值的选择

包西高铁是国家高铁网的重要组成部分，在路网中起着连通南北的作用，承担蒙西地区与西南、中南区际旅客交流，采用350 km/h的速度目标值，与通道功能定位相符；与路网相邻高铁线路标准一致，协调匹配性较好，可有效缩短蒙西地区与西南、中南地区及关中和呼包鄂两大城市群的时空距离，更有利于吸引长途客流，经济性最优。

3.2 铜延铁路速度目标值选择分析[2]

从通道建设时序考虑，在运营初期，高铁通道未形成，以承担城际客流为主，需细化研究本线速度目标值方案。

3.2.1 不同速度目标值方案工程投资影响分析

铜川至延安段线路主要走行于低山丘陵区、黄土梁峁区，地形破碎，起伏较大，沟梁相间，城市多分布于狭窄的沟谷中。不同方案的最小曲线半径均不能完全适应地形，桥隧比重大。各方案工程投资比较见表8。

由表8可见，铜川至延安段各方案桥隧比重均较高，350 km/h，300 km/h，250 km/h预留350 km/h方案，250 km/h预留300 km/h四个方案工程投资相差不大，250 km/h方案较350 km/h投资节省约8.6%；200 km/h方案较250 km/h投资节省约14.2%。

表8 铜川至延安段各速度目标值方案工程经济比较

3.2.2 财务效益分析

财务效益分析表明，350 km/h的速度目标值方案经济性最优，其次为300 km/h，250 km/h和200 km/h方案经济性相对差，与通道研究结果趋势一致。

3.2.3 铜延铁路速度目标值的选择

上述分析表明，不同速度目标值方案中项目工程投资差异、财务效益趋势研究结果与通道基本一致(350 km/h方案最优)。但考虑本线在运营初期，高铁通道未形成，以承担城际客流为主，平均运距短，350 km/h的速度优势暂不能充分发挥。因此，速度目标值推荐采用250 km/h预留350 km/h。

包西高铁通道铜川至延安段南侧的西安至铜川段，受站位、渭河桥位、引入西安枢纽拆迁工程以及铺设有砟轨道、预留其他线路接轨条件等因素控制，在枢纽内局部限速[3]。北侧的延安至榆林段速度目标值为350 km/h[15]。

本线采用250 km/h预留350 km/h的速度目标值方案，既可以满足城际客流需求，节省工程投资，也可以满足未来高铁通道的需求。

4 结语

包西高铁衔接西武、西渝、郑西、西宝高铁等多条高标准的线路，主要承担中长途跨区客流和沿线城际客流，具备建设高标准通道需求。速度目标值的选择需统筹考虑通道内各段落承担的各种运输任务，通过比较不同速度目标值方案的特点，结合建设时序，进行多方面分析比较，最终确定适合本线功能定位的速度目标值方案为250 km/h预留350 km/h。