既有铁路专用线改造技术研究(下)——改造工程重难点分析

李岩辉,杨学金,沈增涛,邹 毓

(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043； 2.陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院),西安 710043)

1 研究概述

上篇文章对既有线改造为城市轨道交通的功能定位、需求进行了系统分析，并以西户铁路为例，分析后改造为有轨电车制式。西户铁路为既有铁路，与有轨电车为两种截然不同的轨道交通制式。鉴于此，对改造过程中关键问题进行研究汇总[1-3]，主要内容见表1。

表1 既有线改造关键问题汇总

本文将结合既有铁路改造与新建线路若干差异，对改造过程的重难点问题进行分析并给出解决方案。

2 需求分析

2.1 铁路专用线改造客流预测特征

上篇对西户铁路改造为城市轨道交通的客流进行预测，一般客流预测主要针对新建轨道交通，相比于既有线改造有以下差异。

(1)客流培育

专用铁路服务于原有工矿企业，沿线人口密度较低。因此专用线改造时优先选择城市连片发展区域，才能具备客流条件[4]。即便如此，部分专用线位于城市外围，不属于主要客流走廊，其客流培育需要一定时间。随着西安市社会经济发展，西户铁路沿线用地逐渐发展，形成了部分用地集中区及客流集散点，主要包括西郊工业区、沣东吾悦广场、昆明池景区、居住区、学校、购物中心等(图1)。

图1 西户线改造沿线主要客流集散点

城市轨道交通规划首先选择重要公交走廊、沿线公交出行方式较为成熟、客流转移条件良好的区域。西户线在改造以前，部分区域具备上述特征，在西安西郊、鄠邑区人口分布密集，但目前该线路尚未承担城市轨道交通功能，因此未形成公交走廊。考虑出行方式转移，线路开通后沿线居民将逐渐使用该线路，采用其他交通方式以及区域内部出行的模式将随着新线开通而变化。

(2)出行特征

轨道交通沿线出行特征(出行总量、出行方式、出行距离、出行分布等)要素决定了轨道客流效益，在进行线站位布局时已对客流走廊进行了充分研究。而既有线改造是针对已有线路，由于现状居民无法使用该线路作为出行方式，其出行特征固化，进行客流分析时应针对车站周边及沿线区域进行具体分析，明确其出行特征，为优化增设车站布局、综合交通衔接工作提供依据。

2.2 客流敏感性分析

根据图1对西户线改造后各个车站周边用地特征进行梳理，其特征如下。

皂河—昆明池部分，位于西安西郊工业区、沣东新城区域，该区域以连片用地为主，有部分工业、商业用地，根据客流测试结果，主要客流源于该区域；昆明池—苍游镇部分，该区域受到沣京、镐京遗址影响，无法进行高强度开发，人口分布少、客流密度较低；周店—汽车南站部分为鄠邑中心区，有一定客流量。随着国家推进都市圈建设进程逐渐加快，鄠邑区在都市区的定位将逐渐提高，与中心城区的联系也将进一步加强，沿线出行量、长距离出行会有一定增长[5]。

而根据国土空间对基本农田、水域、文物等用地的规划要求，本线沿线很难形成连片区域且开发强度受到一定限制。因此，该线路整体客流强度为中-低运量级别，符合有轨电车运能特点。

2.3 综合交通与城市发展

由于该线路车站周边直接吸引客流规模受到用地开发限制，因此亟需通过多种交通方式接驳以增加客流吸引范围[6]。根据国土空间规划，本线客流培育主要来源为：①沿线老旧小区较多，部分地块的更新、TOD开发；②以西郊工业区、大唐电厂、惠安公司现状为基础，进行产业、职住的合理布局；③旅游景区的赋能与提升；④以大西安轨道交通线网规划为基础，优化局部公交线网，做好衔接换乘，尽可能保证轨道与常规公交系统形成合作关系，以增强客流效益。

3 工程方案重点

3.1 行车组织与运营管理

3.1.1 车辆选型

通过交通需求分析，改造方案客流预测结果如表2所示。

表2 西户铁路改造方案客流预测主要指标

以该结果为基础，本次车辆选型拟从国铁、城市轨道制式中进行选择。

(1)国铁。既有西户线为内燃机车牵引，在改造过程中进行电气化改造，工程投资较大，综合效益不明显，本次改造暂不考虑。因此本项目适用DF4或HXN内燃机车牵引25型客车模式。

(2)城市轨道。由于本次主要是考虑利用既有西户线进行公交化运营，跨座式单轨、云巴等制式不适于本线。而有轨电车为钢轮钢轨制式，可以利用既有线路，与本线客流适应性更好，具有投资省、建设周期短、节能环保等优点，车辆技术成熟、国内运营经验丰富[7]。本次研究主要比选有轨电车及内燃机+客车两种模式。采用6人/m2站立标准，有轨电车6模块、内燃机+客车列车编组及与运能如表3所示。

表3 不同制式列车编组及运输能力

由于两种制式定员基本相同，初、近、远期采用有轨电车6模块、内燃机+客车2辆编组均可满足客流需求。但内燃机+客车车长为71.6 m，6模块有轨电车长为54 m。采用传统铁路车型，新建站台长度较有轨电车长近20 m，且传统铁路列车存在折返问题。因此，推荐西户线升级改造采用有轨电车制式。

3.1.2 运营组织

(1)客货运营协调问题

由于客、货车车长不同，货车不能利用新建有轨电车站进行会让作业，仅可利用既有的3个货站进行会让作业，本线的平图能力为25.5对/d，不能满足客流需求，需考虑客货分时段运营。根据客货运需求特征，本线客车运营时间为06:00—21:00，全天共计运营时间15 h。货车在客车结束运营后通行[8]。通过运行图铺画，开行2对/d货车需要占用2 h 2 min的运营时间，货车于夜间21:00—23:30间运营。

(2)单线运营问题

由于西户线为单线，考虑客流量以及近期改造可行性，本线初、近期为单线，如采用对向发车，通过能力为3对/h，输送能力仅为1 230人/h，不能满足本线近期客流需求。可根据高峰时间客流不均衡系数，采用高峰小时单向连发，能够提高通过能力和旅行时间，平峰时段采用双向对发。远期根据客流增长情况对线路进行双线改造[9]。

3.2 线路方案

为扩大本线服务范围、发挥有轨电车“网运分离”的优势，未来可根据城市发展、客流需求对线路进行延长并增设支线，在西安西郊、鄠邑区形成局部小运量线网。其考虑因素包括[10]：①根据西安市轨道交通线网规划，中心城区线网密度较高，可对外围区域进行加密；②对主要枢纽，包括鄠邑高铁站、阿房宫高铁站进行衔接；③在鄠邑区内部增加东西向线路，形成内部骨架网络。西户铁路远期延伸方案如图2所示。

远期方案以鄠邑区道路结构、轨道交通线网15/18号线线站位、重要客流集散点为依据，将主线进一步延伸至惠安公司，并在东西向增加支线，连接渼陂湖、鄠邑高铁站，构建鄠邑区范围的高铁枢纽—大运量—低运量多层级的网络体系。

3.3 交通管理

既有西户线以路基段为主，线路与市政道路多为平交；由于城市发展，部分建设用地已覆盖至铁路区域，建筑本体紧邻铁路，对建筑环境、居民出行造成一定影响[11]。因此有必要对沿线平交口、周边居民出行环境进行管理、优化，保障轨道交通安全、高效运营。

3.3.1 平交口交通组织

首期工程平交道口39处。根据分类研究、精细化管理的原则，将上述平交道口按照现状调研情况、道路等级、管理模式、交叉口所在区位进行划分，主要交叉口分布如图3所示。

图3 西户线沿线平交道口分布

根据不同类型平交道口分布可以看出，有人值守主要为铁路与主干道交叉口，无人值守主要为铁路与县道、乡道、村道等道路交叉口。随着城市发展、出行总量增加、机动车保有量的增加，西户线改造后交通量将进一步增长，对沿线交叉口进行信号控制，是保证有轨电车运营的重要保障[12-13]。本案例选取昆明路—天台路交叉口进行交通仿真。首先对道路交通量进行现场调查，并对十字路口东西进口、南北进口、有轨电车平交道口3个相位(图4)的信号进行优化，仿真结果表明，通过信号优先设置(图5)，能够满足远期高峰15对运营对道路交通管控的要求(图6)。

图4 昆明路—天台路三角交叉口相位示意

图5 昆明路—天台路三角交叉口相位配时

图6 昆明路—天台路三角交叉口仿真结果(Vissim)

3.3.2 沿线居民出行管理与环境提升

随着城市发展，线路周边逐渐发展为高密度的住宅、商住混合、工业区等用地，在西三环内形成用地发展集中区。由于该片区用地红线紧邻西户线，铁路以及有轨电车的运营会对沿线居民生产生活造成一定影响，因此需对沿线的交通环境进行管理与优化[14]。研究选取西户铁路枣园西路至大庆路区间进行分析，该段为西户线用地集中、人口密度较高的区域，沿线用地性质包括工业用地、商住混合用地、住宅、物流仓储等，除枣园西路、大庆路外，有多处无人值守的平交道口，铁路与现状周边用地关系如图7所示，该片区交通特征具有以下特点。

图7 西户线阿房路沿线用地特征

(1)沿线环境有待提升。既有铁路空间存在堆放杂物、排放垃圾废水情况，给生活与出行带来不便。(2)交通秩序混乱。沿线有较多居住区、工业厂区出入的支路，其中丰盛路连接多个大型居住区，交通量较大，但仍为无人值守路口，带来一定安全隐患。(3)沿线业态低端。沿线何苑新村、南何新村、西纺六村小区在铁路一侧有部分沿街商铺，但多为便利店、小饭馆等类型。

因此，改善沿线环境、增强客流吸引、重塑城市空间，对沿线居民出行秩序提升具有重要意义。其改造方向包括以下3个方面。

(1)道路改造。根据运营管理安排，初期、近期保持原有单线运营(图8)，远期根据客流情况增设双线(图9)。考虑限界要求，原有线路按照铁路运营的包容性设计，保持原有5 m的限界，增设线路按照4 m宽度预留，对线路两侧绿化带、人行道宽度进行优化，在降低拆迁量的同时，满足轨道交通运营要求。

图8 阿房路改造前道路断面(单线)

图9 阿房路改造后道路断面(双线)

(2)城市空间改造。通过商业业态提升、设立信号交叉口、交通渠化等方式，以车站、社区为中心，构建片区级交通枢纽。区域内以连续的慢行交通走廊为主，尽可能延续当地的城市功能与文化，提升出行者的公共空间感受[15](图10)。

图10 有轨电车沿线城市空间改造示例

(3)环境改造。改造后的线路不仅承担交通功能，也承担部分生活、游憩功能。在轨道限界外，通过绿化、地面铺装，打造适宜的步行空间，形成生态长廊(图11)。

图11 有轨电车沿线区间改造示例

3.4 车辆及限界

(1)车辆形式

有轨电车车辆以70%和100%低地板为主，考虑乘客舒适性、技术成熟性、无障碍等要求，本次改造拟采用6模块编组的100%低地板有轨电车车辆，采用超级电容供电。考虑既有铁路的标准、本线功能定位与速度目标值，推荐本线最高运行速度为70 km/h。

(2)限界方案

未来一定时期西户线仍承担货运功能，因此本工程限界按有轨电车和内燃机车混跑考虑，共线区间、车站限界均按《铁路技术管理规程》(普速铁路部分)进行包容性设计，如图12、图13所示。在车站部分，考虑有轨电车停站上、下客安全，为缩短站台边缘至有轨电车车门间隙，在满足《铁路技术管理规程》(普速铁路部分)的前提下，站台高度距轨顶面高度由300 mm降低到200 mm，站台边缘距线路中心线由1 725 mm缩短到1 500 mm。

图12 正线区间建筑限界(单位：mm)

图13 正线车站建筑限界(单位：mm)

3.5 轨道

既有西户线为Ⅲ级铁路，运营年份较长，铁路配套设施陈旧，各设施情况如表4所示。

表4 西户线轨道现状指标

目前有轨电车采用的道床形式主要有整体道床和碎石道床两种。本线正线采用碎石道床能够满足线路的运营需求，可充分利用既有碎石道床，改造投资较低；改造后的西户线将同时运行有轨电车、货运列车，货运列车轴重大，现有的有轨电车所采用的整体道床难以满足长期运行货运列车的需求，因此推荐本工程正线采用碎石道床。在与市政道路相交的平交道口，为了满足城市车辆平稳通行的需求，推荐采用整体道床。

钢轨采用CHN系列可以同时满足有轨电车以及货运列车的运行需求，且经济性较好，因此本线推荐采用CHN系列60 kg/m钢轨。

3.6 供电

既有线改造为有轨电车后，需增设一套供电系统[16]。根据有轨电车系统要求，本线环网电压等级采用10 kV。

本线北起西安地铁1号线皂河站附近，沿线分布有统源、土门、沣西等14座110 kV变电站，上述变电站均具备向本线提供10 kV电源的能力。全线设4座开闭所，分别位于皂河站、昆明池站、苍游镇站和汽车南站，外电源就近由城市电力变电所直接接入。

3.7 信号系统

(1)既有铁路系统概述

①行车调度指挥设备。三民村、新西北、马王村、户县4站均纳入铁路西安局行调台控制。新西北、马王村、户县3站均设有列车调度指挥系统(TDCS 2.0)，于2005年启用。

②区间闭塞设备。陇海线三民村站陇海线区间采用ZPW-2000A型四显示自动闭塞，采用继电编码方式；西户线采用64D继电半自动闭塞。

(2)改造后系统方案

为解决有轨电车客运作业与既有国铁货运线路的兼容问题，提出维持既有西户线并叠加有轨电车系统设备的方案，工程难点包括3方面。

①两套系统间调度管理的权限交接、运输组织模式融合，满足客货混跑的需求。

②两套系统室外设备控制方案。

③沿线道口控制需与信号系统进行信息交互，应采取先进的技术手段进行安全监控。

经研究，该方案信号系统方案构成如下。

①为实现对运营车辆的调度指挥，以及对运行车辆的位置、轨旁设备状态的实时监控，在控制中心配置调度管理子系统，可有效提高运营管理水平。

②为便于转线或折返作业，保证列车通过道岔区的安全，在正线道岔区配置能够实现自动排列进路并可人工操作的正线道岔控制子系统。

③本线以专用轨道作为导向轨，为保证运行效率，在道路平交口配置路口信号控制子系统，保证车辆在道路交叉口可顺利通行。

④考虑本线车辆由人工驾驶运行，车载信号设备需提供必要的驾驶辅助信息和预警信息。

⑤为保证车辆段内调车作业及车辆出入段作业的安全，车辆段配置计算机联锁、监测子系统，以提高运营效率和维护管理水平。

4 沿线多元化开发

本线改造为有轨电车以承担交通功能的同时，可考虑多元化经营模式，以增加线路客流效益、提升沿线土地价值。

(1)打造特色旅游交通产品

上述客流集散点中旅游景点包括汉长安城遗址、阿房宫遗址、沣京遗址、镐京遗址、沣河景观带、昆明池、渼陂湖等，旅游资源丰富。可结合旅游资源对部分车厢内部进行改造，增加全景天窗、餐饮设施，注重娱乐性。在有条件情况下也可进行租赁、包车服务[17]。

(2)“旅游+”的一体化开发模式

以旅游交通产品为基础，发挥名片和品牌效应，提高景区吸引力[18]。通过西户线的公交化运营，将沿线旅游资源整合起来，提高景区的附加值，带动相关产业融合发展、促进包含“吃住行游购娱”产业复合链全域旅游模式的形成。

(3)沿线城市更新改造

西户线连接了西安西郊工业区、西咸新区、鄠邑区，该线路起到老城区交通疏解、促进老城区与新城区联系的作用[19]。通过对沿线老旧小区改造、人居环境的提升、城市设计的更新，使传统铁路沿线的“消极空间”向“愉悦空间”“生活空间”“乐活空间”转变。

5 结论与建议

(1)本研究通过功能与需求分析、改造工程重难点分析，对西户铁路的现状、城市发展、客流需求、综合交通、工程方案等问题进行分析，线路首期工程北起皂河站，南至鄠邑区汽车南站，全长33 km，设站13座，总投资16.5亿元。本文在目前对既有线改造研究理论基础上，通过上、下两个篇章，对沿线现状、城市空间变化、客流特征、城市用地、交叉口信号管控、工程问题纳入考虑因素并进行研究，更为全面地评估既有线改造城市轨道的可行性与技术难点。

(2)既有线改造涉及国土规划、铁路、市政、公交等多部门对接，本研究探讨了技术问题，但后期仍需多方协调才能确保项目落地。

(3)随着国家供给侧改革、产业结构调整、去库存去产能、交通强国等政策的推行，并结合328号文、532号文、116号文[20-22]的相关要求，对既有铁路改造符合国家发展方向，给都市区空间重构、城市发展、产业提升、全域旅游、TOD开发、综合交通、环境优化带来机遇。同时，该线路可应用智慧地铁、低影响开发等技术，引领城轨交通迈入自动化、智能化发展新时代。

(4)有轨电车为低运量级轨道交通，但仍应以“多层次多制式”的理念将其纳入城市轨道交通线网中，充分考虑都市圈发展、工业区改造、站城一体化等因素，审视其线站位与整个轨网的关系与功能定位。