新建济南—滨州铁路速度目标值选择研究

张太红

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

速度目标值是铁路项目的最重要技术指标之一[1]，是确定项目规模、设备配置、工程投资的重要基础。速度目标值选择既需要着眼于长远发展，又需要经济合理[2]；既需要考虑充分发挥新建铁路的骨干作用，又需要使其能与相邻路网相匹配以及与其他交通方式充分合作，形成相互匹配的综合交通运输体系[3]。研究根据相应设计规范，结合功能定位、路网意义、客流特点、工程投资等，对新建济滨铁路(济南东—滨州)速度目标值选择进行综合研究，论证技术标准选择的合理性、适用性[4]。

1 济滨铁路客流特征及旅行时间目标值分析

1.1 项目概况

济滨铁路位于山东半岛城市群北部，为山东半岛城市群城际铁路网的重要组成部分，线路西自济南枢纽济南东站引出，向北经过济南市历城区、遥墙机场、章丘区，上跨黄河经过济南市济阳区、商河县，向东经过滨州市惠民县、滨城区，接入滨州地区滨州站，线路全长150.7 km，共设济南东、遥墙机场、济阳、商河、惠民、滨州6 个车站。济滨铁路南端通过济南枢纽连接京沪高速铁路(北京南—上海虹桥)、石济客运专线(石家庄—济南)、济郑客运专线(济南—郑州)、济莱高速铁路(济南—莱芜)，北端通过滨州地区滨州站连接京沪高速铁路辅助通道(北京—上海)，济滨铁路有助于加强与京津冀、长三角等发达地区的紧密联系，便利群众出行，促进沿线经济和社会发展[5-6]。济滨铁路计划于2022 年10 月开工建设，建设工期为4 年。

1.2 客流特征

济滨铁路作为山东省快速铁路网鲁北通道的主要组成部分，以区域城际客流为主，同时承担遥墙机场集疏运任务，兼顾路网干线功能，是一条高标准的区域城际铁路，有利于改善区域交通条件的交通基础设施，促进新旧动能转换国家试验区建设，实施山东省“加密、提速、扩通道”交通发展战略，推动区域经济协调发展和城镇化进程。从客流特征分析，该线主要承担省内外跨线区际交流、沿线与区域内城市间的省际交流及沿线城际客流[7]。济滨铁路客流特征分析如表1 所示。

表1 济滨铁路客流特征分析Tab.1 Passenger flow characteristic analysis table

从客流特征分析表可以看出，该线承担的省内外跨线区际间的客流、以及沿线与区域内其他城市间的省际客流占比较高，近、远期分别占比72.5%和71.7%，该部分客流运距较大，对运输质量要求相对较高，而本线沿线客流运距较短，占比较小。

1.3 旅行时间目标值分析

（1）速度目标值选择原则。一是满足并适度超前山东半岛城市群规划发展、人民群众出行服务对交通时间目标值的要求。既要经济合理，还应充分考虑未来发展趋势，速度目标值应符合规划及政策相关要求。二是发挥项目在综合交通系统中的优势。体现方便、快捷、安全的运输特点，满足不同层次客流的需求，实现工程投资最小化和经济效益最大化的和谐统一。

（2）相关路网规划分析。根据《山东省综合交通网中长期发展规划(2018—2035 年)》发展目标，通过高速铁路实现覆盖全省、通达省周边主要城市的1 小时、2 小时、3 小时陆上交通圈，其中，济南至相邻六市0.5 h 通达，济南至青岛、青岛至周边市、全省相邻各市1 h 通达，济南与省内各市2 h 通达，济南与北京、上海等14 个国内主要城市3 h 左右通达。济滨铁路同时作为京沪高速铁路至京沪高速铁路辅助通道的联络线，具有国家干线铁路功能，应与相邻铁路速度目标值相适应[8]。

（3）市场与竞争力分析。济滨铁路承担济南市至滨州市及沿线机场、县城、城镇间客流，目前沿线客运交流主要通过既有铁路和公路运输。既有铁路运输方面，胶济线(青岛—济南)速度目标值为160 km/h，淄东线(淄博—东营)允许速度为50～80 km/h。济南市至滨州市之间选择既有铁路出行所需费用32.5 元，耗时4 h 19 min。随着旅客对出行方式的时效性、舒适性、安全性要求越来越高，既有铁路运输质量与公路相比竞争优势不强。既有公路运输方面，通道内与该项目平行的公路主要有济东高速，目前济南市与滨州市间快速客运交流主要通过济东高速、G20 (青银高速)、S29(滨博高速)实现。旅客选择公路出行所需费用在43～49 元之间，耗时2 h 左右，竞争优势高于既有铁路运输。但是，随着客货运输需求的日益增长，公路很难适应未来运输需求。如果对既有公路通道进行扩建，不仅占用大量宝贵土地资源，而且加剧石油资源消耗，并造成大量的废气污染，公路运输所带来的“高污染、高能耗、高占地”对当地的环境保护、资源节约带来负面影响。运输方式竞争能力比较如表2 所示。

表2 运输方式竞争能力比较Tab.2 Competitiveness comparison table of various modes of transportation

（4）旅行时间目标值的确定。济滨铁路建成后，济南市至滨州市间将形成高速铁路、普速铁路、高速公路、省道等多种交通运输方式并存的综合交通运输体系。济南市至滨州市间高速公路最快旅行时间约2 h，票价在43～49 元之间。为保证该线具备与公路竞争的优势，从满足时间目标值要求和区域经济社会发展分析，济南东—滨州间列车旅行时间宜控制在0.5～1 h，根据测算，高速铁路二等座出行的旅客票价在45～60 元之间。

2 济滨铁路的速度目标值选择

2.1 方案构成

与济滨铁路相关联的高速铁路及城际铁路速度目标值范围为250～350 km/h，因而，济滨铁路速度目标值研究250 km/h、300 km/h、250 km/h 预留350 km/h、350 km/h 共4 个方案。由于济南东—济阳段受地形、工程等因素控制，需要采用局部限速，故首先对济南东—济阳段速度目标值进行研究，在此研究的基础上，对全线的速度目标值进行比选研究[9]。

2.2 济南东—济阳段不同速度目标值比选分析

济南东—济阳段位于济南市市区附近，沿线主要受济南东片区规划、临空经济区、机场规划、黄河桥位、济阳区规划、既有交通设施、大型企业迁改等因素控制及铁路大跨度跨越高速公路技术条件的限制，如果采用较高标准的速度目标值，平面需要采用较大的曲线半径，对城市干扰极大，工程实施难度极高，会大大增加工程投资和社会风险。由于济南东为始发站，且至济阳站距离仅34 km，根据受控因素和相关意见，对该段方案限速的可行性方案进行具体研究。

2.2.1 方案概述

（1）线路平面适应性分析。①济南东—遥墙机场段。线路自济南东站东端与在建济莱高速铁路分线路别引出，与既有济青高速铁路(济南东—青岛北)、在建济莱高速铁路等处于同一通道。线路采用一个R-600 m 小半径曲线下穿济莱高速铁路，之后为满足大跨度连续梁特殊设置条件，线路连续采用R-800 m、R-1 300 m、R-1 400 m 的较小曲线半径上跨济青高速公路和机场高速公路，而后并行机场高速公路西侧北行，采用R-4 000m 曲线半径跨越机场高速立交匝道，为避免缓和曲线伸入车站，遥墙机场进站前采用较短缓和曲线的R-7 000 m 曲线半径。从平面条件分析，CK2+055至CK4+191 段平面条件限速100 km/h，CK4+191至CK5+951 段限速120 km/h，CK5+951 至CK7+876 段限速160 km/h，CK7+876 至CK19+654段限速为250 km/h。②遥墙机场—济阳段。线路自遥墙机场站引出，采用R-2 200 m 曲线半径，之后为绕避济南市综合保税区、利用G308 黄河桥位公铁合建跨越黄河、绕避济阳区汉方制药建成区，线路分别依次采用R-2 500 m、R-1 300 m、R-2 000 m曲线半径，线路整体上基本适应200 km/h 设计速度。其中，CK19+654 至CK20+784 段平面条件限速250 km/h，CK20+784 至CK22+460 段限速160 km/h，CK22+460 至CK28+901 段限速250 km/h，CK28+901至CK32+536 段限速200 km/h，CK32+536 至济阳段限速250 km/h。

（2）列车最高运行速度分析。根据线路平面条件适应性研究结论，济南东—济阳段受平面曲线半径控制，列车最高允许速度为100～250 km/h。考虑平面曲线限速后，对济南东—济阳段行车速度曲线模拟。济南东—济阳段(下行线)V-S曲线示意图如图1 所示(V表示速度，S表示里程，V-S曲线表示速度与里程的关系)，济南东—济阳段(上行线)V-S曲线示意图如图2 所示。由V-S曲线示意图可以看出，考虑平面曲线限速后，济南东—济阳段列车最高运行速度可达250 km/h。

图1 济南东—济阳段(下行线) V-S 曲线示意图Fig.1 Schematic diagram of V-S curve of Jinandong to Jiyang section (railway down line)

图2 济南东—济阳段(上行线) V-S 曲线示意图Fig.2 Schematic diagram of V-S curve of Jinandong to Jiyang section (railway up line)

（3）曲线超高检算。上述V-S曲线只考虑平面曲线半径控制，未考虑曲线范围列车速度差引起的曲线超高设置控制因素，根据《铁路轨道设计规范》(TB 10082-2017)，采用城际铁路技术标准对济南东站及济阳站范围曲线地段允许最高通过速度进行检算，本次最低速度按不利条件考虑。结合济南东—济阳段V-S曲线示意图，经检算，不存在速度差控制列车通过速度问题。

（4）速度目标值方案。如上所述，济南东—济阳段受地形及构筑物限制，平面曲线半径满足的速度目标值为100～250 km/h；通过V-S曲线分析，该段线路列车最高运行速度可以达到250 km/h；曲线超高检算表明，通过合理的超高设置，不存在超高限速情况。结合本段存在局部160 km/h 限速情况，本次速度目标值研究160 km/h、200 km/h 和250 km/h 共3 个方案。

2.2.2 方案比选

（1）工程建设标准分析。通过研究分析3 个不同限速方案，得出不同方案的特征。济南东—济阳段不同方案工程经济比较如表3 所示。由表3 可以看出，200 km/h 方案较160 km/h 方案增加投资约2.21 亿元，增加2.37%；200 km/h 方案较250 km/h方案节省投资约3.55 亿元，节省3.59%。

表3 济南东—济阳段不同方案工程经济比较Tab.3 Project economic comparison table of different schemes

（2）运营效果。济南东—济阳段不同运输方案比较如表4 所示。从表4 中看出，160 km/h、250 km/h方案分别较200 km/h 方案运行时间多1.8 min 和减少0.5 min，从运营效果分析，200 km/h 方案效果相对较好。

表4 济南东—济阳段不同运输方案比较Tab.4 Comparison of transportation quality of different schemes

2.2.3 研究结论

200 km/h 方案较160 km/h 方案增加投资约2.21 亿元，旅行时间节省1.8 min，投资节时比1.23 亿元/min；250 km/h 较200 km/h 方案投资增加约3.55 亿元，旅行时间节省0.5 min，投资节时比7.10 亿元/min，投资节时效果差。综合考虑运营效果和工程投资，济南东—济阳段速度目标值推荐采用200 km/h。

2.3 全线不同速度目标值比选分析

根据济南东—济阳段速度目标值研究结论，该段速度目标值采用200 km/h。在此基础上，对全线速度目标值进行分析。

（1）地形设置及工程投资分析。重点对济阳—滨州段采用250 km/h、250 km/h预留350 km/h、300 km/h、350 km/h 的工程建设标准及工程投资进行分析。济阳—滨州段地形平坦，控制性地物较少，不同速度目标值方案走向基本一致，线路长度也相差不大。不同速度目标值方案比选示意图如图3 所示，济阳—滨州段不同速度方案工程经济比较如表5 所示。

表5 济阳—滨州段不同速度方案工程经济比较Tab.5 Economic comparison of projects with different speed schemes in the section from Jiyang to Binzhou

图3 不同速度目标值方案比选示意图Fig.3 Schematic diagram of comparison and selection of different speed target value schemes

（2）站间距离适应性分析。济南东—济阳段速度目标值为200 km/h，不同速度目标值方案达速性能一致，因此，站间距离适应性对济阳—滨州段进行分析。济阳—滨州段运营长度114.7 km，共分布车站4 处(含济阳、滨州站)，平均站间距离38.2 km。本段拟组织一站直达、大站直达、交错停站列车。通过模拟牵引计算，不同速度目标值方案列车达速效果如表6 所示。

表6 不同速度目标值方案列车达速效果 %Tab.6 Train speed effect table

（3）运输质量。通过列车仿真牵引计算分析，在济南东—济阳段速度目标值为200 km/h 的前提下，全线范围动车组列车不同速度目标值运输方案比较如表7 所示。由表7 可见，各速度目标值方案均可满足本线时间目标值的要求。

表7 全线范围动车组列车不同速度目标值运输方案比较Tab.7 Transport quality comparison table of different speed target value schemes

（4）经济效益分析。影响不同速度目标值方案财务效益的主要因素有建设投资、客流规模、运营成本、运输收入等因素[10]。对项目不同速度方案的财务指标进行测算，不同速度方案投资及效益比较如表8 所示。财务效益分析表明，采用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 预留350 km/h 方案，250 km/h 方案最差。因此，从经济效益分析，宜采用350 km/h 的速度目标值方案。

表8 不同速度方案投资及效益比较Tab.8 Comparison of investment and benefits of different speed schemes

2.4 速度目标值研究结论

从通道功能定位考虑[11]，济滨铁路为山东省综合交通网横向鲁北通道的主要组成部分，亦是连接京津冀与长三角地区的重要通道，速度目标值宜采用350 km/h。与济滨铁路衔接的线路，除石济客运专线速度目标值为250 km/h 外，其余均为350 km/h，因而，济滨铁路速度目标值宜采用350 km/h。济南东—济阳段200 km/h 方案较160 km/h 方案增加投资约2.21 亿元，旅行时间节省1.8 min，投资节时比1.23 亿元/min；250 km/h较200 km/h 方案投资增加约3.55 亿元，旅行时间节省0.5 min，投资节时比7.10 亿元/min，投资节时效果差。综合考虑运营效果和工程投资[12]，济南东—济阳段速度目标值采用200 km/h。在济南东—济阳段200 km/h 速度目标值的基础上，采用350 km/h 方案较250 km/h 方案全线运行时间节省7 min，节时16%，投资增加7.4%，增加有限，且350 km/h 方案较250 km/h 方案经济性优。综上，考虑功能定位和客流特点，从满足沿线快速出行的需求和相邻路网的衔接角度考虑，按照综合效益最大化的原则[13]，济滨铁路速度目标值推荐济南东—济阳段200 km/h，济阳—滨州段350 km/h。

3 结束语

速度目标值选择是确定铁路项目建设规模和工程投资的重要前提，是铁路主要技术标准的最重要指标，速度目标值的选择是一个复杂、科学、严谨的过程，需要综合考虑各项因素，从路网构成、功能定位、客流特点、效益分析、市场竞争、工程投资、铁路高质量发展等方面进行综合研究分析，既要立足实际，又要适度超前，从而确立科学合理的建设标准，为项目建设提供决策依据。下一步将针对确定的速度目标值进一步研究优化各段线路技术方案，科学合理选用各项技术标准，最大限度节约建设资金，同时实现铁路运输综合效益最优化。