锡澄城际铁路速度目标值研究

冯力源

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉）

引言

借鉴国内外大型都市圈的发展经验，为了更好地实现公共交通资源的整合，促进城市的融合发展，许多城市提出了区域轨道交通的一体化战略，着力于形成大都市圈范围内国家干线铁路、城际铁路、市域铁路和城市轨道交通的“四网融合”，发挥轨道交通对于城市发展布局的引导和骨干支撑作用，推动城市更快更好的转型发展[1-2]。速度目标值是城际铁路的主要技术标准之一，不同的速度目标值决定了线路可实现的功能以及所服务的客流群体。同时速度目标值也是影响城际铁路规划、建设和运营的基础指标之一，它与其他技术参数之间有着复杂的影响关系，是决定城际铁路对于旅客吸引力的关键指标，也决定着线路的建设投资和运营收益水平[3]。

1 项目概况

锡澄城际铁路工程起于江阴外滩，止于无锡堰桥，线路全长30.4 km（地下线10.5 km，过渡段0.2 km，高架线19.7 km），设站9 座（地下站5 座，高架站4 座），平均站间距3.37 km，最大站间距7.02 km，最小站间距1.72 km[4]。

锡澄城际是连接无锡市与江阴市的城际轨道交通线路，近期连接江阴与无锡主城区，远期预留北延至靖江的条件，建成后将是无锡城区与江阴城区南北向的重要客运联系通道，主要承担江阴与无锡之间的跨组团长距离出行客流以及江阴与无锡各自城区的内部出行客流。从客流组成来看，本线承担的跨组团长距离出行客流比重相对较高，这部分客流相比普通短距离出行的通勤通学客流对旅行速度与旅行时间有着较高的要求。

2 时间目标值的确定

根据本线功能定位，锡澄线未来是无锡城区与江阴城区南北方向客流联系的主要通道之一，根据相关研究表明，“45 min 交通圈”是两个地区之间城市经济社会密切联系的界值。超过45 min，两地区经济社会明显变弱，国内多数城市也都提出了45 min 出行圈的概念；因此为推进锡澄一体化发展，建议江阴中心至无锡城区中心不超过45 min。本线初期与地铁1 号线贯通运营，根据沿线站点设置，建议中山公园- 三阳广场站旅行时间45 min 左右，具体见表1。

表1 本线时间目标值

3 速度目标值方案研究

3.1 速度目标值方案

目前国内城市轨道交通市域快线一般采用100 km/h 及以上的速度目标值，根据本线时间目标值分析，为满足本线时间目标值要求，本线旅行速度应在60～80 km/h 之间，参考目前相关研究成果，一般旅行速度达到最高运营速度的50%～60%是较为经济合理的，初步推断本线速度目标值应在120 km/h 及以上，因此本次研究重点对120 km/h、140 km/h 及160 km/h 三个方案进行比选。

3.2 时间目标值适应性分析

根据全线平纵断面资料，通过计算机模拟列车在区间运行状况，不同速度目标值方案不同区段的旅行时间见表2。

表2 不同速度目标值方案各区段旅行时间

由表2 可知，在时间目标值适应性上，大站快车模式下，120 km/h、140 km/h 及160 km/h 方案能较好的满足中山公园站-三阳广场站45 min 到达的时间目标，基本可以满足江阴高铁站- 无锡火车站30 min到达的时间目标。

在时效性上，140 km/h 方案较120 km/h 方案旅行时间略有节省，站站停列车旅行时间相比120 km/h方案节省1.5 min，大站快车旅行时间相比120 km/h方案节省2.0 min；而受站间距、区间限速等条件限制，160 km/h 方案与140 km/h 方案在旅行时间上差别很小，全线旅行时间160 km/h 方案较140 km/h 方案节省不到1 min。

3.3 站间距适应性

3.3.1 站间距分布情况

列车加减速距离与车辆的性能密切相关，不同速度等级的车辆加减速距离存在较大差异，从经济性角度出发，列车需达到一定时间和距离的最高速度持续运行，经济性才合理。

根据线站位方案，锡澄线平均站间距为3.37 公里，此站间距下不同速度列车运行仿真曲线见图1，120 km/h 方案列车持续最高速度运行距离接近50%，140 km/h 方案约22%，160 km/h 不能达速运行。

图1 不同速度列车运行曲线

一般，当列车在区间运行时，充分发挥列车高速性能的运行距离占区间长度的1/3 以上时，认为列车在该区间能充分发挥高速性能，可见120 km/h 对锡澄线站间距适应性较好。

3.3.2 列车运行达速情况分析

线路中曲线半径对列车运行速度影响较大，小半径曲线对列车在区间的运行达速情况影响较为明显。本线各区间达速统计见表3。

表3 列车在区间达速运行

由表3 可知，站站停列车在区间实际运行中，120 km/h 达速运行地段总长为12.9 km 左右，占全线的42.7%，140 km/h 达速运行地段总长为2.6 km 左右，占全线的8.6%，160 km/h 达速运行地段总长仅为0.6 km左右，占全线的2.0%。从线路条件适应性来看，120 km/h 达速距离长度超过40%，在本线可较好的发挥高速效能，140 km/h、160 km/h 方案难以发挥高速性能。

3.4 工程技术比选

120 km/h 速度等级列车通常采用直流制式，而140 km/h 和160 km/h 速度等级列车多为交流制式动车组，因此三个方案间在工程技术指标方面存在一定的差异。

3.4.1 隧道工程

当列车最高运行速度达到120 km/h 时，在满足行车建筑限界要求的基础上，结合空气动力学的计算分析成果和已有工程经验，适当考虑施工误差，需选用6.0 m 内径，6.7 m 外径的盾构隧道断面，见图2；当列车最高运行速度达140 km/h 时，单洞单线盾构隧道断面需达到内径7.1 m，外径7.9 m（管片厚度400 mm），见图3；当列车最高运行速度达160 km/h时，单洞单线盾构隧道断面需达到内径7.5 m，外径8.3 m（管片厚度400 mm），见图4。即120 km/h 隧道断面内径6.0 m，140 km/h 方案7.1 m，160 km/h 方案内径达到7.5 m，地下区间的工程投资将随隧道内径的扩大将明显上升。

图2 单洞单线盾构隧道断面图（直流制式，120 km/h）

图3 单洞单线盾构隧道断面图（交流制式，140 km/h）

图4 单洞单线盾构隧道断面图（交流制式，160 km/h）

3.4.2 桥梁工程

根据类似项目经验，120 km/h 速度目标值可采用接触轨供电，桥面宽度在9.4～10.2 m 之间。若采用140 km/h 或160 km/h 速度目标值，荷载相比120 km/h 方案大幅增加，上部结构高度1.8 m 要增大至2.0 m，同时需采用交流网供电方式，桥面限界布置需要增大至10.6 m；桥墩刚度控制指标要求也更高，截面加大；因此，140 km/h 或160 km/h 方案相比120 km/h 方案桥梁工程费用有所增加。

3.4.3 供电系统

供电系统制式应从车辆最佳功率配置、性价比、研制成本、弓网受流质量等方面进行分析，一般140 km/h、160 km/h 宜采用交流供电方案，而120 km/h 宜采用直流供电，直流供电系统由于牵引变点设施数量较多，工程投资相比交流供电方案有所增加。

3.4.4 车辆系统

随着线路设计速度的提升，列车构造速度、密闭性等要求也随之提高。120 km/h、140 km/h 及160 km/h 车辆构造速度分别应达到140 km/h、160 km/h及180 km/h，这也引起车辆单价及购置费的增加。此外，列车运行速度的提升也将引起牵引能耗的增加，根据类似项目经验分析，最高速度目标值从120 km/h提高到140 km/h 时，牵引能耗成本增加约15%。最高速度目标值从120 km/h 提高到160 km/h 时，牵引能耗成本增加约35%。

3.5 线网资源共享

无锡市目前已开通运营的地铁线路，均采用直流制式，最高速度80 km/h，考虑到本线初期推荐与无锡1 号线贯通运营，采用120 km/h 直流制式，与1 号线贯通运营改造工程量相对较小，可更好的利用无锡轨道交通的既有资源。因此，从线网资源共享的角度，本线宜采用与无锡市在建或规划相同的直流制式。

4 结论

根据120 km/h、140 km/h 及160 km/h 三个方案的比选分析，三个速度方案大站快车基本能够满足本线时间目标值要求；120 km/h 方案的站间距适应性最好、列车达速运行比例最高，速度效率最高；120 km/h方案工程方案较140 km/h 及160 km/h 有所节省；同时120 km/h 方案采用的直流制式也能够更好的与无锡轨道交通线网实现资源共享。因此，经综合比选，本次研究推荐本线采用120 km/h 速度目标值。