市域快速軌道交通13號(hào)線一期工程線路方案研究

市域快速軌道交通13號(hào)線一期工程線路方案研究

城市區(qū)聯(lián)系該市的快速軌道交通通常為郊區(qū)和中心城區(qū)的連接服務(wù)。不同國(guó)家和城市的快速鐵路布局不同，但整體分為三種基本形式：連接中心邊緣、深入中心城區(qū)和穿過中心城區(qū)。1城市軌道運(yùn)距及工程運(yùn)距分析成都軌道交通13號(hào)線是成都市“中心穿越、全局覆蓋、遠(yuǎn)景預(yù)留、互聯(lián)互通”市域快線網(wǎng)的重要組成部分，全線長(zhǎng)約98.5km，設(shè)站35座，平均運(yùn)距12.54km，外圍組團(tuán)至中心城區(qū)的旅行距離較長(zhǎng)13號(hào)線一期工程線路位于中心城區(qū)段（七里溝－龍華寺），線路長(zhǎng)度約28.6km，二期工程分兩段，西段（城鐵溫江－七里溝）長(zhǎng)度約13.9km，東段（龍華寺－天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)）長(zhǎng)度約56km。2客流及客流特征依據(jù)分析結(jié)合成都市軌道交通13號(hào)線的功能定位和沿線區(qū)域特征，其前期研究特點(diǎn)如下。（1）市域快線穿城而過，全線線路超長(zhǎng)，一期線路占比小，不同于城區(qū)普線的特點(diǎn)導(dǎo)致系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容多，研究過程復(fù)雜，技術(shù)要求高。13號(hào)線作為一條穿越城區(qū)的市域軌道交通快線，全線線路長(zhǎng)約98.5km，位于中心城區(qū)的一期工程線路長(zhǎng)度僅28.2km，不足全線的三分之一，占比較小，而先建的一期工程為匹配全線的功能定位和運(yùn)營(yíng)組織模式，需預(yù)留合理土建接口條件和系統(tǒng)設(shè)備銜接條件，因而要結(jié)合全線情況系統(tǒng)研究。另外市域線的客流性質(zhì)不同于一般城區(qū)軌道交通工程，城區(qū)和郊區(qū)段線路站間距存在差異等因素造成前期階段需要全線系統(tǒng)研究的內(nèi)容較多，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在選擇上既要考慮全線作為市域快線的運(yùn)營(yíng)需求，也要充分考慮一期工程穿越中心城區(qū)作為城區(qū)骨干線的運(yùn)營(yíng)實(shí)際，統(tǒng)籌近期與遠(yuǎn)期關(guān)系，論證過程復(fù)雜（2）成都13號(hào)線客流性質(zhì)和客流構(gòu)成復(fù)雜，中心城區(qū)內(nèi)部客流量高、客流總量大，客流主要流向具有較強(qiáng)的向心性。13號(hào)線中心城區(qū)段線路占全長(zhǎng)的28.83%。根據(jù)遠(yuǎn)期大區(qū)OD（起訖點(diǎn)）客流預(yù)測(cè)結(jié)果，中心城區(qū)內(nèi)部客流最高，占全日客流總量的58.87%；龍泉片區(qū)內(nèi)部客流占比1.15%，與中心城區(qū)客流交換占比12.98%；同屬于線路東段的龍泉驛區(qū)和簡(jiǎn)陽(yáng)新城客流總量占全線客流的27.13%，而長(zhǎng)度占比50%；西段溫江區(qū)與中心區(qū)的客流交換與其內(nèi)部客流占比為15.72%。客流主要以中心城區(qū)的內(nèi)部交流以及中心城區(qū)與外圍組團(tuán)的跨組團(tuán)交流為主，主要流向具有較強(qiáng)的向心性，因此，提升中心城區(qū)內(nèi)部交流以及中心城區(qū)與外部交流的效率是解決客流需求的關(guān)鍵同時(shí)13號(hào)線客流構(gòu)成較復(fù)雜，主要有：居住于外圍組團(tuán)區(qū)域而工作在中心城區(qū)的日常上下班通勤客流；居住于中心城區(qū)而工作在外圍組團(tuán)區(qū)域的日常上下班通勤客流；主城區(qū)內(nèi)日常上下班客流；沿線旅游、購(gòu)物、消費(fèi)、娛樂性客流以及對(duì)外交通樞紐客流，客源對(duì)象不同，交通特征存在一定的差異。不同客流性質(zhì)和乘客旅行時(shí)間存在差異，對(duì)舒適度要求不一致。3技術(shù)研究3.1建設(shè)管理方案分析13號(hào)線為市域快線，全長(zhǎng)近100km，從拉近外圍組團(tuán)與中心城區(qū)時(shí)空距離的時(shí)效性要求考慮，必須注重便捷、快速通行，縮短乘客在途時(shí)間，同時(shí)線路兼具機(jī)場(chǎng)線功能，整體對(duì)時(shí)間目標(biāo)的要求較高。由于中心城區(qū)與外圍區(qū)域線路功能定位、站間距、線路條件等因素存在較大差異，前期研究過程中分段提出速度目標(biāo)值。全線平均站間距2.79km，一期工程位于城區(qū)段，最小曲線半徑按600m控制，平均站間距1.48km，宜采用較小的速度目標(biāo)值；二期工程市域范圍內(nèi)外圍組團(tuán)間距離較大，除局部地段半徑較小外，其他地段最小曲線半徑均可按照1200m控制，平均站間距為4.35km，宜采用較高的速度目標(biāo)值針對(duì)一、二期工程，分別比選分析了采用100，120，140km/h速度目標(biāo)值方案。一期工程采用140km/h速度目標(biāo)值較120km/h、100km/h速度目標(biāo)值節(jié)時(shí)0.4min、0.8min，旅行時(shí)間占比1.1%、4.7%，節(jié)時(shí)優(yōu)勢(shì)不明顯，反而對(duì)線路條件的高要求造成工程拆遷量巨大、轉(zhuǎn)彎處下穿建（構(gòu)）筑物數(shù)量增加、影響范圍擴(kuò)大、工程風(fēng)險(xiǎn)不可控，綜合分析速度目標(biāo)值采用100km/h。二期工程采用140km/h速度目標(biāo)值較100km/h節(jié)時(shí)17%，效果相對(duì)明顯，考慮主要服務(wù)于城區(qū)與市域的交流客流、機(jī)場(chǎng)客流，為提高服務(wù)水平與運(yùn)營(yíng)效率，推薦采用140km/h的速度目標(biāo)值。若全線各區(qū)段均采用140km/h速度目標(biāo)值，引起中心城區(qū)段達(dá)速比較差，與站間距不匹配，因此，推薦速度目標(biāo)值為140km/h，城區(qū)內(nèi)按照100km/h限速運(yùn)行。3.2車輛方案預(yù)測(cè)在確定全線采用140km/h速度目標(biāo)值，城區(qū)范圍內(nèi)按100km/h限速條件下，首先從客流量級(jí)、速度目標(biāo)值適應(yīng)性、工程投資、資源共享、站間距適應(yīng)性、服務(wù)頻率方面，提出13號(hào)線采用常規(guī)軌道交通制式，不考慮CRH型動(dòng)車組。進(jìn)一步結(jié)合預(yù)測(cè)客流結(jié)果和資源共享適應(yīng)性（近、遠(yuǎn)期13號(hào)線龍簡(jiǎn)新城綜合基地承擔(dān)13、24號(hào)線大架修，初期臨時(shí)架修與18、19號(hào)線共用合江車輛基地），推薦13號(hào)線選用與18、19、24號(hào)線相同的A型車。全線運(yùn)營(yíng)里程接近98km，外圍組團(tuán)至中心城區(qū)距離約70km，旅行時(shí)間分別接近92min、60min，較長(zhǎng)的運(yùn)距和較長(zhǎng)的旅行時(shí)間宜適當(dāng)降低車輛定員并提高舒適度。經(jīng)分析，在城區(qū)范圍內(nèi)按照5人/m根據(jù)上述結(jié)論，通過對(duì)列車編組方案多方比選和論證，在滿足一定服務(wù)水平條件下，初、近、遠(yuǎn)期采用8-4/8-4/8編組方案，即初期中心城區(qū)采用8輛編組，市域段宜采用4輛編組列車，結(jié)合列車交路、客流適應(yīng)性，近、遠(yuǎn)期采用4輛、8輛編組混跑或分段運(yùn)營(yíng)。3.3交路方案制訂原則《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》、發(fā)改規(guī)劃[2019]328號(hào)文《關(guān)于培育發(fā)展現(xiàn)代化都市圈的指導(dǎo)意見》等重要政策性文件明確指出：都市圈軌道交通的發(fā)展方向，尤其是市域軌道交通要增強(qiáng)連通性融合發(fā)展，即互聯(lián)互通的迫切需求13號(hào)線作為城市軌道線網(wǎng)中的穿心快線，與快線網(wǎng)中其他快線換乘客流55.4萬(wàn)人次/d，外圍組團(tuán)與中心城區(qū)直通需求較大，因此，應(yīng)重點(diǎn)考慮13號(hào)線與外圍線路跨線運(yùn)營(yíng)。結(jié)合客流需求及工程實(shí)施條件，前期研究考慮了13號(hào)線與S2、23、S3號(hào)線互聯(lián)互通跨線運(yùn)營(yíng)方案，分別在龍簡(jiǎn)新城南站、明光站、呂家咀站實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，并在天府機(jī)場(chǎng)北站設(shè)置與18號(hào)聯(lián)絡(luò)線，部分互聯(lián)互通典型配線布置型式見圖2、圖3。根據(jù)各車站預(yù)留的配線型式、擬定的線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，綜合分析了當(dāng)S2、S3線及23號(hào)線陸續(xù)開通后，可根據(jù)不同組團(tuán)間客流交流需求，靈活組織跨線運(yùn)營(yíng)交路在研究互聯(lián)互通方案過程中，同步分析并考慮了對(duì)系統(tǒng)的影響和應(yīng)對(duì)措施。采用互聯(lián)互通技術(shù)的各條線路，限界設(shè)計(jì)原則與標(biāo)準(zhǔn)、車型、車輛基地運(yùn)營(yíng)維保需求、站臺(tái)門間距和限界等條件應(yīng)協(xié)調(diào)一致。弱電系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)一或兼容運(yùn)行模式、軌旁設(shè)備布置原則及人機(jī)界面。供電系統(tǒng)應(yīng)保證貫通后線路的供電能力，接觸網(wǎng)需在接軌站附近設(shè)置電分相等。在滿足互聯(lián)互通及跨線運(yùn)營(yíng)需求條件下，需各專業(yè)做好前期規(guī)劃和統(tǒng)籌。3.4配線方案確定13號(hào)線中心城區(qū)線路較長(zhǎng)，設(shè)站21座，平均站間距離僅約1.39km，如僅采用站站停的平圖模式運(yùn)行，中心城區(qū)的旅行時(shí)間較長(zhǎng)。為保證機(jī)場(chǎng)線的服務(wù)功能，在市域段采用越行模式可更好地提升本線的服務(wù)質(zhì)量。此外，考慮到網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)后跨線列車的通過，為提高全網(wǎng)運(yùn)行效率，可在城區(qū)外選擇客流規(guī)模較小且實(shí)施難度低的車站設(shè)置越行線，提高跨線列車運(yùn)行速度，降低通行時(shí)間越行站方案考慮盡量將組團(tuán)中心、重要客流集散點(diǎn)以及重要換乘站確定為快車?？空?，結(jié)合客流量和工程實(shí)施條件，選擇適當(dāng)站點(diǎn)設(shè)置越行線，推薦高架站越行配線采用雙島正線內(nèi)側(cè)（圖4），地下站越行配線采用雙島正線外側(cè)（圖5）。越行站設(shè)置在無配線車站及客運(yùn)量級(jí)較小的車站。通過運(yùn)行圖鋪畫研究，中心城區(qū)可將瑞星路站、幸福梅林站設(shè)置為越行站。但由于中心城區(qū)采用地下敷設(shè)方式，車站規(guī)模大、線路條件差、實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)高及征地拆遷量巨大。經(jīng)計(jì)算，每增設(shè)1處雙島正線外側(cè)越行站需增加投資5.3億元，工程投資增加巨大，同時(shí)越行將降低城區(qū)范圍的服務(wù)水平，因此，不推薦在城區(qū)設(shè)置越行線。外圍組團(tuán)采用高架敷設(shè)，線路條件較好、道路寬度較寬，設(shè)置越行線的條件較好，結(jié)合工程條件，葫蘆壩站設(shè)置為越行站。同時(shí)，龍泉山站作為近、遠(yuǎn)期的小交路折返車站，設(shè)置了雙向折返配線，具備線路貫通運(yùn)營(yíng)及快慢車越行的功能。除設(shè)置越行站外，列車在線路能力允許的條件下越行一般中間車站。通過線路能力理論計(jì)算及配線設(shè)置停站方案，如圖6所示?？燔囋谠O(shè)置配線的越行站及中間旅客乘降量較小的車站（如龍洞灣、石盤、城鐵簡(jiǎn)州、葫蘆壩、毛家口等）可不停站直接通過，遠(yuǎn)期停靠30站。站站停慢車：明光－龍泉山交路遠(yuǎn)期停站為27站，龍泉山站－T3、T4站停站為12站，七里溝－龍泉山站遠(yuǎn)期停站為25站。本線遠(yuǎn)期東段高峰小時(shí)運(yùn)行對(duì)數(shù)為18對(duì)/h，輸送能力能夠滿足高峰小時(shí)開行6對(duì)越行列車的能力要求，慢車最多被越行1次，對(duì)旅行速度影響小，越行站設(shè)置合理。組織快慢車越行后，全線快車近期可節(jié)省8min，全線節(jié)時(shí)約9%，遠(yuǎn)期可節(jié)省6min，全線節(jié)時(shí)約6.7%，可有效提高旅行速度，縮短旅行時(shí)間，提升全線服務(wù)水平。3.5通過壓力波保護(hù)隧道密封為保證13號(hào)線在最高運(yùn)行速度140km/h條件下的行車安全和乘客舒適度，借鑒目前高速列車隧道空氣動(dòng)力學(xué)的研究方法，在前期研究中對(duì)隧道截面積、列車氣密性、減緩隧道壓力波措施等滿足隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的參數(shù)和方案進(jìn)行了分析確定。結(jié)合GB50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》、鐵建設(shè)[2007]88號(hào)《鐵路隧道設(shè)計(jì)施工有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充規(guī)定》等規(guī)范對(duì)壓力波控制標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，建議13號(hào)線壓力波舒適度標(biāo)準(zhǔn)按“當(dāng)隧道內(nèi)空氣總的壓力變化值超過700Pa時(shí)，車輛每1s內(nèi)的空氣壓力變化應(yīng)小于415Pa”和“每3s內(nèi)的空氣壓力變化應(yīng)小于800Pa”的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。提高列車密封性能、增加隧道凈空面積是降低車內(nèi)壓力波變化率最有效的措施。經(jīng)分析，當(dāng)列車在隧道內(nèi)不停車，連續(xù)運(yùn)行時(shí)，非密封車輛無法滿足所采用的隧道壓力波舒適性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)另外，由于二期工程存在地下-高架轉(zhuǎn)換的洞口，建議洞口設(shè)置為合理的切削式洞門緩沖結(jié)構(gòu)，列車盡量采用流線型車頭等，以減緩壓力波。3.6根據(jù)分區(qū)段的速度目標(biāo)要求，論證中心依據(jù)dc130v、外圍采用ac5kv接觸網(wǎng)供電制式13號(hào)線遠(yuǎn)期與18號(hào)線互聯(lián)互通后，采用相互兼容的供電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：車輛采用A型車，牽引供電采用單相工頻（50Hz）、25kV交流制架空接觸網(wǎng)受流，110/25kV兩級(jí)電壓供電，動(dòng)力照明采用110/35kV兩級(jí)電壓集中供電。鑒于13號(hào)線在中心城內(nèi)平均站間距1.4km左右，最高行車速度100km/h，因此，有必要研究采用雙制式供電的可能性，即在中心城內(nèi)采用DC1500V接觸網(wǎng)供電，外圍采用AC25kV接觸網(wǎng)供電制式。采用AC25kV供電制式，全線制式統(tǒng)一，利于市域線路之間的互聯(lián)互通，供電系統(tǒng)的投資較為節(jié)省，變電設(shè)施較少利于運(yùn)營(yíng)維護(hù)另外，通過研究進(jìn)一步確定在AC25kV供電方式下的限界參數(shù)、隧道斷面標(biāo)準(zhǔn)和尺寸。當(dāng)設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度為140km/h，采用交流制式供電，接觸網(wǎng)柔性懸掛，τ＞3.0s的密閉車，盾構(gòu)管片最小內(nèi)徑為7300mm，綜合考慮限界余量、施工誤差、乘車舒適性等因素，采用盾構(gòu)隧道管片內(nèi)徑7500mm，外徑8300mm，厚400mm。實(shí)際一期工程設(shè)計(jì)最高速度為100km/h，建筑限界≥7050mm可滿足相關(guān)需求，即隧道內(nèi)徑≥7300mm，但為保持與全線盾構(gòu)斷面統(tǒng)一，一期工程隧道內(nèi)徑取值7500mm，并按此開展設(shè)計(jì)。4交路標(biāo)準(zhǔn)化與差異化有機(jī)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)信息、計(jì)算和互通綜上所述，結(jié)合成都市軌道交通13號(hào)線的功能定位和客流特征，對(duì)穿越城區(qū)的市域軌道交通快線前期研究過程中全線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定思路進(jìn)行了梳理和總結(jié)，后續(xù)線路在參照規(guī)劃建設(shè)過程可借鑒，同時(shí)應(yīng)注意以下相關(guān)問題。（1）市域快線不同于城區(qū)普速線路，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)需把握全局，合理論證和決策設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。市域快線的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及前期研究思路與城區(qū)普線存在較大差別，市域快線可有效聯(lián)系城市中心城區(qū)與外圍新城、衛(wèi)星城，拉近城市的時(shí)空距離。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，首先需明確市域線在軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃和綜合交通規(guī)劃中的功能定位，立足一期工程，放眼全局，制定市域快線綜合解決方案；然后，根據(jù)確定的研究思路和解決方案，進(jìn)行專項(xiàng)研究，各項(xiàng)研究成果和輸入條件互為嵌套，整個(gè)過程以需求為主導(dǎo)，邏輯性強(qiáng)，需要合理的論證和決策。（2）針對(duì)復(fù)雜的客流構(gòu)成，開行交路與車輛型式應(yīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化與差異化的有機(jī)統(tǒng)一。13號(hào)線從功能定位、速度目標(biāo)值、客流需求、站間距適應(yīng)性等方面對(duì)國(guó)鐵CRH動(dòng)車組和市域軌道交通車輛進(jìn)行了比選，推薦采用市域A型車系統(tǒng)。由于13號(hào)線在中心城區(qū)與常規(guī)線路類似，市域段類比于市域線或機(jī)場(chǎng)線，客流分布及規(guī)模差異明顯，客流構(gòu)成與需求不盡相同。為滿足不同客流需求，研究制定了差異化交路與編組，中心城區(qū)交路為提高輸送能力采用8輛編組，市域段交路為提高服務(wù)頻率采用4輛編組，全線交路采用8輛編組具備組織跨線及越行列車開行條件。為保證中心城區(qū)運(yùn)能及城區(qū)停站時(shí)間，并結(jié)合東端市域交路范圍內(nèi)客流量級(jí)小、出行時(shí)間長(zhǎng)且服務(wù)水平要求高的特點(diǎn)，列車座椅按車門數(shù)量較多且舒適度較高的橫縱排結(jié)合型式進(jìn)行布置。建議類似市域線，針對(duì)不同的客流構(gòu)成，針對(duì)性研究車輛選型與編組，并提出與車輛型式匹配的開行交路，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化與差異化的有機(jī)統(tǒng)一。（3）互聯(lián)互通的市域線應(yīng)在線網(wǎng)層面統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、制式或設(shè)備選型，預(yù)留互聯(lián)互通條件及接口，同時(shí)建議盡快開展快線網(wǎng)互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì)。目前，與13號(hào)線互聯(lián)互通的遠(yuǎn)期13號(hào)線、S2號(hào)線和S3號(hào)線線路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)時(shí)序、客流預(yù)測(cè)等尚不能獲取相對(duì)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，因此，對(duì)應(yīng)跨線的行車組織設(shè)計(jì)無法明確互聯(lián)互通運(yùn)營(yíng)模式、運(yùn)行交路、運(yùn)輸能力、能力檢算及運(yùn)行圖計(jì)劃調(diào)整能力等相關(guān)深入方案研究，僅在物理交路示意、土建適應(yīng)性、系統(tǒng)可行性方面研究互聯(lián)互通。根據(jù)互聯(lián)互通的目標(biāo)，建議在線網(wǎng)層面統(tǒng)一互聯(lián)互通的標(biāo)準(zhǔn)、制式或設(shè)備選型設(shè)計(jì)，預(yù)留互聯(lián)互通條件及接口，并制定相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)管理制度，從頂層規(guī)范互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)，以此指導(dǎo)各線路的互聯(lián)互通建設(shè)。目前，成都13號(hào)線建設(shè)在即，建議以13號(hào)線為基礎(chǔ)，開展快線網(wǎng)互聯(lián)