珠三角城際軌道交通主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)探討

譚代明

(廣東珠三角城際軌道交通有限公司 廣州 510308)

珠三角城際軌道交通是服務(wù)于珠江三角洲地區(qū)中心城市及主要中心城鎮(zhèn)之間，方便旅客出行的網(wǎng)絡(luò)化快速軌道交通系統(tǒng)。運(yùn)行速度、車(chē)輛選型、運(yùn)營(yíng)組織模式及服務(wù)特點(diǎn)等既不同于地鐵制式又不同于國(guó)鐵制式，它的功能特征是介于城市軌道交通及國(guó)鐵高速鐵路客運(yùn)專線之間的一種新型軌道交通方式［1］?，F(xiàn)行有關(guān)軌道交通方面的設(shè)計(jì)規(guī)范均不能完全適用于珠三角城際軌道交通項(xiàng)目。為實(shí)現(xiàn)珠江三角洲地區(qū)城際軌道交通“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一運(yùn)營(yíng) ”的目標(biāo)，必須根據(jù)珠江三角洲地區(qū)城際軌道交通的線網(wǎng)特點(diǎn)、車(chē)輛選型和運(yùn)營(yíng)要求，明確并統(tǒng)一各線路參數(shù)指標(biāo)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)原則，以指導(dǎo)各項(xiàng)目勘測(cè)設(shè)計(jì)和建設(shè)實(shí)施。

1 城際軌道交通主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定的基本原則

一是滿足城際軌道交通高速、平穩(wěn)的要求;二是確保城際軌道運(yùn)營(yíng)安全、可靠;三是體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、適用的要求;四是因地制宜，滿足節(jié)能、節(jié)地、環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展的需求;五是尊重現(xiàn)狀，盡可能利用國(guó)內(nèi)外現(xiàn)階段的成熟技術(shù);六是考慮遠(yuǎn)期預(yù)留發(fā)展條件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期體系整合［2］。

2 速度目標(biāo)值

速度目標(biāo)值是城際軌道交通項(xiàng)目最重要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，是確定全線標(biāo)準(zhǔn)的重要基礎(chǔ)，也是確定工程規(guī)模、車(chē)輛選型、設(shè)備配置以及工程投資的基礎(chǔ)。不同速度目標(biāo)方案決定了旅客不同的出行時(shí)間。根據(jù)《珠江三角洲地區(qū)城際軌道交通網(wǎng)規(guī)劃》(2009年修訂)，珠江三角洲城際軌道交通網(wǎng)建成后將形成以廣州、深圳、珠海為中心，覆蓋珠江三角洲地區(qū)主要城市，并與港澳及廣東省其他地區(qū)緊密聯(lián)系的軌道交通網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)現(xiàn)珠江三角洲地區(qū)“內(nèi)圈成網(wǎng)、外圈通連、覆蓋全區(qū)、通達(dá)四鄰”，最終形成內(nèi)圈層內(nèi)主要城市間1 h互通，以廣州為中心的主要城市間1 h互通，三大都市區(qū)內(nèi)部1 h互通的時(shí)間需求目標(biāo)。

通過(guò)對(duì)影響速度目標(biāo)值方案的土建工程投資、運(yùn)營(yíng)成本、客運(yùn)量、旅客節(jié)約時(shí)間價(jià)值以及運(yùn)價(jià)水平與旅客支付能力等因素的分析，按照效益最大化原則，通過(guò)對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行綜合比較，最終確定珠三角城際軌道采用200 km/h速度目標(biāo)值。在建莞惠、佛肇城際軌道采用了200 km/h速度目標(biāo)值;穗莞深洪梅至長(zhǎng)安金沙城際軌道沿線城市化程度高，平面受控條件多，平均站間距為6.08 km，采用了140 km/h速度目標(biāo)值;新建廣佛環(huán)和廣清城際也采用200 km/h速度目標(biāo)值。

3 列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)

珠三角城際軌道交通采用小編組、高速度、高密度的發(fā)車(chē)方式，為實(shí)現(xiàn)1 h通達(dá)的時(shí)間目標(biāo)，采用站站停、大站停的兩種運(yùn)營(yíng)方式，要求大站停快車(chē)能夠越行站站停列車(chē)。運(yùn)輸組織采用跨線客流以換乘為主，部分跨線客流強(qiáng)度大的線路間采用跨線列車(chē)運(yùn)營(yíng)的模式。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)珠三角地區(qū)鐵路網(wǎng)絡(luò)的資源整合，要求珠三角城際軌道線網(wǎng)與國(guó)鐵線網(wǎng)互聯(lián)互通，部分地段利用國(guó)鐵線網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通達(dá)的目標(biāo)。如在建穗莞深城際通過(guò)廣深Ⅲ、Ⅳ進(jìn)入廣州東站，新建廣清城際通過(guò)京廣線進(jìn)入廣州站。因此，要求列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)必須適應(yīng)城際軌道交通這種特殊的運(yùn)營(yíng)模式。

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)傾向于采用基于通信的列車(chē)自動(dòng)控制(CBTC)系統(tǒng)，它包含列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控(ATS)子系統(tǒng)、列車(chē)超速防護(hù)(ATP)子系統(tǒng)、列車(chē)自動(dòng)駕駛(ATO)子系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖(SSI)子系統(tǒng)。到目前為止，城市軌道交通CBTC系統(tǒng)還沒(méi)有互聯(lián)互通的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通十分困難。國(guó)鐵客運(yùn)專線是在歐洲列車(chē)控制(ETCS)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，制定出我國(guó)鐵路列車(chē)控制系統(tǒng)，即CTCS標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)分為5級(jí)，其中，CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)用于運(yùn)行速度200～250 km/h的新建客運(yùn)專線。國(guó)鐵客運(yùn)專線信號(hào)系統(tǒng)不具備列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)的相關(guān)功能，如列車(chē)站間自動(dòng)運(yùn)行、車(chē)站精確停車(chē)等［3］。城際軌道交通信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需在國(guó)鐵客運(yùn)專線CTCS-2列控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)的相關(guān)功能，同時(shí)需保障軌道交通網(wǎng)與現(xiàn)有國(guó)鐵網(wǎng)之間的互聯(lián)互通。珠三角城際軌道交通通過(guò)采用CTCS-2+ATO列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了上述功能。目前，該系統(tǒng)正在加緊研制中，根據(jù)在建莞惠、佛肇和穗莞深開(kāi)通目標(biāo)，列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)分兩階段實(shí)施:第一階段開(kāi)通CTCS-2列控系統(tǒng)，在莞惠城際先導(dǎo)段進(jìn)行CTCS-2+ATO實(shí)車(chē)試驗(yàn);第二階段開(kāi)通CTCS-2+ATO列控系統(tǒng)。

4 線路平縱斷面主要參數(shù)

4.1 最小曲線半徑

最小曲線半徑與線路運(yùn)輸模式、速度目標(biāo)值、旅客乘坐舒適度和列車(chē)運(yùn)行平穩(wěn)度等有關(guān)。依據(jù)新建時(shí)速200～250 km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)的暫行規(guī)定［4］，珠三角城際軌道交通最小曲線半徑選定原則是:設(shè)計(jì)速度為200 km/h，采用一般2200 m，困難2000 m;設(shè)計(jì)速度為140 km/h，采用一般1100 m，困難1000 m。限速地段結(jié)合運(yùn)行速度確定?？紤]到珠三角城際軌道經(jīng)過(guò)的地區(qū)經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，為避免過(guò)大的拆遷，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比選后，部分地段采用較小半徑。如穗莞深城際軌道DK43+500附近線路下穿厚街宜家家具城后，轉(zhuǎn)入S256省道，為避免大面積密集建筑物拆遷，同時(shí)受公路線形限制，采用了550 m的曲線半徑繞避。

4.2 最大坡道

新建城際軌道交通線路的坡度選擇與城際軌道列車(chē)的性能密切相關(guān)。在一定自然條件下，線路的最大坡度對(duì)線路的走向、長(zhǎng)度、工程投資運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、牽引重量及輸送能力都有較大的影響。依據(jù)新建時(shí)速為200～250 km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)的暫行規(guī)定，線路最大坡度不應(yīng)大于20‰。我國(guó)高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范［5］規(guī)定，在困難條件下，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，線路最大坡度不應(yīng)大于30‰。珠三角城際軌道交通沿線經(jīng)過(guò)的城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，在技術(shù)條件可行的前提下，盡可能采用大坡度，對(duì)降低工程造價(jià)有顯著的作用。珠三角城際軌道統(tǒng)一采用CRH6型和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組，列車(chē)采用4動(dòng)4拖8輛編組方式，列車(chē)牽引制動(dòng)性能能夠適應(yīng)坡度為30‰條件下的啟動(dòng)加速及坡道停車(chē)要求。因此，珠三角城際軌道采用的最大坡度為30‰。

4.3 正線線間距

高速鐵路正線線間距標(biāo)準(zhǔn)主要受列車(chē)交會(huì)時(shí)的氣動(dòng)力作用控制，線間距一方面受會(huì)車(chē)壓力波的規(guī)律控制，另一方面要考慮列車(chē)承受會(huì)車(chē)壓力波的能力。珠三角城際軌道統(tǒng)一采用CRH6型和諧號(hào)動(dòng)車(chē)，具有優(yōu)良的車(chē)體外形和空氣動(dòng)力學(xué)特性。參照新建時(shí)速為200～250 km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)的暫行規(guī)定，珠三角城際軌道時(shí)速為200 km/h的正線線間距采用4.4 m，時(shí)速為140 km/h的正線線間距采用4.2 m。

5 橋梁、隧道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

5.1 橋梁設(shè)計(jì)活載

依據(jù)鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范，對(duì)于旅客列車(chē)設(shè)計(jì)行車(chē)速度等于或小于160 km/h的鐵路橋涵，設(shè)計(jì)活載采用鐵路標(biāo)準(zhǔn)中-活載計(jì)算圖式［6］。在新建時(shí)速為200～250 km的客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定及高速鐵路鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范中，橋梁設(shè)計(jì)采用ZK活載，即0.8 UIC活載圖式，如圖1所示。ZK活載在考慮不同安全儲(chǔ)備系數(shù)的情況下，包絡(luò)目前鐵路中各種運(yùn)營(yíng)荷載及臨時(shí)荷載圖式。對(duì)于僅運(yùn)營(yíng)動(dòng)車(chē)組的城際軌道交通來(lái)說(shuō)，采用ZK活載作為橋梁設(shè)計(jì)活載，富余量過(guò)大，不經(jīng)濟(jì)。在2006年鐵道部科技司組織鐵路橋梁活載標(biāo)準(zhǔn)的科研研究中，將活載圖式分為城際鐵路、客運(yùn)專線、客貨共線、貨運(yùn)專線4種［7］。其中城際鐵路活載被命名為中國(guó)城際ZC活載，即0.6UIC活載圖式，如圖2所示。目前，ZC活載圖式已在成灌城際、廣珠城際等多條城際軌道橋梁設(shè)計(jì)中采用［8］。實(shí)踐表明，這種活載圖式，不僅符合我國(guó)城際軌道橋梁施工和運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況，而且比國(guó)鐵相同結(jié)構(gòu)節(jié)省20%的工程材料，且有一定的安全儲(chǔ)備［9］。因此，珠三角城際軌道交通，不僅在建的穗莞深、莞惠及佛肇城際30、25 m簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì)采用ZC活載圖式，而且新建廣清、廣佛環(huán)城際32、24 m簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì)同樣采用該圖式。

圖1 ZK活載(0.8UIC)

圖2 ZC活載(0.6UIC)

5.2 橋梁跨度、寬度

在建穗莞深、莞惠和佛肇城際軌道交通采用25 m和30 m的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土單箱單室簡(jiǎn)支箱梁，梁寬11.6m。為保持與國(guó)鐵橋梁形式一致，新建廣清、廣佛環(huán)線城際軌道交通采用24 m和32 m的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土單箱單室簡(jiǎn)支箱梁，梁寬保持11.6 m不變。

5.3 隧道防水

新建時(shí)速200～250 km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定和高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范中都要求隧道防排水采取“防、堵、截、排，因地制宜，綜合治理”的原則。對(duì)于地下水環(huán)境保護(hù)要求高、埋深淺的隧道采用全斷面封閉防水。由于客專和高速鐵路隧道基本為山嶺隧道，隧道防水采用仰拱不設(shè)防水板的半包防水形式，通過(guò)環(huán)向和縱向排水盲管，將圍巖中的水引至隧道兩邊水溝后，再匯至中心水溝排出隧道，如圖3所示。由于珠三角城際軌道交通線路沿線城鎮(zhèn)化程度高，因此對(duì)地下線路的防水要求高，不允許出現(xiàn)失水而危及線路周?chē)ㄖ锇踩那闆r，必須采用全斷面封閉的全包防水形式。隧道防水等級(jí)按一級(jí)防水設(shè)計(jì)，襯砌考慮承受全部靜水壓力，并按在使用期間發(fā)生最不利情況下的水壓對(duì)二次襯砌進(jìn)行檢算，二次襯砌結(jié)構(gòu)全部采用防水混凝土，防水混凝土抗?jié)B等級(jí)根據(jù)隧道埋置深度確定，如圖4所示。對(duì)于地下水環(huán)境要求不高的山嶺隧道采用半包防水形式。

圖3 單洞雙線半包防水

圖4 單洞單線全包防水

6 車(chē)站相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

6.1 到發(fā)線有效長(zhǎng)度

到發(fā)線有效長(zhǎng)度為同一到發(fā)線一端警沖標(biāo)至另一端警沖標(biāo)之間的距離?？瓦\(yùn)專線車(chē)站到發(fā)線有效長(zhǎng)L由站臺(tái)長(zhǎng)度L1、安全防護(hù)距離L2、警沖標(biāo)與絕緣節(jié)的距離L3組成。其中，站臺(tái)長(zhǎng)度需考慮列車(chē)長(zhǎng)度及停車(chē)安全余量。安全防護(hù)距離需考慮測(cè)速測(cè)距誤差、司機(jī)確認(rèn)停車(chē)點(diǎn)距離及動(dòng)車(chē)組過(guò)走防護(hù)距離。對(duì)于按雙進(jìn)路設(shè)計(jì)的到發(fā)線，其有效長(zhǎng)度還應(yīng)考慮兩端的安全防護(hù)距離，如圖5所示。在新建時(shí)速為200～250 km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定及高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范中，規(guī)定到發(fā)線有效長(zhǎng)度為650 m。在650 m長(zhǎng)度構(gòu)成中考慮了450 m站臺(tái)長(zhǎng)度、95 m安全防護(hù)距離、5 m警沖標(biāo)至絕緣節(jié)的距離，并按雙進(jìn)路防護(hù)設(shè)計(jì)組成。其中，站臺(tái)長(zhǎng)度450 m，根據(jù)16輛編組列車(chē)總長(zhǎng)度428 m，兩側(cè)各考慮10 m的停車(chē)余量確定。珠三角城際軌道線路橋梁比例高，在建莞惠橋隧比例達(dá)94.75%，佛肇橋隧比例達(dá)97.76%，穗莞深達(dá)98.4%。因此，到發(fā)線長(zhǎng)度的大小對(duì)工程投資影響是非常顯著的，應(yīng)該根據(jù)珠三角城際軌道車(chē)輛特點(diǎn)、編組及列控方式等特點(diǎn)，慎重選擇確定到發(fā)線長(zhǎng)度。珠三角城際軌道統(tǒng)一采用新研制的CRH6型城際動(dòng)車(chē)，并采用8輛編組形式。根據(jù)時(shí)速200 km/h和諧號(hào)CRH6型城際動(dòng)車(chē)組的技術(shù)條件，8輛編組列車(chē)總長(zhǎng)度為200.5 m，停車(chē)安全余量為1 m［10］。考慮到城際列車(chē)采用CTCS-2+ATO功能的列車(chē)自動(dòng)控制后，安全防護(hù)距離的縮短，最終確定珠三角城際軌道到發(fā)線長(zhǎng)度為400 m。

圖5 到發(fā)線長(zhǎng)度

6.2 屏蔽門(mén)、安全門(mén)

由于采用CTCS-2+ATO功能的列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)，使珠三角城際軌道交通具備了公交化特性，發(fā)車(chē)間隔時(shí)間短。根據(jù)時(shí)速為200 km/h和諧號(hào)CRH6型城際動(dòng)車(chē)組的技術(shù)條件，珠三角城際軌道列車(chē)發(fā)車(chē)間隔，近期最小間隔按180 s設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)期按120 s設(shè)計(jì)。珠三角城際軌道交通采用在高架站設(shè)置安全門(mén)，在地下車(chē)站設(shè)置屏蔽門(mén)，確保了旅客上下車(chē)的安全。

7 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)行城市軌道交通、客運(yùn)專線及高鐵設(shè)計(jì)規(guī)范均不能完全適用于珠三角城際軌道交通項(xiàng)目。本文針對(duì)珠三角城際軌道交通的特點(diǎn)，分析和總結(jié)了城際軌道交通主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):

1)針對(duì)珠江三角洲地區(qū)內(nèi)圈層內(nèi)主要城市間1 h互通、以廣州為中心主要城市間1 h互通、三大都市區(qū)內(nèi)部1 h互通的時(shí)間需求目標(biāo)，確定了200 km/h速度目標(biāo)值。

2)珠三角城際軌道線網(wǎng)要求與國(guó)鐵線網(wǎng)互聯(lián)互通，同時(shí)列車(chē)要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行、根據(jù)限速控制速度以及精確停車(chē)，采用CTCS-2+ATO功能的列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

3)根據(jù)時(shí)速為200 km/h和諧號(hào)CRH6型城際動(dòng)車(chē)組的技術(shù)條件，參照客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定和高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范，提出線路平縱斷面主要參數(shù)，以橋梁設(shè)計(jì)活載及橋梁形式、隧道防水、車(chē)站到發(fā)線有效長(zhǎng)度等為主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并采用在高架站設(shè)置安全門(mén)，在地下車(chē)站設(shè)置屏蔽門(mén)，以確保旅客上下車(chē)的安全。

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