軌道交通市域快線快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式方案研究

黃江陽(yáng) 李?lèi)?ài)東 陳 劍 包樂(lè)培

(1.廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，510010，廣州； 2.中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，300308，天津；3.中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司廣東分公司，518052，深圳∥第一作者，工程師)

目前，國(guó)內(nèi)超大城市地鐵建設(shè)已基本完成主要城區(qū)覆蓋，處于核心區(qū)軌道網(wǎng)絡(luò)加密和快速聯(lián)系城市副中心組團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“組團(tuán)”)的發(fā)展階段。隨著運(yùn)營(yíng)距離的增長(zhǎng)和旅客通勤需求時(shí)間的縮短，新型快速軌道交通形式應(yīng)運(yùn)而生。軌道交通市域快線(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“市域快線”)作為超大城市內(nèi)聯(lián)系各大組團(tuán)的快速通道，其線路最高運(yùn)行速度已不滿(mǎn)足于傳統(tǒng)地鐵的線路最高運(yùn)行速度(80 km/h)，在建的深圳地鐵14號(hào)線已達(dá)到120 km/h，市域快線規(guī)劃研究方案中其最高運(yùn)行速度可達(dá)160 km/h，快慢車(chē)分線運(yùn)營(yíng)勢(shì)在必行。

本文基于深圳市域快線線路的功能特點(diǎn)及需求，通過(guò)對(duì)比快慢車(chē)組合運(yùn)營(yíng)和復(fù)線運(yùn)營(yíng)兩大快線建設(shè)模式的相關(guān)特點(diǎn)，研究最佳的快慢車(chē)分線運(yùn)營(yíng)模式，為深圳市乃至全國(guó)城市軌道交通建設(shè)提供快線建設(shè)借鑒思路。

1 項(xiàng)目概況

深圳市域快線，規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)速為120～160 km/h，沿西南—東北向聯(lián)系前海區(qū)、南山區(qū)、龍華區(qū)、龍崗區(qū)等組團(tuán),其主要功能為快速聯(lián)系都市核心區(qū)與東部中心，滿(mǎn)足龍崗區(qū)與龍華區(qū)往南山科技園區(qū)與前海區(qū)的通勤需求。

線路起自南山前保站，途經(jīng)前海自貿(mào)區(qū)、南山高新科技園區(qū)、龍華深圳北站商務(wù)中心區(qū)、龍崗大運(yùn)片區(qū)，終至龍崗坪地站，全長(zhǎng)63.8 km，全地下敷設(shè)；共設(shè)站24座(其中換乘車(chē)站18座)，全部為地下車(chē)站，最大站間距為6.975 km(白泥坑站至坳背站)，最小站間距為0.825 km(白石龍站至梅龍站)，平均站間距為2.700 km。其中,南山段平均站間距為1.400 km,非南山段平均站間距為3.100 km。龍崗段在科興站東側(cè)及新生站東側(cè)引出出入線,分別與沙河西停車(chē)場(chǎng)和坪地車(chē)輛段銜接。深圳市域快線平面圖截圖如圖1所示。

圖1 深圳市域快線平面圖截圖

2 國(guó)內(nèi)外案例介紹

2.1 局部四線模式

局部四線模式屬于快慢線組合運(yùn)營(yíng)，意在局部車(chē)站設(shè)置四線平行敷設(shè)，增加越行線。該模式下，慢車(chē)可通過(guò)站內(nèi)越行線避讓快車(chē)，但受追蹤最小間隔及越行線數(shù)量限制，線路系統(tǒng)能力會(huì)有一定折減。

該模式在日本筑波線、我國(guó)廣州地鐵18號(hào)線和22號(hào)線上有所應(yīng)用。以日本筑波線為例，該線路全長(zhǎng)約58.3 km，設(shè)站20座，平均站間距為3.100 km，車(chē)輛最高運(yùn)行速度為130 km/h。日本筑波線在八潮站和流山蒼鷹之森站設(shè)越行線，快車(chē)比慢車(chē)少停11站，快車(chē)全線旅行時(shí)間節(jié)省12 min，平均越行1站可節(jié)省約1 min旅行時(shí)間。 日本筑波線局部四線方案配線圖如圖2所示。

圖2 日本筑波線局部四線方案配線圖

2.2 三線運(yùn)營(yíng)模式

三線運(yùn)營(yíng)模式屬于復(fù)線運(yùn)營(yíng)模式，意在增設(shè)一條線路以滿(mǎn)足快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)調(diào)配。第三線又分為雙向運(yùn)營(yíng)和單向運(yùn)營(yíng)兩種模式。第三線的雙向運(yùn)行模式是將第三線作為輔助避讓行車(chē)線，當(dāng)快車(chē)來(lái)臨時(shí)，慢車(chē)駛?cè)氲谌€進(jìn)行避讓?zhuān)詽M(mǎn)足快慢車(chē)同時(shí)正常運(yùn)行的需求。該模式應(yīng)用于韓國(guó)首爾地鐵9號(hào)線，該線于2009年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，線路全長(zhǎng)31.5 km(一期工程全長(zhǎng)27.0 km，二期工程全長(zhǎng) 4.5 km)，共設(shè)車(chē)站30座(一期工程25座，二期工程5座)，其中快車(chē)站12座，是韓國(guó)第一條提供快車(chē)服務(wù)的線路，快車(chē)僅在主要車(chē)站?？?。快車(chē)從金浦機(jī)場(chǎng)站開(kāi)行至中央保勛醫(yī)院站約需54 min，普速列車(chē)則需86 min，乘坐快車(chē)可節(jié)省32 min，節(jié)省時(shí)間效果顯著。

第三線單向運(yùn)行模式是將第三線作為獨(dú)立運(yùn)行線路，快線單線單向運(yùn)行，主要滿(mǎn)足潮汐客流需求，早高峰由居住區(qū)開(kāi)往工作區(qū)，晚高峰再由工作區(qū)開(kāi)往居民區(qū)。該模式在美國(guó)紐約地鐵7號(hào)線(法拉盛站—曼哈頓廣場(chǎng)站)有所應(yīng)用[1]?？炻€處于同一平面，快車(chē)線在中間，兩側(cè)為慢車(chē)線。由于快車(chē)線只有一條，只能開(kāi)行單向快車(chē)。快車(chē)站臺(tái)在快慢車(chē)線路中間，同方向的快慢車(chē)換乘時(shí)不需要換站臺(tái)，快車(chē)不?？康能?chē)站不設(shè)快車(chē)站臺(tái)。紐約地鐵第三線模式在客流高峰時(shí)期為主客流方向同時(shí)提供快慢車(chē)服務(wù)，由于單方向運(yùn)營(yíng)，快車(chē)由法拉盛站至曼哈頓中心區(qū)僅需38 min。

2.3 四線運(yùn)營(yíng)模式

四線運(yùn)營(yíng)模式屬于復(fù)線運(yùn)營(yíng)模式，意在增設(shè)兩條線路以實(shí)現(xiàn)快慢車(chē)獨(dú)立運(yùn)營(yíng)。該模式在紐約地鐵的絕大多數(shù)快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)線路上有所應(yīng)用。分線運(yùn)行不會(huì)造成運(yùn)營(yíng)能力上的損失，快線較慢線而言速度相同，但?？空据^少。慢線站站停，而快線只?？枯^大的換乘站，或者采用分段停站方案。以采用該模式的紐約弗拉新線為例，快線及慢線的旅行速度分別為41 km/h、28 km/h，平均站間距分別為2.500 km、0.700 km。其相關(guān)數(shù)據(jù)可為國(guó)內(nèi)新建市域快線提供參考。

3 快慢線規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.1 快慢線運(yùn)營(yíng)模式

深圳市域快線是龍崗區(qū)、龍華區(qū)至南山區(qū)的直接快速通道，其中非南山區(qū)有快線運(yùn)營(yíng)的設(shè)置條件。列車(chē)旅行時(shí)間需控制在1 h內(nèi)，以滿(mǎn)足旅客的通勤需求。通過(guò)研究局部四線、單向三線、四線運(yùn)行3個(gè)方案，比選適合本線路的運(yùn)行模式。

3.1.1 速度目標(biāo)值

通常來(lái)說(shuō)，列車(chē)運(yùn)行距離至少在加減速度距離合計(jì)的2倍以上，列車(chē)才能達(dá)到最高速度，且勻速行駛狀態(tài)；否則，列車(chē)性能將得不到發(fā)揮，并處于頻繁起停狀態(tài)，旅行舒適度將有所降低。因此，實(shí)現(xiàn)列車(chē)最高速度的站間距宜大于列車(chē)加減速度距離合計(jì)的2倍以上。

不同速度目標(biāo)值對(duì)應(yīng)的列車(chē)加減速距離及合理站間距如表1所示。由表1可知，速度目標(biāo)值越大，所需充分發(fā)揮列車(chē)性能的站間距離也越大?；谏钲谑杏蚩炀€南山區(qū)和非南山區(qū)的平均站間距，其與速度目標(biāo)值為120～160 km/h時(shí)的數(shù)據(jù)匹配性較高。

表1 不同速度目標(biāo)值對(duì)應(yīng)的列車(chē)加減速距離及合理站間距

基于站間距,速度目標(biāo)值采用120 km/h，同時(shí)由于南山區(qū)科技園處高層建(構(gòu))筑物較多，若速度目標(biāo)值采用160 km/h，必將導(dǎo)致大量建筑拆遷，工程可實(shí)施性較差。因此在滿(mǎn)足旅客需求的前提下，降低最高速度來(lái)?yè)Q取線路平面曲線半徑取值的靈活性，故本研究選取速度目標(biāo)值為120 km/h的方案。

3.1.2 線路系統(tǒng)能力

基于速度目標(biāo)值為120 km/h的方案，針對(duì)不同快慢線運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行線路系統(tǒng)能力的測(cè)算。在不影響快車(chē)運(yùn)行的情況下，根據(jù)線路條件和列車(chē)停站時(shí)間等因素[2-3]，設(shè)計(jì)快慢車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)，通過(guò)快慢車(chē)旅行時(shí)間、發(fā)車(chē)間隔、運(yùn)能儲(chǔ)備等指標(biāo)分析線路系統(tǒng)能力。列車(chē)旅行時(shí)間是線路運(yùn)營(yíng)的重要參數(shù)，直觀地反映出全線列車(chē)的運(yùn)行時(shí)間。發(fā)車(chē)間隔是指列車(chē)運(yùn)行時(shí)間間隔，可通過(guò)高峰小時(shí)開(kāi)行對(duì)數(shù)獲得。運(yùn)能儲(chǔ)備為高峰小時(shí)輸送旅客客流與高峰小時(shí)旅客出行需求之間的關(guān)系，可直觀地反映線路系統(tǒng)能力。

不同快慢線運(yùn)營(yíng)模式下的線路系統(tǒng)能力如表2所示。由表2可知：當(dāng)采用局部四線運(yùn)營(yíng)模式時(shí)，受快慢車(chē)車(chē)速差的影響，高峰小時(shí)僅能開(kāi)行24對(duì)/h，快車(chē)發(fā)車(chē)間隔為15.6 min，運(yùn)能儲(chǔ)備僅為0.3%，應(yīng)對(duì)客流風(fēng)險(xiǎn)性較差，且隨著快車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)的增加，線路系統(tǒng)能力會(huì)進(jìn)一步折減；當(dāng)采用三線運(yùn)營(yíng)模式或四線運(yùn)營(yíng)模式時(shí)，快慢線分線運(yùn)行，互相不受影響，能夠保證客流運(yùn)輸需求，且快慢車(chē)開(kāi)行比例更高。因此建議選用三線運(yùn)營(yíng)模式或四線運(yùn)營(yíng)模式。

表2 不同快慢線運(yùn)營(yíng)模式下的線路系統(tǒng)能力

3.2 線站位方案

線路由南山中心區(qū)經(jīng)龍華深圳北站交通樞紐，終至龍崗大運(yùn)片區(qū)和坪地片區(qū)，線路周邊條件復(fù)雜。龍華區(qū)和龍崗區(qū)地處城市外環(huán)，新舊區(qū)域建設(shè)差別較大，老區(qū)城中村房屋密集、道路較窄，新區(qū)建設(shè)較好、道路較寬。南山區(qū)高樓林立、建筑規(guī)整，但其他軌道線路交錯(cuò)縱橫，對(duì)于線路敷設(shè)通道有嚴(yán)格限制。

基于該線路周邊環(huán)境特點(diǎn)，線站位方案需遵循以下原則[4-6]：

1) 快慢線站點(diǎn)應(yīng)根據(jù)客流覆蓋需要設(shè)置，盡量將快線停車(chē)站設(shè)置在換乘樞紐和早晚高峰客流量較大區(qū)域，慢線站間距宜控制在1.500 km，快線站間距宜控制在3.000 km。

2) 線路盡量選擇城市主干道敷設(shè)，在快線不停靠站點(diǎn)區(qū)間，線路可繞避居民區(qū)，以減少不必要的拆遷和噪聲影響。

3) 對(duì)于線路與其他軌道交通線路的相交點(diǎn)，應(yīng)盡量將快慢線設(shè)于同一平面通道，避免占用兩層通道而浪費(fèi)地下通道空間。

4) 線路應(yīng)根據(jù)城市道路現(xiàn)狀和規(guī)劃要求，采用大半徑曲線以保持線路平順，避免采用小半徑曲線而限制全線最高速度取值。

采用四線運(yùn)營(yíng)模式，在線路與其他軌道交通立交段快慢線無(wú)法處于同一平面，需占用二層地下通道。三線運(yùn)營(yíng)模式在線站位敷設(shè)方案上較為節(jié)省地下空間。局部四線方案車(chē)站需增設(shè)2條越行線，車(chē)站寬度較大，較三線和四線運(yùn)營(yíng)的車(chē)站規(guī)模大，對(duì)于車(chē)站周邊地下空間要求較高，局部地段存在大量拆遷影響。

3.3 車(chē)站布設(shè)形式

局部四線方案意在通過(guò)增設(shè)越行線[7]來(lái)滿(mǎn)足快車(chē)過(guò)站而不影響慢車(chē)?？康男枨?，越行線在外側(cè)，停車(chē)線在內(nèi)側(cè)。四線運(yùn)營(yíng)方案地下站的常用形式為雙島四線，列車(chē)同向同站臺(tái)?？浚瑑?nèi)側(cè)為快線，外側(cè)為慢線。三線運(yùn)營(yíng)方案地下站的常用形式為兩島三線，快線設(shè)中間，兩側(cè)為慢線。

不同快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式下的車(chē)站常用布置圖如圖3所示。局部四線方案增設(shè)兩條快車(chē)越行線，車(chē)站規(guī)模較大。但三線運(yùn)營(yíng)模式和四線運(yùn)營(yíng)模式的快車(chē)停靠車(chē)站在局部空間受限地段可采用疊線布設(shè)，有效避免了地面建(構(gòu))筑物的拆遷。對(duì)于道路寬度不富裕的地段，三線運(yùn)營(yíng)模式和四線運(yùn)營(yíng)模式優(yōu)勢(shì)較為明顯。

圖3 不同快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式下的車(chē)站常用布置圖

3.4 工程投資

3個(gè)快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式中，局部四線模式雖造價(jià)較小，但無(wú)法滿(mǎn)足旅客通勤時(shí)間要求；四線運(yùn)營(yíng)模式功能齊全、體量較大、造價(jià)高昂(較三線運(yùn)營(yíng)模式多15.34%)。根據(jù)客流測(cè)算，該線的遠(yuǎn)期高峰小時(shí)客流量為51 100人，而四線運(yùn)營(yíng)模式可以提供128 160人/h的輸送能力，大大超過(guò)客流需求，會(huì)造成一定的資源浪費(fèi)。單向三線可提供64 080人/h的輸送能力，較滿(mǎn)足客流需求。不同快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式下的工程投資如表3所示。

表3 不同快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式下的工程投資

3.5 3種運(yùn)營(yíng)模式分析

3種快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式的差異較為明顯，線路系統(tǒng)能力隨著工程投資的增長(zhǎng)而顯著增長(zhǎng)。局部四線方案較為經(jīng)濟(jì)，能夠滿(mǎn)足一定的快車(chē)通行需求，但無(wú)法滿(mǎn)足長(zhǎng)大距離的快速通勤需求。三線運(yùn)營(yíng)模式可滿(mǎn)足單向通勤需求，是解決潮汐客流的最優(yōu)解，但車(chē)站三線并行敷設(shè)，占地較多，工程投資較局部四線方案多。四線運(yùn)營(yíng)模式可滿(mǎn)足超大城市內(nèi)各大組團(tuán)間的快速聯(lián)絡(luò)，不僅能滿(mǎn)足一個(gè)中心區(qū)的通勤需求，還可滿(mǎn)足沿線各大中心就業(yè)區(qū)的通勤需求，但其占地規(guī)模較大，工程投資也最多，選擇此方案時(shí)應(yīng)詳細(xì)研究及預(yù)測(cè)遠(yuǎn)期客流形態(tài)與需求。

針對(duì)不同組團(tuán)間的客流需求和客流特征形態(tài)，選出最適宜的快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式來(lái)解決城市內(nèi)旅客快速通行的需求。不同快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式方案比較如表4所示。

表4 不同快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式方案比較

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于深圳市域快線，研究了3種市域快線快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式設(shè)置，獲得以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1) 隨著城市的擴(kuò)張，新區(qū)不斷建設(shè)，線路長(zhǎng)度隨之有所增長(zhǎng)，對(duì)于旅行速度的要求也越來(lái)越高。獨(dú)立運(yùn)行的快線勢(shì)在必行，復(fù)線運(yùn)行模式是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

2) 快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式需要根據(jù)線路特點(diǎn)和旅客需求進(jìn)行選擇，綜合比選得出結(jié)論，避免功能過(guò)剩而造成資源浪費(fèi)。

3) 工程應(yīng)根據(jù)線路條件和線路周邊控制點(diǎn)情況，分段選擇適宜的線路要素設(shè)置，而不是一味要求全線統(tǒng)一高速運(yùn)行。

4) 三線運(yùn)行模式作為快慢車(chē)運(yùn)營(yíng)模式設(shè)置的一個(gè)重要方式，在周邊建設(shè)條件和工程投資有所限制的情況下，是值得采用的、能滿(mǎn)足基本通勤需求的有力保障模式。