温州市域铁路系统制式研究

2019-03-23宋唯维余攀

中国铁路 2019年1期

宋唯维，余攀

（1.同济大学浙江学院交通运输工程系，浙江嘉兴 314000；2.中铁第四勘察设计院集团有限公司线路站场设计研究处，湖北武汉 430063）

0 引言

每个城市各具特色，城市规模、结构、发展方向不同，交通需求也不同，解决城市交通问题的方式和方法也不同。不同的城市结构、功能区域和服务对象，需要不同的轨道交通服务层级和制式体系。各层级轨道交通间良好地衔接配合，才能更好地发挥轨道交通网络的整体服务效益。

轨道交通系统制式较多，制式的选择决策是一项多因素、复杂的系统工程，直接关系到一座城市整个轨道交通系统的功能定位和服务水平。科学合理地选择轨道交通系统制式，对建设节约、高效、便捷的交通系统，提高轨道交通的社会经济效益具有重要意义。

市域铁路作为城市综合交通系统中非常重要的一个层级，近年得到快速发展，很多城市正进行市域铁路建设。但对市域铁路制式选择决策方面的研究仍未形成系统的理论和方法，对市域铁路制式选择进行研究有一定的现实意义。

1 制式选择的原则

每种轨道交通都有其特定技术特点和适应条件，需要依据城市规模、城市空间结构、人口规模、城市交通特征、环境影响、轨道交通线网规划及各条线路的客流特征、线路长度、工程手段、技术经济等诸多因素来确定交通系统制式[1-3]。市域铁路制式选择是为寻找符合城市特征和客流需求并经济合理的轨道交通方式，总体上应遵循“满足需求、以人为本、技术可行、经济合理”的基本思路。市域铁路系统制式选择基本原则如下：

（1）系统制式应满足线路的运输能力。

（2）满足市域范围内通达的时间目标值。一般建议城市核心区与周边主要区域通达时间在1 h以内。

（3）符合线路功能定位。线路功能定位从一定程度上决定了该线路乘客的出行特征，线路制式选择应符合线路功能定位。

（4）能够与多层级轨道交通网络融合。

（5）资源共享。若市域铁路独立成网，网络系统制式宜统一，以发挥规模效益；若市域铁路位于多层级的城市轨道交通线网中，则应结合既有和规划城市轨道交通系统制式统筹谋划，但系统制式种类宜控制在1～2种。

（6）优先采用技术可靠性与成熟度较高的系统制式。

2 速度目标值的选择

速度目标值是市域铁路重要的技术标准之一，是确定线路标准、工程规模、车辆选型、设备配置的基础。速度目标值的确定是市域铁路制式选择的一项重要前置因素。

在确定时间目标值和深入分析客流特征的基础上，研究不同速度目标值的工程投资、与时间目标值的适应性、与车站分布的适应性等，进而确定合理的速度目标值。

市域铁路的速度目标值选取为：100、120、140、160 km/h。

在选择速度目标值时，主要进行以下方面的比较：

（1）不同速度目标值工程投资比较。

（2）不同速度目标值与时间目标值的适应性分析。

（3）不同速度目标值与站间距的匹配性：对站站停和大站快车2种开行方式进行分析。

（4）不同列车运行速度的效能分析。

（5）速度目标值对系统制式的影响分析。

3 制式选择的方法与步骤

市域铁路制式选择主要采用系统综合分析、定量计算和定性分析相结合的方法，主要步骤和分析内容如下：

（1）城市规划分析。

（2）城市客流特征分析。

（3）城市轨道交通多层级线网规划分析。

（4）线路速度目标值分析。分析速度目标值对制式选择的影响。

（5）车辆选型分析。对2种制式车辆从运营成本、车辆购置费、车辆维修、工程投资、资源共享、牵引能耗等多方面进行分析比较。

（6）环境影响分析。分析线路不同敷设方式和不同供电制式对城市环境的影响。

（7）项目工程本身特点分析。从线路长度、敷设方式、车站分布等方面分析项目特点。

（8）市域铁路线网规划及资源共享分析。

（9）从市域铁路整个线网系统资源共享方面，分析采用直流和交流的优缺点。

（10）土建工程分析。从线路敷设方式等方面对不同制式进行分析。

（11）牵引供电系统分析。对单相工频25 kV交流和直流牵引供电制式、双制式/多制式供电进行分析比较。

（12）工程投资分析。从线网和单个项目的角度对交、直流牵引供电制式投资进行分析比较。

4 温州城市轨道交通网规划

温州城市轨道交通线网远景推荐方案为“市域铁路+大运量轨道交通”的双层级系统，由3条市域铁路S 线、4条轨道交通M线组成，线网总规模402.25 km。其中，市域铁路S 线总长277.38 km，轨道交通M 线总长124.87 km。

市域铁路层级：包含S1、S2、S3三条线路，以远景都市区“5主6辅”组团形成的结构为基底构建，主要提供都市区范围内的交通供给。市域铁路线网规划示意见图1。其中，S1线全长80.69 km，设车站31座，平均站间距2.69 km[4]；S2线全长92.81 km，设车站25 座，平均站间距3.87 km[5]；S3线全长103.88 km，设车站32座，平均站间距3.35 km[6]。

大运量轨道交通层级：包含M1、M2、M3、M4四条线路，主要提供中心城市范围内的交通供给，以远景中心城市多个核心和功能组团环大罗山形成的结构为基底构建，并在各个核心区相交。

此外，规划M1 线南段（31.03 km）、M3线北段（24.77 km）、M4线瓯飞段（32.55 km）、S3线北段（19.90 km）作为远景预留线，S2线远景预留向台州方向延伸条件。

图1 温州市域铁路线网规划示意图

5 S3线制式选择

5.1 概况

温州市域铁路S3线纵贯温州南北（见图2），其中一期、二期工程线路全长60.83 km。

图2 温州市域铁路S3线平面示意图

一期工程：温州（含）—鳌江（含），线路全长50.64 km，其中地下线长2.40 km，山岭隧道长4.84 km，高架线长43.11 km，路基长0.29 km，桥隧比例为99.4%，设车站15座，平均站间距3.38 km[6]。

二期工程：黄田（含）—温州（不含）（AK8+350—AK19+300），线路长10.19 km，全部为地下线，设车站5座，平均站间距1.90 km，设有黄田停车场[6]。

5.2 客流预测

根据客流预测，S3线初期（2020年）高峰小时单向最大断面流量为1.12万人次/h，近期（2030年）高峰小时单向最大断面流量为1.79万人次/h，远期（2045年）高峰小时单向最大断面流量为2.41万人次/h[6]（见表1），因此，S3线具备中运量轨道交通系统特征[7]。

表1 S3线客流预测结果[6]

5.3 线路特点分析

S3线一期工程线路长度近51 km，以高架敷设为主，平均站间距较大，完全符合市域快速轨道交通系统特征；二期工程线路长10.19 km，均为地下敷设，平均站间距较小，既符合市域快速轨道交通系统特征，又符合地铁或轻轨系统特征[7]。

5.4 速度目标值选择

5.4.1 时间目标值

出行时间目标为主城中心区与大都市核心区最远片区中心间的出行时间控制在1 h以内。结合温州综合交通规划城市轨道交通发展目标及S3线较长的特点，为更好吸引客流，主城中心区（温州站）至瑞安中心区（人民路站）的时间目标值应控制在40 min以内，至平阳城中心区（鳌江站）的时间目标值应控制在60 min以内；远期黄田—鳌江的时间目标值应控制在80 min以内。

5.4.2 速度目标值

S3线黄田—鳌江全长约60.83 km，全线平均站间距为3.03 km，为更好地发挥车辆运行效率，速度目标值不宜过高；同时由于站间距较一般城市轨道交通站间距大，也不宜采用城市轨道交通普遍采用的80 km/h的最高运营速度。

根据前文分析，温州—鳌江的时间目标值应控制在60 min以内。通过牵引计算，各站停时30 s时，不同速度目标值下温州—鳌江的旅行时间见表2。

表2 不同速度目标值下温州—鳌江的旅行时间 min

由表 2可看出，100、120、140 km/h速度目标值均可满足温州—鳌江的时间目标值要求。其中，140 km/h速度目标值优势较大，与100、120 km/h相比，140 km/h速度目标值与S3线功能定位更加吻合，更适应市域铁路客流特点的需求。

5.5 制式备选方案确定

5.5.1 适应项目特点方面

S3线一期工程：温州（含）—鳌江（含）具有线路较长、站间距较大、但线路客流相对较小的特点。根据表2，该段采用140 km/h速度目标值较为合适。从目前轨道交通车辆来分析，采用市域铁路车辆较为合适。

S3线二期工程：黄田（含）—温州（不含）穿越温州主城区，具有线路短、站间距较小、客流大的特点。该段采用80～140 km/h的速度目标值均可满足要求。可采用的车辆有：地铁车辆、轻轨车辆、中低速磁悬浮车辆、市域铁路车辆。

5.5.2 线网规划方面

温州市域铁路线网由3条线组成，线网总长277.38 km，规划设站88座，平均站间距3.15 km[6]。尤其是沿海边敷设连接沿海铁路雁荡山—苍南的S2线，平均站间距达3.87 km，对时间目标值及速度目标值要求更高。

从市域铁路线网规划方面分析，采用高速度目标值的轨道交通制式更有利于轨道交通线网整体效益的发挥。

5.5.3 轨道交通制式成熟度方面

根据温州地区的规划、地形、地质、气候等因素综合考虑，采用成熟的钢轮钢轨体系作为市域铁路制式的备选方案比较合适。

5.5.4 制式备选方案

温州市域铁路S3线确定2个制式备选方案。

方案1：S3线全线采用市域快速轨道交通制式，车辆采用国产交流市域铁路车辆。

方案2：S3线一期工程采用市域快速轨道交通制式，车辆采用国产交流市域铁路车辆；二期工程采用地铁或轻轨制式，车辆采用地铁或轻轨车辆。

5.6 方案综合比选

分析2个备选方案，只需对二期工程采用的2种制式进行比选。

5.6.1 工程经济性比较

（1）土建工程。采用市域铁路车辆和地铁车辆在设计限界、设计荷载等方面不同，引起区间隧道、轨道、车站建筑等设计标准、体系有较大差异，进而引起工程投资的差异。黄田（含）—温州（不含）5座地下车站采用明挖施工，区间采用盾构施工。经对2种制式线路土建工程进行比较，采用交流市域铁路车辆土建工程增加投资约4.5亿元（见表3）。

表3 市域铁路车辆与地铁车辆土建工程投资比较

（2）车辆段。交流市域铁路车辆相比较于地铁车辆而言，检修基地相当于地铁的厂架修车辆段，运用所相当于地铁的定临修车辆段，停车场功能基本相似（地铁或轻轨停车场设有洗车机）。比较市域铁路车辆和地铁车辆的检修修程及检修周期发现，市域铁路车辆检修周期长，检修成本低，全生命周期中检修停驶时间短。地铁车辆的列检及停放需要在库内，所有车辆段及停车场都需要修建停车列检库[8-13]，每列配属车需要建筑面积约900 m2，按照S3线二期工程设置1个车辆段计算，需增加约9 000 m2停车列检库，增加投资约0.4亿元。

从整个线网的角度计算，市域铁路车辆与地铁车辆的维修设备购置费用相差不大。因此，从车辆检修设施方面考虑，市域铁路车辆制式优势明显。

（3）车辆购置费。按照每公里配属6辆车考虑，S3线二期工程需要配属车辆约62辆，约11列。市域铁路车辆造价950万元/辆，地铁车辆按A型车880万元/辆计算，配属车辆62辆，采用市域铁路车辆较采用地铁车辆增加投资约0.43亿元。

（4）牵引供电。采用市域铁路车辆在供电制式方面可节省投资1.22亿元（见表4）。