黄志相 余浩伟 李 涛

(中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031)

1 概述

齿轨铁路是在普通轮轨铁路系统基础上引入一种登山铁路的助力机构，即在常规铁路轨道中间平行增设一条齿条，并在齿轨车辆的转向架上装备齿轮装置，依靠齿轮齿轨啮合力代替常规黏着力，为车辆提供强大前进动力。

齿轨铁路是一种“小而美”的新型旅游轨道交通方式，具有爬坡能力强、占地小、绿色环保、投资省、自成系统、独立运营、低运量等特点，能够适应超大坡度的登山需要，在山地景区内部具有十分独特的作用。若应用得当，齿轨铁路将成为游客欣赏景区的最佳方式，如攀上“欧洲之巅”的瑞士阿尔卑斯山少女峰齿轨铁路，已成为游客雪山之旅的一道风景。齿轨铁路在国外应用相对较多，第一条齿轨铁路已经安全运营150余年，世界上已建成的齿轨铁路有180多条，总里程超过3 000 km[1]。

国内齿轨铁路多应用于煤矿运输，较少应用于景区旅游轨道交通，且缺乏国家及行业层面的齿轨铁路规范和标准。目前，国内已经有多个省开展了齿轨铁路规划建设、技术攻关和应用。

已有部分学者对齿轨铁路设计进行探索：喜来介绍欧洲少女峰齿轨铁路应用特点[1]；冯帅研究国外齿轨铁路应用情况及齿轨铁路制式特点，并分析齿轨铁路爬坡能力、运输能力、建设成本、运行速度等指标[2]；尚勤等梳理了国外齿轨铁路及车辆特点、发展历史、应用等现状，并对齿轨车辆的技术发展趋势进行预测[3-4]；李三兵对长白山旅游轨道交通示范线方案进行论证和比选[5]。在前人研究的基础上，结合齿轨铁路设计工作实践，对景区齿轨旅游线路总体设计进行了疏理和总结，旨在为景区齿轨铁路总体设计提供参考和借鉴。

2 总体设计

景区齿轨铁路通常服务于景区内部或景区之间，属于旅游专线性质。齿轨铁路一般在景区内部自成体系，独立运营。这一特点决定景区齿轨铁路总体设计不同与常规铁路，齿轨铁路更注重系统设计、逐步深化的原则，结合景区总体规划、景区交通规划和景点分布特征，围绕如何提高乘客旅游观光体验，以总体设计统筹各专业设计，最终实现建设意图[6-8]。以下结合某景区内齿轨旅游铁路项目进行分析和总结，其主要技术标准见表1。

表1 主要技术标准

2.1 齿轨铁路上位规划

齿轨铁路通常服务于旅游景区内部或景区之间，为符合国家相关法律法规，宜将齿轨铁路纳入景区相关规划或交通规划。旅游规划通常包括区域旅游规划、城市旅游规划、景区景点规划等，在上位规划编制前，应将齿轨铁路纳入(尤其是纳入景区规划)，以提供建设依据[9-12]。如四川省于2019年5月发布《四川山地轨道交通规划》，规划了23条山地轨道交通线路，其中涵盖了多条齿轨铁路，为后期建设实施提供依据。同时，四川省发布DB51/T 2542—2018《山地(齿轨)轨道交通技术规范》，为设计提供依据和标准。有了以上基础，后期建设就可以做到有的放矢。

四川某旅游景区齿轨铁路，项目研究前期已纳入《四川山地轨道交通规划》，并且作为景区整体方案设计子项目，除齿轨铁路外，景区整体设计方案中还有游客服务区及配套附属设施、自驾车营地服务及配套设施、沿湖栈道及景观、登山游步道和观景平台等。齿轨铁路作为景区整体方案设计的子项目，在项目对环境影响和财务收益方面，有利于支撑齿轨铁路的建设必要性、可行性和经济性等，同时避免景区内各建设项目相互冲突或重复消耗资源。

2.2 设计速度选取关键在“慢游”

设计速度是常规铁路极其重要的技术标准，速度目标值一旦选定，则决定了线路平、纵断面的主要技术指标及机车车辆选择。速度目标值一般应根据运输需求、工程条件等因素经技术经济比较后确定[13-16]。但对于景区齿轨旅游线路，设计速度却显得“没有那么重要”，一是齿轨设计速度本身不高，最高速度一般不超过40 km/h，其最小平曲线半径可低至200 m;二是因为景区内部旅游线路重点不在“快旅”，更注重“慢游”，且景区线路长度大多数不超过10 km，故景区齿轨线路对高速度的需求不大。从另一方面看，齿轨铁路是以“大坡度”牺牲了“高速度”，故最重要的技术标准主要在于线路最大纵坡区段，而非高速度区段。

2.3 根据景区地形特点和登山需要，合理选取线路最大纵坡

最大坡度是齿轨铁路最重要的技术标准之一，它不但直接决定齿轨铁路的工程数量和投资，还影响齿轨系统的选择。齿轨系统最大纵坡范围较大，涵盖了0～480‰纵坡范围(见表2)。

表2 主要齿轨系统与最大纵坡

线路最大纵坡选择需综合考虑景区地形特点、景区登山需要、齿轨系统类型、齿轨车辆类型及工程投资等因素。纵坡选择过小，会造成线路展线过多，足坡率高，线路长，投资高；纵坡选择过大，会造成线路足坡率低，纵坡能力虚糜，齿轨车辆动力浪费，车辆及齿轨系统投资高。因此，线路最大纵坡应结合景区登山需要，因地制宜合理选择。

以四川甘孜某景区齿轨旅游线路为例，根据景区地形特点，选取方案1(线路最大纵坡250‰)和方案2(线路最大纵坡350‰)进行分析比较，线路分别长2.2 km和2.1 km，方案1中有2座桥梁(355延米)，方案2全为路基无桥梁，工程投资分别为27 440万元和19 860万元。由于线路纵坡较大，两方案线路长度相差不大，但由于齿轨配套系统及齿轨桥梁费用差异，方案1(线路最大纵坡250‰)较方案2(线路最大纵坡350‰)增加工程投资7 580万元，增幅高达38%。故线路最大纵坡不同带来的投资差异，在整个项目的财务内部收益率方面有可能起决定性作用。

2.4 根据景区景点分布敷设线站位

游客来到景区目的，一是景点的观感体验；二是齿轨列车大坡度爬升的特色交通体验。考虑到不同景区的线形特征不同，齿轨交通线站位方案应在景区规划的指引下因地制宜布设。若景区景点分布呈环形，为避免游客走回头路，齿轨线路也应按环形线路设计，并在集中片区景点和方便拍摄的地点设置站点，方便乘客集散并近距离游览；如景区景点呈长条形，齿轨线路应在减灾选线[9]和地质选线基础上顺应地形，串联各景点，并在合适位置设游客集散点。通过齿轨线路的引导，可规范化地组织游客进行生态旅游活动。同时，线站位方案应避开风景名胜区的核心区和缓冲区，使得景区生态环境得到有效保护，并促进旅游资源长效利用和可持续发展。

以四川某齿轨线路为例，以游客观光车到达末端为齿轨线路起点，中间以串联湖边各景点为原则敷设线路，终点设于湖景末端，为提高观赏性和发挥齿轨大坡度优势，全线均以路基形式敷设，见图1。

图1 线站位示意

2.5 减少道岔，设置环形线路

道岔通常是线路的薄弱环节，齿轨道岔又属非标产品，造价和维护费用均较高，每组齿轨道岔出厂价从150万元至数百万元不等，实现量产后其价格有望下降。为降低项目投资和运营维护成本，一般宜少设或不设齿轨道岔。景区通常位于气候环境恶劣或海拔较高的地方，道岔养护维修困难，道岔故障率较高，一旦出现故障停运，将对景区将造成恶劣影响，从而造成不可估量的损失。列车通过道岔地段，一般需限速，会降低列车通行效率，当列车突然降速时，也会对游客心理造成急躁情绪，不利于游客体验。为减少道岔，景区内部双线铁路可在线路起始和终端设置成环形线路，类似灯泡形状；单线铁路则设置成大环形，并在景区内部成圈运营。环形线路可减少至少4组齿轨道岔。

2.6 减小工程建设影响，整体打造绿色旅游通道

作为旅游景区铁路，应为景区游客提供便捷、方便舒适的交通体验，提高旅游观光功能，对全线路基、桥梁、隧道洞口及相关附属工程进行整体打造，形成与旅游规划发展目标相匹配的景观形态，打造绿色旅游通道，形成“车在路上走，人在画中游”的效果。

在齿轨铁路规划设计、施工建设、运营中，应遵循绿色环保、系统优化的绿色发展理念，在铁路全寿命周期内融入自然景观，缓解、降低齿轨铁路对自然环境负面影响的措施，强调项目与周边地域景观环境的协调融合，促进人与自然、动植物的和谐相处。

2.7 灵活开行齿轨旅游列车

旅游景区齿轨铁路多为小运量，为节省景区运输成本，提高经济效益，可根据淡旺季运营特点和实际游客排队人数，灵活调度列车，缩短游客候车时间。在国家法定节假日，游客呈现高度集中的时间段，应按旺季最高峰安排齿轨列车上线运营。针对突发超大客流，在保障列车安全距离的情况下，可尽量缩短发车间隔，采用“人坐满、即发车”的运输方式，提高铁路行车密度；在淡季游客相对较少的时间段，只安排少量列车上线运营，其余列车则留在维修间备用。同时，适当安排部分票价高的豪华车次或席位，满足部分高端游客乘坐需求，并提高运输收入。另外，可以根据游客实际到达和离开景区的时间，合理制定列车开行时刻表并动态调整。

2.8 建立系统完备的故障救援体系

齿轨列车一旦发生故障，列车将无法正常运营，不仅给游客留下不好的旅游体验，还将影响景区的经济收入，故齿轨铁路安全运营及快速救援能力十分重要。

景区齿轨铁路一般具有“一线一基地”、线路里程短、站间距小、车辆基地“精致小巧”、线路坡度大等技术特点，为保证安全运营和故障救援的需要，根据可能突发事件，应事先分类制定各种应急预案。景区齿轨铁路一般采用乘客就地快速疏散方式，乘客可就地待援或沿路基面平台步行至附近站点，故障列车则利用自身动力或由其他列车牵引至邻近车站。

3 结语

根据齿轨铁路技术特点，结合实际工程案例，总结景区齿轨旅游铁路的总体设计原则和主要内容，对国内开展齿轨铁路设计具有较强现实意义和参考价值。

景区齿轨旅游铁路的总体设计应首要做好齿轨铁路上位规划；设计速度选取关键在“慢游”，而非“快旅”；根据景区地形特点和登山需要，合理选取线路最大纵坡；根据景区景点分布特征和景点路线走廊，敷设线站位方案；减少道岔设置，齿轨线路设置成环形；减小工程建设影响，整体打造绿色旅游通道；根据景区游客乘坐规律，灵活开行齿轨列车；建立系统完备的故障救援体系。