马红伟

(1.轨道交通工程信息化国家重点实验室(中铁一院)，西安 710043；2.陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院)，西安 710043)

1 成渝中线高铁概况

成渝中线高铁位于我国西部地区人口密集、社会经济较发达的成渝城市群，连接区域内成都、重庆两大核心城市。线路西起成都枢纽成都站，向东顺直引线，经东部新城、乐至、安岳、大足等区县引入重庆枢纽重庆站，运营长度(成都站至重庆站)276.84 km，新建长度260.08 km。全线共分布成都、东部新城、乐至、安岳、大足、沙坪坝、重庆等7处车站，平均站间距离46.14 km，最大站间距离71.47 km(大足北—沙坪坝)，最小站间距离8.40 km(沙坪坝—重庆)。

本线主要承担成渝双城间城际客流，两端通过成都、重庆两大枢纽联通沿江、渝长厦等客运主通道，兼顾成都平原与沿江、湘闽等地之间的区际交流；是成渝双城间城际客运主通道和长江经济带综合立体交通走廊的组成部分。

根据运量预测，本线初、近、远期区段客流密度分别为1 424、1 730、1 990万人/年，开行动车组对数分别为69、86、108对/d，其中成渝双城间城际客车以8辆编组为主、区际长途客车以16辆编组为主；远景年输送能力为单向3 000万人次。

成渝中线高铁平、纵断面示意见图1。

2 建设更高标准铁路必要性分析

成渝城市群地处“一带一路”、长江经济带的交汇点，是国家推进新型城镇化的重要示范区，成都、重庆是成渝双城经济圈核心城市，两市文化相近，地缘相邻；加快两市产业、人口及各类生产要素的合理流动和高效聚集，是促进区域社会经济发展的必由之路[1]，也是落实国家区域经济发展战略部署的重要措施；推动成渝地区双城经济圈建设，对于形成西部高质量发展的重要增长极，打造内陆开放战略高地具有重要意义。

目前，连接两市的高标准铁路主要有成渝高铁[2]，该线是成都平原东出华中华东、南下华南的客运主通道，主要承担成都平原及沿线地区至华中华东、华南的区际旅客交流以及成内渝沿线客流，已不宜也无能力再承担成渝双城间日益增长的直通城际客流需求。本项目是成渝双城间最顺直、最快捷的城际客流主通道，主要承担成渝间直通城际客流，兼顾成都平原及沿线地区东出或南下中长途客流。项目的建设对实现两大中心城市的高效、优质连接，打造我国经济增长第四极、建设具有国际影响力的世界级城市群具有重要意义[3]。基于本项目功能定位、建设意义和成渝两大核心城市间直通城际客流便捷、快速、高品质的出行需求，本线应采用更高的技术标准。

另外，我国高铁技术经过多年实践和发展，目前已具备突破现有标准的储备和条件，国家在《交通强国战略纲要》和《基础设施高质量发展意见》中明确提出了“合理统筹安排更高标准轨道交通”的发展战略和要求。本项目线路长度、工程规模、工程难度适中，工程形式齐全，建设意义重大、必要性突出，具有践行交通强国战略[4]、集成实践我国高铁科研试验和技术创新成果的条件和优势；采用更高标准对落实交通强国战略、保持我国高铁技术的世界领先地位、引领我国乃至世界高速铁路向更高层次发展具有重要意义。

综上，本项目采用更高技术标准，是满足双城间直通城际客流快速、便捷、高品质出行的需要，是实现项目功能定位和建设意义的需要，是践行交通强国战略、引领我国乃至世界高速铁路向更高层次发展的需要。

3 更高标准铁路系统制式研究比选

考虑项目特点并结合《交通强国建设纲要》科技创新要求，本次研究了400 km/h级轮轨系统、600 km/h级磁悬浮系统以及1 000 km/h级真空管道运输系统等3个方案。

真空管道系统：真空管道运输系统是一种无空气阻力、无摩擦的运输形式。技术原理是在地面或地下修建一个密闭的管道，用真空泵抽成真空或部分真空，组织列车运行，行车阻力小、运行能耗少，同时降低噪音、减少对环境的污染。目前相关院校和科研部门正在对1 000 km/h级真空管道运输系统进行前期研究，但仅停留在理论研究阶段，关键技术尚有待突破[5]，还不具备进行大规模工程应用和实践的条件，经研究后予以放弃。

轮轨系统方案：400 km/h级轮轨系统是在现有350 km/h级高铁标准的基础上进行技术延伸，使线路标准满足400 km/h动车组运行要求，目前我国已开展多次超过400 km/h的运行试验，积累了丰富的试验经验，同时满足400 km/h动车组列车技术方案已通过国家评审，样车已下线。400 km/h级速度等级是轮轨系统未来发展主要方向。采用轮轨方案，线路西起成都枢纽成都站，顺直向东接入沙坪坝站并利用在建成渝高铁配套工程引入重庆枢纽在建重庆站，线路全长276.84 km，其中新建长度260.08 km，全线运行时分55 min。

磁浮系统方案：磁浮轨道系统是一种运用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理、依靠电磁力使车厢悬浮并行走的轨道运输方式，有常导和超导两种类型。常导式磁浮，运行速度较低，用感应线性电机来驱动；超导式磁浮线路速度较高，可实现400 km/h及以上，用同步线性电机来驱动，技术难度较大。目前我国满足600 km/h的高速磁浮列车样车已下线，正在进行试车试验。采用高速磁浮方案，项目起终点车站位置及线路方案与400 km/h轮轨方案基本相同，线路全长270.13 km；系统采用常导长定子磁浮系统[6]，参照TB 10630—2019《磁浮铁路技术标准(试行)》进行相关设计，全线运行时分约40 min。

结合现状技术发展体系，主要对轮轨系统方案和磁浮系统方案进行综合分析，两大方案经济技术特征及优缺点分析如表1所示。

表1 不同系统制式经济技术特征及优缺点比较

综合分析比选及推荐意见：比较而言，600 km/h磁浮方案虽然列车运行时分可缩短约15 min，噪声等环境影响也相对较小，但由于空气阻力与速度的平方成正比关系，系统能耗大幅增加；从工程造价来看，600 km/h磁浮系统是400 km/h轮轨系统的2.0～3.0倍。目前，我国已建成的上海、北京、长沙等磁浮线运营距离短，运营实践经验还在不断总结，磁浮技术相关研究则主要集中在中低速范围；总的来看，600 km/h磁浮系统还缺乏系统成熟的应用方案，本线长达270 km，采用磁浮系统风险较大。同时，由于磁浮系统与既有路网互不兼容，跨线列车无法上线运行，融合性、协调性较差，削弱了本线功能。综合考虑，本次推荐轮轨方案。

4 速度目标值研究

4.1 客流特征及时间目标值

客流特征：本项目是成渝间城际客流最快捷主通道、沿江高铁通道的组成部分，主要承担成渝间及沿线城际旅客出行，兼顾部分成都平原及川东地区至华中、华东、华南的中长途区际跨线旅客出行。其中成渝及沿线间城际客流占比约70%，中长途跨线通道客流占比约30%。

时间目标值：本项目是落实国家区域经济发展战略和基础设施高质量发展的支撑性、标志性项目，《成渝城市群铁路网规划研究(2018-2035年)》提出成渝双核间1 h到达，《交通强国建设纲要》也明确“都市区1 h通勤”的发展目标。本项目以显著提升成渝双城间城际客流运输服务能力和水平为核心[7]，因此成都至重庆时间目标值宜为1 h。

4.2 我国高铁技术现状、积累及未来发展分析

我国已建成世界上路网覆盖面积最大的高速铁路网，拥有350 km/h高速铁路设计和验收标准。在京沪高铁、京津城际等积累了350 km/h运营经验，在京沪、京广等60余条350 km/h高速铁路线路上组织开展了联调联试，积累了大量测试数据；在京沪、郑徐高铁上开展了累计行车里程2.7万km的400 km/h综合试验，积累了丰富的高铁科研试验经验。

近年来，铁科院完成了更高速度铁路关键技术标准研究、新一代高铁技术及标准研究、400 km/h高铁关键技术研究等重大科研项目，分析了我国高速铁路线路、隧道、接触网、动车组等设施设备在不同速度等级下的安全性、舒适性指标的统计特征和概率分布，获得了高速铁路关键技术参数在不同速度条件下的变化规律[8]。2019年8月，时速400 km的动车组设计方案通过国家评审，目前中车集团青岛四方、长客满足400 km/h速度等级的复兴号动车组列车样车已下线，正在进行相关检测试验。

截止目前，我国高铁室外最高试验速度达到了486 km/h，国外轮轨系统室外最高试验速度达到了574 km/h。有关研究试验表明，轮轨系统能耗、噪声与速度的平方成正比关系，是影响高铁速度进一步提高的主要控制因素。列车速度达到400 km/h以上后噪声及能耗将明显增加，振动问题也逐步凸显，需对动车组性能和轮轨关系、弓网关系予以改进[9]；目前中国中车下线的动车组设计参数已满足现行规范环境指标要求，结合基础设施创新技术，上述问题已得到解决。速度达到450 km/h后需要进一步研究新的应对方案，由于空气阻力是能耗增加的主要因素[10]，要大幅改善存在较大的技术难度。速度达到500 km/h及以上时，要完全合理解决将十分困难，从技术经济的角度看，航空运输、磁浮等交通运输方式优势将逐步显现。

4.3 速度目标值方案构成及对比分析

4.3.1 速度目标值方案构成及说明

根据项目功能定位和时间目标值，结合我国高铁技术工程实践和技术积累，主要研究了350 km/h、350 km/h预留400 km/h、400 km/h、450 km/h四个速度目标值方案。考虑国内450 km/h高铁技术缺乏全面系统的研究和试验，且行车速度达到450 km/h时噪声控制、能耗等问题突出[11]，目前还没有形成完整、成熟的意见和解决方案，因此经研究后予以放弃，重点对350 km/h、350 km/h预留400 km/h、400 km/h三个方案进行分析比选。

3个方案线路走向、枢纽引入、车站布设基本一致，仅由于350 km/h方案最小曲线半径采用一般7 000 m、困难5 500 m[12]，350 km/h预留400 km/h方案和400 km/h方案最小曲线半径采用一般9 000 m、困难7 500 m，引起局部线位和工程略有差别。不同方案的主要差别在于站前站后设施设备的设计标准、原则。各方案主要技术参数和设备配设原则如表2所示。

表2 不同设计速度主要设施设备设计参数、技术方案比较

(1)400 km/h方案与350 km/h方案的差异

站前工程：400 km/h方案提高了轨道不平顺质量指数(TQI)，32 m简支箱梁适当增加梁高及截面积、改善梁端转角和残余上拱，站场需对正线道岔进行研制并取得上道许可。路基、隧道等结构主要设计原则和所采用的参数基本与350 km/h方案一致。

牵引供电系统：400 km/h方案需增大变压器容量和牵引网载流能力；为实现良好的弓网关系，经计算和仿真实验，接触网增设加强线，确定正线接触线截面120 mm2、额定张力31.5 kN，承力索截面120 mm2、额定张力27 kN。350 km/h方案正线接触线截面150 mm2、额定张力30 kN，承力索额定张力21 kN[13]。

列控系统、调度指挥系统：400 km/h方案在350 km/h方案基础上，主要增加智能调度系统和ATO智能列控系统。

通信、信息、灾害监测、噪声防护及其他：现有技术方案、设备性能基本能满足400 km/h标准要求，400 km/h方案和350 km/h方案无明显差别。

(2)350 km/h预留400 km/h方案与其他两个方案的差异

350 km/h预留400 km/h方案基础设施按照400 km/h标准建设，初期按350 km/h开通运行。考虑站后设备升级改造难度相对较小，为节约投资，固定设备与移动装备的协调匹配，列控系统、运输指挥调度系统、变压器容量等按350 km/h标准进行配套设计。

4.3.2 不同速度目标值方案经济技术特征比较

(1)在线路长度及工程设置上分析

进入成都枢纽和重庆枢纽段，受城市建筑影响，线路受控因素多，工程艰巨，结合列车加减速地段，采用合理曲线半径布线，350 km/h方案与400 km/h方案布线一致。

在成都、重庆枢纽外，乐至、安岳及大足等城区，受控因素少，350 km/h方案与400 km/h方案布线基本一致，差异较小。

本线在线路长度上，350 km/h方案与400 km/h方案长度一致，工程设置类型一致[14]。

(2)在主要设备设计参数及工程投资上分析

站前工程差异，线间距、路基工后沉降、隧道净空面积等3个基础参数，350 km/h标准与400 km/h标准无差别，故路基、隧道工程数量和工程投资差异很小[15]；站前工程仅桥涵与轨道在设计参数上有所加强，400 km/h比350 km/h桥涵与轨道每千米投资增加约10%。

站后工程差异，仅列控系统与供电系统需要加强，其他站后工程设备差异较小。400 km/h方案比350 km/h方案桥涵与轨道每千米投资增加30%左右。

不同速度目标值方案工程规模、投资、运行时间、投资差及节时效果、经济性分析[16]如表3所示。

表3 不同速度目标值方案经济技术特征比较

由表3可知，不同速度目标值方案均能满足时间目标值要求，工程投资相差不大[17]；400 km/h速度目标值方案较350 km/h方案运行时分节省5 min，工程投资增加16.98亿元，占总投资的4.46%，财务指标优于350 km/h、350 km/h预留400 km/h方案。

4.3.3 速度目标值方案综合比选及推荐意见

3个方案均满足双城间时间目标值要求，400 km/h速度目标值方案运输服务水平更高，增加投资有限，经济指标略优[18]。本项目是打造中国经济第四增长级、建设具有国际影响力的世界级城市群的标志性项目，在探索城市群交通基础设施高质量发展方面具有先行示范作用[19]。目前我国400 km/h关键技术已趋于成熟，本项目工程规模、工程难度适中，沿线无重大地质构造、不良地质等自然灾害，有突破我国现有高铁建设标准、引领世界铁路技术发展方向的条件和优势。

综合考虑，成渝中线高速铁路速度目标值推荐采用400 km/h的建设标准。

5 结语

为促进成渝经济圈成都、重庆两大核心城市的一体化发展，满足双城间日益增长的直通城际客流便捷、快速、高品质出行需求，同时为践行交通强国战略、引领轨道交通的发展，结合现有通道路网构成，成渝中线高铁应采用更高技术标准[20]。

为实现更高技术标准的运输需求，对不同系统制式的400 km/h轮轨系统、600 km/h级磁悬浮系统以及1 000 km/h级真空管道运输系统进行分析，采用技术相对成熟、与路网融合性强的轮轨系统。

在分析客流特征及时间目标值的基础上，充分结合我国高铁技术现状、积累及未来发展趋势，对350 km/h、350 km/h预留400 km/h、400 km/h不同速度目标值方案进行综合分析，推荐采用运输质量高、经济性好的400 km/h方案。研究结论不仅满足运输需求，且符合我国轮轨技术的发展方向，为项目建设标准提供决策依据，同时为更高标准不同制式轨道交通选择借鉴参考。