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城市轨道交通快线最高运行速度的研究

安家（建筑与工程）

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摘要：根据深圳地铁11号线前期方案研究成果，结合国内其他城市地铁快线最高运行速度的选取，从线路条件、旅行速度、旅行时间、车辆购置费用、能耗、土建工程投资、网络资源共享等方面将可选择的100km/h、120km/h、140km/h三种最高运行速度值进行了技术经济比较，提出地铁快线合理的最高运行速度。

关键词：城市轨道交通;快线;线路设计;运行速度中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-10-358

1、概述

随着中国城市化进程的加快，城市拥挤、交通不便等都市病表现得越来越明显，城市交通已经上升到第一位的问题。交通是城市的血脉，城市交通解决不好，城市很难健康发展，交通拥堵是城市空间布局不合理、交通方式规划不合理造成的。市民上班时，千军万马集中拥向城区，尤其是中心区，下班时集中撤离。这种过度集中的放射状交通流量，大大超过了道路的承载能力。只有合理规划城区与郊区、卫星城的定位和布局，将中心城区过于集中的职能向外围疏散，才是缓解中心城区交通压力的关键。

减少交通障碍，增强可达性，提高准点率，人们对小汽车的需求就可适当得到抑制。鉴于此，势必要选择一种快捷畅通的交通方式提供这一服务。而城市轨道交通、高速公路、快速路将成为较好的选择，其中城市轨道交通快线从快速、畅通、准点、服务频率、对环境的影响等方面看无疑是最好的选择。

很多大城市轨道交通线网里面都规划有快线，比如上海轨道交通11号线、深圳地铁6、11、13、14号线、广州地铁3号线、天津津滨轻轨、东莞市轨道交通R2线等线路规划最高运行速度均不小于100km/h。其中广州地铁3号线、天津津滨轻轨已通车，其他线路有的正在实施，有的还在研究设计阶段。按照城市轨道交通通常的供电制式宜为直流制式，同时作为城市轨道交通线路，即使是快线，也不同于高速铁路和城际铁路，也需要对城市客流起到连续服务的目的，站间距也不宜过大，因此最高运行速度不宜高于140km/h，但对每个城市的快线具体应采用多高速度，需从服务功能、线站位条件、沿线环境条件、客流情况、工程条件及投资等方面深入研究后确定。

本文根据深圳地铁11号线前期研究情况，结合国内几条快线最高运行速度值，从线路条件、旅行速度、旅行时间、车辆购置费用、能耗、土建工程投资、网络资源共享等方面将可选择的100km/h、120km/h、140km/h三种最高运行速度值进行了技术经济比较，以确定合理的最高运行速度。

2、国内几条快线情况简述

2.1 上海地铁11号线

据了解，上海地铁11号线北段工程北起嘉定区城北路，行经嘉定区、普陀区、长宁区、徐汇区和浦东新区五个行政区，南至上南路，全长58.97km，最高运行速度100km/h。其中主线长46.16km，支线（嘉定新城经上海国际赛车场至安亭）长12.81km。全线共设27座车站，其中地下车站18座，地面车站9座;主线设23座车站。

上海轨道交通16号线南段工程线路从三林至临港新城，是国内第一条即将开工的市域快速线，其车辆将采用最高运行速度为120km/h的舒适性A型车，线路全长60.769km，设站12座，平均站间距5.5km，最大站间距10.8km，最小站间距2.9km，约90%为高架线。隧道采用单洞双线圆形盾构隧道，内径约为10m。

2.2广州地铁三号线

主线由广州东站至番禺广场，线路长28.73km，设车站13座，平均站间距2.2km;支线由体育西路至天河客运站，长7.43km，设5座车站，平均站间距1.4km。最高运行速度为120km/h，车辆选型采用B型车，单洞单线圆形盾构隧道内径为5.4m。

按照远期规划，三号线除了往北延伸至新机场外，南面到达番禺广场后将折向东，穿过广州新城后直达海鸥岛，届时全线将达84km，为广州地铁线网中最长的线路。

2.3天津津滨轻轨

津滨轻轨是连接天津市内与滨海新区的一条重要轨道交通线，线路全长45.53km，其中高架线37.97km，地面线7.4km，共计设站19座（其中9座预留），平均站间距2.5km（不算预留站，为5km）。全线大部分采用高架线路。津滨轻轨采用钢轨、钢轮走行系统。设计时速100km/ h，全程仅需要35分钟。

2.4 东莞市城市轨道交通R2线

东莞市城市轨道交通线网共规划了4条线路，均为快线。其中正在实施的为R2线，线路全线长约60km，首建段37.76km（高架3.5km，地下线长34.26km，设站14座，平均站间距2.83km），采用最高设计速度120km/h快速B型车。本线初近远期单向断面日客流量分别为31万人次、52万人次和112万人次，小时客流量分别为1.01、1.67和2.38万人次。本线分别与广深铁路、广深港客运专线、穗莞深城际线、莞惠城际线、东莞市城市轨道交通R1、R3线换乘，有较强的“内聚外联”功能。地下段最大时速为120km时单洞单线圆形隧道内径为6.0m，采用速度为80～100km/h，地下线单洞单线圆形隧道内径为5.4m。

2.5 深圳地铁3号线

深圳地铁3号线为龙岗区至城市核心区的一条线路，线路全长41.6km，其中地下线17.6km，地面线和高架线24km。设车站29座，其中地下站15座，高架站14座。在高架段将采用最大时速为100km，地下段采用速度为80km/h，地下线单洞单线圆形隧道内径为5.4m，车辆为100km/h的B型车

以上几条线路，有一些共同特点：除东莞R2线由于多种原因将原来大部分高架变地下外，其余线路地上线比例较大，站间距较大，为选择较高速度目标值提供了较好的基础条件，因此，最高运营速度均不小于100km/h，且上海地铁16号线南段土建还预留了140km/h。

3、深圳地铁11号线概况

11号线是深圳市轨道交通三期线网中一条中西部组团快线兼机场快线，线路长度51km，设站11座，其平均站间距约5km，最大站间距约10km。从本线的功能定位和站间距分析研究，认为本线列车的最高运行速度目标值不宜低于100km/h，因此本文对100km/h、120km/h、140km/h进行比选。

规划旅行时间目标：福田至深圳机场为25～30分钟，全程为45～50分钟。

3.1线路条件

11号线全线共设置曲线47个，平曲线总长21.16km，占路线总长的百分比41.3%，全线最小曲线半径R=600m（设置3处），大于600m半径的曲线长度占94%，均能满足高速运行要求的平面线型条件。

全线纵断面设计最大坡度30‰，小于20‰坡段长度约占线路总长的90%，说明线路较为平缓，具备采用较高速度的条件。

3.2 发挥速度效率分析

列车运行时频繁起动、制动，不同的站间距及线路平纵断面条件通常是制约列车是否能发挥其最高速度优势的必要条件。列车运行经历起动—恒速—制动3个工况，根据经验，一般以列车达到恒速并持续运行的时间指标（以最高速度至少运行10s）来衡量不同最高速度目标值的列车是否充分发挥其效率的关键。

1）模拟牵引计算

根据11号线的车站分布与线路条件，对最高运行速度100km/h、120km/h和140km/h等三种列车进行了模拟牵引计算，结果详见表1。

模拟计算的各种列车基础数据如下：

1）最高运行速度100km/h列车采用深圳地铁3号线B型车基础数据;

2）最高运行速度120km/h列车采用广州地铁3号线B型车基础数据;

3）最高运行速度140km/h列车参照香港机场线A型车基础数据;

根据最高运行速度100km/h、120km/h、140km/h列车的模拟牵引计算结果，除140km/h速度有三个区间不能达到外，其余均能满足不小于10秒的最高速度恒速运行时间，统计见表2。

从上表可以看出，11号线共计10个区间，若采用最高时速100km/h、120km/h两种速度的列车，全部区间均满足恒速运行10s的条件，采用最高时速140km/h的列车满足恒速运行10s的条件的区间为7个，三种速度在本线均能较好地发挥运输效率，140km/h略差。

2）旅行速度及旅行时间

根据对不同最高运行速度列车的牵引计算结果和停站时间统计，三种不同速度目标值列车的旅行时间分别统计见表3。

根据表3统计结果，满足福田至机场旅行时间在30分钟以内的列车是140km/h和120km/h;而最高运行速度100 km/h的列车全程旅行时间较长，约33分钟。

采用最高运行速度140km/h的列车全程旅行时间是43.1分钟，较采用120km/h列车节省1.8分钟，因此，从旅行速度满足规划出行时间来看，可以继续排除采用最高运行速度100km/h的可能性。

3.3车辆购置费

列车最高运行速度不同，车辆配属数也不同，车辆购置费也不一样，经初步估算，最高运行速度为100km/h的车辆购置费为1000万元/辆，120km/h的车辆为1120万元/辆，140km/h的车辆为1200万元/辆，车辆购置费见表4。

由表中可知，采购120km/h车辆是最经济的，初期车辆购置费120km/h车辆比100km/h节省1.13亿元，比140km/h的节省1.25亿元。

3.4 牵引能耗

不同速度目标值列车的年牵引能耗比较统计见表5。

由表中可知，最高运行速度从140km/h降低到120km/h，年牵引能耗成本节省13.0%，从140km/h降低到100km/h，年牵引能耗成本节省23.4%。

3.5区间隧道工程

在100km/h～140km/h的速度范围，地面线或高架线对土建工程影响较小，但地下线有较大的影响。列车在隧道内高速运行，导致隧道内空气压力剧烈变化，由此引发一系列问题（如出口微压波造成的噪声及周边建筑物的损坏;压力波引起乘客耳膜压痛，舒适度降低，乘客难以忍受;压力波引起列车侧壁、车窗玻璃以及隧道内设施破坏等）。

《地铁设计规范》（GB 50157—2003）总则第1.0.2条提到“……最高运行速度超过100km/h的地铁工程，以及其他类型的城市轨道交通相似工程的设计，可参照执行”。在实际应用时参照性不强。

在国内外高速铁路领域已有多年的经验及采取的工程措施，可借鉴对地铁系统进行类比计算分析。

我公司相关专业运用空气动力学原理，借鉴铁路隧道相关研究理论和方法，结合地铁工程特点，分别计算不同车速、不同隧道有效面积条件下，隧道内的压力波幅以及压力变化梯度的规律，参照国内外对高速铁路、城市轨道交通的类似标准以及既有线路的运行测试数据和经验，提出了11号线隧道断面的建议值。以圆形隧道为例，120km/h、140km/h速度情况下，隧道断面内径分别不小于6.0m及6.5m，按此进行区间隧道土建工程估算。

不同速度目标值列车所对应的区间隧道工程费用比较统计见表6。

由表中可知，最高速度目标值120km/h比100km/h的隧道区间工程费（含疏散平台）增加26%;140km/h比100km/h则增加48%。

3.6 线网规划的适应性分析

深圳市城市轨道交通建设规划调整（2011～2020）中列出了线网中四条快线，除11号线外，还有6、13、14号线，概况如下：

6号线：连接龙华、石岩、光明、公明、松岗，线路长度37.2km，设站19座，最大站间距5438m，最小站间距997m，平均站间距2044m，规划换乘站6座。规划高架线长约占线路长度90%。运营时分为55分钟（可粗略估算平均旅行速度为39km/h）;

13号线：提供外围第三圈层沙井、公明、观澜、平湖、横岗等地区之间的快速联系，起点为沙井海上田园，终点为横岗的塘坑，远景预留延伸至盐田，线路长度48.1km，设站25座。平均站间距为1.9km。

14号线：提供东部坑梓、坪山、龙岗中心区、体育新城、横岗、布吉等外围地区与福田中心区的快速联系。

起点福田中心区，终点为坑梓，全线与深惠城际线共轨运行，全线线路长度约50.7km，设站13站，平均站间距为4km。

从以上规划情况可看出，除14号线可满足高速运行外，6、13号线若要满足高速运营，可考虑减站或开行部分越行列车方可实现。另外，也可根据11号线研究成果，调整其余几条快线线站位布局，以实现快速运行，可选择不小于100km/h的速度目标值，以实现网络资源共享。

4、研究结论

综上所述，结合国内部分快线线站位条件，平均站间距小于2km时，宜选择80～100km最高运行速度;平均站间距2～5km及以上的线路，宜选择不小于100km/h的速度目标值，同时还应结合线路敷设方式等综合比较确定。针对11号线实际情况，在三种速度目标值中，100km/h与本线特征不太匹配，建议放弃;而120km/h和140km/h列车均能满足本线出行要求，从经济性方面考虑，采用最高运行速度120km/h的列车是最合理的选择。

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中铁二院地铁院四川成都

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