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我国市域铁路总体设计特点
发布时间:2021-07-30 09:30:37

摘要:从我国城镇化建设、综合交通体系、市域铁路站前和站后关键技术标准等方面,总结我国都市圈市域铁路和国外同类功能交通项目设计、建设、运营、管理实践经验及成果,分析市域铁路与城际铁路、城市轨道交通的差异和特点,梳理、凝练市域铁路总体设计的关键技术,突出了市域铁路的服务性、经济性与创新性。对于统一市域铁路设计技术标准,构建多层次现代化交通网络系统,指导和推进市域铁路快速、可持续发展具有较强的指导作用。

关键词:市域铁路;功能定位;总体设计;技术标准;经济性

《国家新型城镇化规划》(2014—2020年)明确提:城镇化是现代化发展的必由之路,以城市群为主体形态推动城镇化发展,增强中心城市辐射带动功能,城市之间、城市和城镇之间以及城镇之问的联系将越来越密切。

城镇化地区综合交通具有“高强度、多样化、高频次、强时效”的特征。《城镇化地区综合交通网规划》(发改基础[2015]2706号)特别指出:当前城镇化地区城际交通结构不尽合理,城际铁路发展相对滞后,市域(郊)铁路规划建设基本空自,难以适应城镇化地区“人n高度聚集、经济关联紧密、资源环境约束”特点对交通的要求:城际铁路、城市轨道交通的功能定位、服务属性、技术特性难以适应中心城区与周边组团城镇化发展需求,迫切需要“面向同城化住勤出行需求、公交便捷化开行服务、一体化衔接城市综合交通、经济绿色环保”的市域铁路引导和支撑城市发展。

1、我国市域铁路需求特点

我国标准轨距、钢轮钢轨型客运轨道交通体系主要由高速铁路、城际铁路、市域铁路以及普通轮轨式城市轨道交通构成。

1.1客运轨道交通主要特点

1.1.1高速铁路

高速铁路是我国铁路网的骨架线路,主要承担域问中长途客流,线路站间距离大(30~60k131),最高运行速度250~350km/h,采用高速动车组。交流25kV供电制式,运输组织采用不同速度等级列车共线运行或单一速度等级列车运行模式,设计执行国家铁路局发布的TB 1062l一20I4《高速铁路设计规范》。

1.1.2城际铁路

服务于相邻城市间或城市群间的中短途客流,线路站间距5~20km,最高运行速度120~200km/h,采用城际动车组,交流25kV供电制式,运输组织采用不同速度等级列车共线运行或单一速度等级列车运行模式,设计执行国家铁路局发布的TB 10623-2014《城际铁路设计规范》。

1.1.3城市轨道交通

服务于城市内部交通,线路长度较短(除特大城市外,一般在40km左右),站间距较小(1~2km),普通轮轨式轨道交通最高运行速度80~100km/h,平均旅速25~40km/h,采用地铁动车组A型车或B型车,直流1500V或750V供电制式,运输组织采用单一速度等级列车、站站停运行模式,设计执行中华人民共和国住房和城乡建设部发布的GB50157-2013《地铁设计规范》。

1.1.4市域铁路

随着我国新型城镇化的加快实施,一些大城市已经出现郊区化发展趋势,表现为人口、产业、商业先后从城市中心区向郊区迁移,导致了较多的城市(如北京、上海、广州、武汉、南京、重庆、郑州等)开始规划建设卫星城、新城、副中心城市、外围组团及郊区,城市郊区化的建设将导致更多的市郊通勤需求,从而提出了对市郊铁路的规划建设要求。

市域(郊)铁路是我国新型城镇化背景下,为城市核心区与外围城镇组团之间提供快速、大容量、公交化服务的轨道交通系统,是城市综合交通运输体系的重要组成部分,是支撑与引导大城市由单中心向多中心发展形态转变、促进新城发展的重要基础设施。

对于构建多层次现代化交通网络系统,形成与国家铁路或城市轨道交通便捷衔接的综合交通体系,推进“轨道交通+新型城镇化”,服务国家新型城镇化建设战略都具有重要意义。2016年中国铁道学会组织开展了一系列市域铁路专项科研、科学试验、国内外调研与技术交流,强力支撑了市域铁路技术标准体系的编制,并于2017年正式发布T/CRSC0101-2017《市域铁路设计规范》[1-2]。

1.2世界都市圈市域铁路特点

放眼东京(首都圈)、大阪(关西圈)、伦敦、巴黎、纽约等世界发达国家都市圈,均覆盖范围广泛的市域铁路交通系统,作为解决卫星城之间和市区郊区居民出行的主要交通方式。通勤客流大部分由市域(郊)铁路承担,其建设的共同点在于城市由单中心向多中心发展演变过程中,逐步建设了大规模的市郊铁路,其特点主要体现在线网规模大(超过1000km)、支线众多、站间距较大,市郊铁路占城市快轨交通的长度比重均在70%以上,甚至接近90%,市郊铁路占公交总运量的比重则分别为41%(伦敦)、10%(纽约)、30%(巴黎)、49%(东京)。在大都市区公共交通中发挥骨干作用,在国外被证明是支持和引导大城市发展的最佳选择。

1.2.1服务范围与线网规模

都市圈范围不等,与中心城联系强度不同,总的来看范围在50~1O0km。随着城市(城镇)一体化发展,通勤客流需求逐步加强,主要由市域(郊)交通承担。城市核心区空间有限,随着都市圈(人口)外延发展,市域(郊)交通规模远大于地铁线网规模。

1.2.2清晰的交通层次

人口规模大、相对密集的城市,市域铁路系统都是支撑都市圈发展的主体。作为服务于更大范同、更高速度的轨道交通系统,都能提供早晚高峰通勤化的公交化服务。

1.2.3既有国铁资源(通道)利用

国铁资源(通道)往往建设年代较早,随着城市发展和格局架构拉开,且既有客货运需求萎缩,可考虑利用。国外均有利用国铁资源服务市域(郊)功能的情况,其中东京、大阪为小规模利用,欧美为大规模利用。无论利用规模大小,均以高峰小时提供通勤、公交化服务为目标。

1.2.4与既有系统贯通运营或多点换乘

市域交通与既有系统存在着贯通运营或接驳多点换乘模式。无论是法国RER线穿越中心城区,还是东京私铁与地铁贯通运营,由于前期没有系统规划,都付出了巨大代价。

1.2.5系统能力

市域交通系统客流潮汐特征明显,令天客流量较地铁系统小,高峰小时客流量大。亚洲城市人口规模、城市分布密集、强中心城市联系紧密,东京、大阪市域交通系统能力大于地铁系统(线路里程长、编组大),欧美城市相反。

1.2.6系统制式

市域交通本层次的系统制式基本统一,根据与相衔接线网的紧密程度,采用交流或直流的系统制式。欧洲由于国家、欧盟、地域、历史和技术延续发展的原因,很多线路采用双流或多流制。市域交通系统内部以及市域~地铁一国铁都存在互联互通运营模式l3]。

1.2.7速度目标值

国际6大都市圈中,市域交通系统运营速度为100~160km/h。从各都市圈发展历程来看,均存在逐步提速的过程[4]。

1.2.8运营模式

各大城市市域交通都采用快慢车混跑、大小交路套跑运营组织模式。日本都市圈对快车越行列车还进行了特快、快速分类。

1.3我国市域铁路功能定位和主要特征

1.3.1功能定位

在大量理论研究和深入论证分析的基础上,明确界定了市域和市域铁路概念。市域:指都市圈(城市群)内中心城市及周边城市功能属性和经济属性相近、同城化发展趋势明显的卫星城市和城镇组团的范围。

市域铁路:指位于中心城区与其他组团问、组团式城镇之间或与大中城市具有同城化需求的城镇间,服务通勤、通学、通商等规律性客流,设计速度100~160km/h,快速、高密度、公交化的客运专线铁路。

功能定位:市域铁路服务于与中心城经济、人口交流紧密的地区,以及组团城市联系密切的各城镇地区,其服务范围可不完全受限于行政区划。市域铁路应以实现区域中心城市与周边新城、城镇地区及组团城市各城镇地区间1h交通为基本目标。

1.3.2主要特征

(1)市域铁路与城际铁路的差异性主要体现在以下3个方面:

一是同城化通勤。城际铁路服务于相邻城市间或城市群的非通勤性客流。市域铁路服务于中心城市近远郊区或辐射行政区划,具有同城化、通勤化特征。

二是公交化服务。市域铁路在早晚高峰能为大量的通勤客流提供高密度的公交化服务,高峰时段列车开行密度明显高于平峰时段。

三是多点换乘一体化衔接。城际铁路主要解决城市间单点性客流,一般通过重要节点(如火车站或重要中间站节点)与铁路网互联互通或与轨道交通换乘。市域铁路要解决中心城区与近远郊区间多点性客流交通,对便捷性、衔接时效性、多点换乘一体化要求更高。

(2)市域铁路与城市轨道交通的差异性主要体现在以下3个方面:

一是更快的速度。市域铁路一般修建在中心城区外,线路条件较好,车站间距较大,且需解决远城区客流1h通达时间需求,需要更快的最高速度和旅行速度。

二是更大的服务范围。较普通地铁,市域铁路平均旅速均不低于50km/h,开行大站快车的平均旅速则达N8okm/h甚至更高,能提供范围更广的服务。

三是更灵活的运营方式。市域铁路多为地面或高架线路,受地下空间限制较少,且运营速度高。除站站停外,还可采用快慢车混跑越行、互联互通等多种运营模式。 

2、市域铁路总体技术创新性和经济性 

近年来,随着我国市域铁路在浙江省温州市、台州市、宁波市等地先行先试,在市域铁路工程建设、技术标准、融资方面开展了大量创新性工作。结合中国铁道学会《市域铁路设计规范》等技术标准研究,编制开展了一系列市域铁路关键技术研究,包括:市域铁路运营组织模式,车辆选型及关键参数,荷载与限界,线路平纵断面与线间距设置标准,桥梁荷载、刚度限值与桥面布置,隧道内净空设计标准,适应市域铁路特点的轨道路基结构和减振方案、电力牵引供电、专用无线通信系统、列控系统、固定设施与移动设备维修养护、车站建筑及噪声振动治理等关键技术研究,取得了宝贵成果经验。

2014年11月26日,《国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》(国发[2014]60号)明确提出,向地方政府和社会资本放开市域(郊)铁路的所有权、经营权。这不仅是改革完善交通投融资机制的重要举措之一,同时对市域铁路建设标准的技术经济性提出了更高要求。 

2.1行车组织和运营管理

市域交通系统客流潮汐特征明显,全天客流量较地铁系统小,高峰小时客流量大。采用高密度、小编一组、公交化的运输组织模式可缩短行车间隔,减少乘客在途时间,提高服务水平,满足运量需求。市域铁路一般线路较长,且承担乘距较长的客流比重较大。若采用仅开行站站停列车的运营组织模式,因列车频繁停站延长了旅客的乘车时间,将减少部分客流的吸引力。市域铁路组织开行大站快车,提供差异化和高品质服务,满足沿线组团客流特征和住勤直达出行需求。 

2.2车辆 

突出移动设备技术体系对固定设施的引领与匹配。凝练、明确市域车辆采用窄体车和宽体车2大体系,实现了移动设备的简统化。宽体车车宽3.3m,与CRH型动车组车宽相同,突出宽体市域车辆与动车组的技术溯源和载客量大、舒适度高等优点。窄体车车宽3.0mm,与A型地铁车辆的宽度一致。

按宽体车、窄体车2大体系,明确了市域A型、市域D型和CRH市域型车辆的主要技术参数、车体强度与安全指标、车辆动力学性能、牵引动力配置与加减速度性能、定超员站立标准、故障工况救援能力、车体密封性能指标(动态、静态)、车辆外部噪声控制指标等与站前、站后专业(系统)相关的重要原则。 

2.3设计列车荷载 

按容许应力法和极限状态设计法对各种荷载(作用)进行分类,提出更为实用、经济的市域列车荷载标准。市域铁路设计列车荷载采用ZS荷载,ZS荷载整体约为城际铁路设计列车荷载(ZC荷载)的68%,较0.4UIC高约10%。列车荷载标准降低可有效减少工程量,满足市域铁路实用性、经济性的要求。 

2.4限界 

针对宽体车、窄体车,进一步精细化市域铁路限界,建筑限界最大半宽分别为2200、2000mm,城际铁路建筑限界的最大半宽采用2200mm,普速铁路、高速铁路建筑限界的最大半宽均采用2440mm。总体来说,市域铁路对于限界的规定较目前的《城际铁路设计规范》和《高速铁路设计规范》更为经济。 

2.5线路平纵断面标准 

结合市域铁路特点,对正线及站线平纵断面标准进行了优化。窄体车(车宽3.0m)最小线间距采用3.8m,缩减0.2m;纵断面最小坡段长度要求由400m减小到20()m。较小曲线半径及较短坡段长度有利于绕避或跨越居民点、环境敏感点、地面构筑物等,大大增加了线路选线的经济性。市域铁路不一味追求全线速度的统一,可通过主要节点问开行大站快车满足时间要求。针对城区建筑物密集、站间距较小的区段可采用与速度匹配的平曲线有效绕避周边建筑及环境敏感点。 

2.6路基

根据线路固定设施维护模式优化路基面宽度,非大型机械养护与大型机械养护时相比,双线路基面宽度减小0.8(道床厚度0.5m)~1.2m(道床厚度0.3m),市域铁路路基丁程的用地数量和工程数量明显降低。同时强调市域铁路路基设计对城市景观协调的适应性要求。 

2.7轨道

明确正线轨道形式应根据线下T程类型、环境条件、运输组织方式及养护维修条件等因素,经技术经济比选后确定采用无砟或有砟。市域铁路位于城市(边缘)中心,环境敏感点较多,提出线路轨道减振降噪技术措施原则。 

2.8桥梁

根据市域铁路设计荷载、速度目标值等条件,对桥梁结构进行了全面优化,同时对桥面布置进行了优化。设计速度160km/h及以下时可采用T梁,对多为高架的市域铁路而言,桥梁工程的投资可大幅下降。即使考虑景观要求,采用箱梁,桥面布置也较以往客运专线进行了大幅优化,桥面宽度可减小约2.0m。 

2.9隧道

根据市域铁路车辆类型、速度目标值及线路设置条件,优化了隧道轨七最小净空面积。相比于城际铁路,市域铁路增加了窄体车120~l60km/h设训‘速度目标值下隧道轨上最小净空面积的规定。根据我单线单车0.80kPa/3S、双线交会1.25kPa/3s的单一型舒适度标准,列车动态密封指数大于5S,优化了隧道轨面以上净空横断面面积。双洞单线宽体车设计速度140~160km/h时为39m平方米、窄体车设计速度140km时为35平方米,设计速度120km/h及以下宽体车为35平方米,窄体车为28平方米;单洞双线时宽体车为64平方米,窄体车为60平方米。为市域铁路建设、控制工程投资规模提供了更多选择。

2.10综合交通和TOD发展理念

统筹多层次综合交通系统协调发展,梳理市域铁路与高速铁路、城际铁路、城市轨道交通的合理分工,加强各方式的高效衔接,提高城市交通组合效率,实现基础设施和运营服务方面的资源共享、互联互通,实现市域铁路与其他综合交通方式的无缝衔接和便捷换乘。

市域铁路与城市建设同步规划发展,贯彻TOD开发理念,综合开发沿线土地和站点,使城市产生空间延展效应,将城市带转变成功能区,从而实现区域一体化协调发展。同时探索市域铁路相关企业通过综合物业开发、物业租赁和管理等形式,构建综合开发溢价回收机制,补贴市域铁路基础设施建设。将交通、生活、商业、娱乐等功能设施与市域铁路站点(车辆基地)进行有机合理、形式多样的结合,不仅可以提升市域铁路服务水平和便利性,同时也可实现城市可持续发展。 

2.11车站

市域铁路提供快速、大容量、公交化的公共交通服务,市域列车采用小编组形式以及乘客站台候车模式,大幅降低车站到发线长度、站场和车站规模,对于人员密集地区的市域铁路,可有效减少征拆工程,有利于沿城市交通走廊布设,工程实施性显著提高。采用大站快车与站站停列车共线运行的运输组织模式,市域铁路需配置供越行的到发线。科学合理设置到发线、折返线、停车线、渡线等配线,除满足正常运输需求外,还能保持一定的运营灵活性。 

2.12票务系统

市域铁路自动售检票系统可采用城市公共交通一卡通等方便快捷的票制,支持现金、银行卡、储值卡、电子支付、移动支付等多种支付方式,为旅客提供便捷的售检票服务和快捷的出行方式。依托“互联网+市域铁路”提升信息化、智能化服务水平。 

2.13移动设备和固定设施的维修

车辆检修制度和修程修制需根据车辆技术平台选定。市域铁路车辆部件考虑采用“集中维修、换件修为主”的模式,在低级修程中辅以均衡修。市域铁路深入城市中心外缘,用地资源紧张,车辆基地设置需考虑集约用地式总体布局。明确市域铁路基础设施养护维修采用综合维修模式,与城际规范“专业强化、资源综合、集中管理”的维修模式有所区别。

2.14因地制宜,科学有序发展

市域铁路发展存在新建和利用既有(通道)资源2种模式。研究推动城市铁路资源的合理利用及货运等功能外迁,释放城市内部线路运输能力,通过既有铁路补强、局部线路改扩建、站房站台改造等方式,扩大市域铁路公共产品和服务供给能力。

金山铁路为利用既有铁路开行市郊列车的典型案例。线路长56km,设9个车站,国铁制式,是上海南站通往金山站的快速市郊铁路,并纳入上海市轨道交通网络(22号线)。目前金山铁路每天开行客车36对,日客流量2万多人次。

随着杭甬客专等的建成通车,既有萧甬铁路能力得到释放。在充分利用既有线路和车站设施的基础上,仅对客运站和客运设施进行补强改造,新建小规模车辆运用检修设施,采用速度160km/h市域宽体车辆(CRH6F),在既有萧甬铁路开行宁波至余姚市郊列车,是最经济合理的方案[6]。

2.15减振降噪

深入开展市域铁路噪声源强研究,桥梁线路噪声含有较强的低频成分,分析采用线性计权的方式,能够较完整地反映包括结构噪声这种以低频为主的噪声影响。声屏障对中高频噪声降噪效果较好,对桥梁结构低频噪声降噪效果相对较差,提出对距离桥梁较近的敏感点路段采取轨道减振的技术要求。

3、结论与展望

市域铁路的规划、设计、建设、运营需要精细化和科学化,提高市域铁路的合理性、适用性与经济性,面对未来我国方兴未艾的市域铁路广阔发展前景,还将在以下3个方面紧紧把握技术发展总体思路:

(1)与新型城镇化发展形势相呼应,具有独特的市场定位与发展空间。市域铁路作为城市轨道交通的一种重要发展模式,适合于一些特大城市外围组团与中心城区的快速联系,是解决摊大饼城市快速入城的一种有效方式;同样,还适合于一些组团、多中心分布的大城市,也是加快一些地方新城建设,强化组团、新老城区之间快速联系的一种有效方式。总之,市域铁路作为一种快速轨道交通方式,具有传统城市轨道交通无法比拟的优点,其发展定位比较清晰,也为市域铁路提供了较好的发展空问和市场。

(2)与轨道交通发展趋势相吻合,符合国家相关技术发展要求。针对轨道交通的功能层次、多组团和多中心联系的时空目标都已做出规定,明确提出将市域铁路作为一种选择方式来实现组团的快速联系功能。

(3)在温州、台州的应用,具有良好的示范效应。温州、台州作为市域铁路在新型城镇化、盘活既有铁路资源、多组团大空间城市分布、经济发达中等规模城市的应用,在全国具有一定的广泛性,为未来市域铁路拓展起到良好的示范效应。在市域铁路发展探索和应用方面,得到了国家发改委的充分认可。

2016年6月2日,中华人民共和国国家发展和改革委员会、中华人民共和国住房和城乡建设部、国家铁路局与浙江省人民政府签订《推进市域(郊)铁路示范项目合作框架协议》,协同推进市域(郊)铁路共建示范项目,将在规划建设、装备应用、技术标准、投融资改革、运营管理等五大关键领域全面深化合作,共同推动我国市域(郊)铁路加快发展,拓展城市发展空间、实现城乡统筹发展。相信随着市域铁路的不断探索和新型城镇化的推进,其发展空问潜力巨大。