新建包海通道西安至安康高速铁路速度目标值研究

马红伟

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

速度目标值是高速铁路重要标准之一，是确定项目规模、设备配置、工程投资的重要基础，选择合适的速度目标值应综合分析项目在铁路网中的作用、运输需求、工程条件等，并符合旅行时间目标值的要求[1]。西安至安康高速铁路向南延伸至重庆，构成西渝高铁，为国家“八纵八横”高速铁路网包海通道重要组成部分[2]。结合项目所在区域路网构成，为充分反映主要技术标准的合理性，速度目标值先按西渝高铁全线进行研究，再对西安至安康高铁进行细化研究[3]。

1 西安至安康高速铁路概况

西安至安康高速铁路是西安至重庆高速铁路的北段，为国家高速铁路网包海通道重要组成部分，位于陕西省南部。项目北起西安枢纽西安东(纺织城)站，向南途经西安市长安区，商洛市柞水县、镇安县，安康市旬阳县、汉滨区，在安康新区新设安康北高铁站，预留向重庆方向延伸的条件。本线纵贯三市五区县，线路全长173.5 km。全线共分布西安东、引镇、秦楚古道、柞水西、镇安西、小河西、安康北7处车站。根据运量预测，本线客流密度近期1 829万人、远期2 322万人，开行动车组列车近期80对/d、远期105对/d[4]。西安至安康高速铁路线路走向见图1。

图1 西安至安康高速铁路线路走向示意

2 西渝高铁速度目标值研究

2.1 西渝高铁概况

西渝高铁连接关中平原与川渝地区，行径秦巴山区，途经西安、商洛、安康、达州、广安和重庆，纵贯陕、川、渝三省市，12个县市，线路全长649.0 km。北端经西安枢纽可直达陕北部、晋、宁、蒙地区，南端通过重庆枢纽联通川渝东部、滇、黔、贵、广、琼地区，为国家“八纵八横”高速铁路网之纵向包海通道重要组成部分。

2.2 客流特点

根据项目功能定位、路网意义、客流特点、预测运量综合分析，本线承担的客流具有多重性，主要由城际客流、区际客流、长途跨线客流组成。

城际客流：根据关中城市群和成渝城市群城际铁路网规划，结合沿线丰富的旅游资源，随着城市群经济一体化发展及人民生活水平的提高，本线将承担西安至安康间、重庆至达州间的城际及旅游客流，占总客流的21%左右[5]。

区际客流：西渝高铁连接关中城市群、成渝城市群核心城市西安、重庆。根据区域城市发展规划，关中城市群、成渝城市群将建设成为西部地区发展水平最高、基础产业最好、经济活力最强的核心区域，随着区域经济发展及人民生活水平的提高，本线将承担以西安为中心的关中城市群和以重庆为中心的成渝城市群的区际客流[6]，占总客流的20%左右。

长途跨线客流：本线与相关高速铁路，共同构成国家“八纵八横”高速铁路网之纵向包海通道，连接西北、西南、华南地区，贯通呼包鄂、宁夏沿黄、关中平原、成渝、黔中、北部湾等城市群，同时与银西、包兰、大西、陇海、西成、成渝、渝昆等国家高速铁路网互联互通，承担陕北、陇东、宁夏、蒙西、山西等地区至西南地区的长途跨线客流，该部分客流最大，占总客流的59%左右。

2.3 时间目标值的确定

2.3.1 满足通道功能的时间目标值

根据中长期铁路网规划、长江经济带综合立体交通走廊规划及关中、成渝城市群规划，相邻省会西安、重庆、成都、武汉等中心城市间将实现4 h交通圈目标，为满足区域经济发展需求，西安至重庆应实现4 h到达。

2.3.2 满足运输市场竞争需求的分析

西安至重庆通道内将形成航空、高速公路、高速铁路不同交通方式的竞争格局。西安至重庆航空旅行时间1.5 h、附加时间3.0 h，总旅行时间4.5 h；公路分布包茂高速，距离约685 km，旅行时间约8.0 h、附加时间1.0 h，总旅行时间9.0 h；西渝高铁649 km，属于高铁的优势范围，高铁除发挥自身固有的安全性高、舒适性强、全天候运行的优势外[7]，必须在旅行时间上较高速公路有较大节省、与航空基本相当，才能吸引更多客流，在运输市场中具备明显竞争优势。故西安至重庆高铁总旅行时间应控制在5.0 h，扣除1.0 h的附加时间，西安至重庆的时间目标值应为4.0 h。

2.3.3 适应城际功能的时间目标值

根据“十三五”现代综合交通运输体系发展规划及关中城市群发展规划，核心城市与周边节点城市实现1～2 h通达，未来将形成关中城市群中心城市西安至咸阳、渭南等较近城市“半小时经济圈”，西安至宝鸡、铜川、商洛等城市“1小时经济圈”，西安至安康、延安等城市“2小时经济圈”[8]。

高铁城际客流主要与高速公路形成竞争，西安至安康高速公路旅行时间约2.5 h，为具备竞争优势，同时实现区域经济和城市群一体化发展目标，满足城际客流的出行需求，西安至安康间高铁时间目标值应控制在1.5 h以内。

2.3.4 时间目标值的确定

综上，为适应国家高速铁路网的发展目标，满足关中城市群、成渝城市群区域及沿线经济发展的需要，且与航空、高速公路形成有效的竞争优势，在运输市场中占有较高客流份额，西安至重庆高铁时间目标值应控制在4.0 h以内，西安至安康应控制在1.5 h以内[9]。

2.4 速度目标值研究

2.4.1 速度目标值方案构成

西渝高铁为国家高速铁路网包海通道重要组成部分，同时兼顾西安至安康、重庆至达州间的城际功能。结合目前已运营的高速铁路速度目标值(250～350 km/h)、规划关中城市群、成渝城市群城际铁路网速度目标值(200～250 km/h)，综合考虑客流特征、运输需求、功能定位、路网意义、工程条件等因素，本次对西渝高铁全线速度目标值主要研究了200，250，300，350 km/h四个方案。

2.4.2 不同速度建设标准及工程经济分析

200 km/h速度目标值方案建设标准执行《城际铁路设计规范》(TB10623—2014)[10]，其他方案建设标准执行《高速铁路设计规范》(TB10621—2014)。不同速度目标值方案在主要建设标准具有一定差异。

平面曲线半径对工程的影响:速度目标值不同，导致线路平面参数不同，其中线路平纵断面参数中，以最小曲线半径对速度目标值最敏感[11]。

本线行经关中平原、秦巴山地、川东低山丘陵等地貌单元。关中平原地形平缓，线路条件较好，方案受曲线半径控制小，结合工程设置情况，基本为桥梁工程；秦巴山区，地形复杂，起伏很大，各方案主要以桥隧工程方式通过，各个方案工程设置情况类似；川东低山丘陵段，最小曲线半径除局部为适应地形、设置车站、绕避不良地质及环境敏感点等略有差异外，其他地段曲线半径对方案影响较小。

不同速度目标值方案建设标准：不同速度目标值对工程投资的影响，主要体现在因设计标准差异而导致工程数量和系统设备选型的不同[12]。不同速度目标值方案主要建设标准如表1所示。

不同速度目标值方案对工程投资的影响：通过不同半径和工程设置的分析，对西安至重庆不同速度目标值方案工程经济进行分析比较[13]。不同速度目标值方案工程经济比较如表2所示。

西渝高铁全线350，300 km/h两个方案工程投资相差不大，250 km/h与350 km/h方案相比，投资节省9.9%左右；而200 km/h方案由于曲线半径小，能尽量适应地形设置简易路基工程，较其他方案桥隧比重降低较多，工程投资比350 km/h方案省14%。

表1 不同速度目标值方案主要建设标准对照

表2 不同速度目标值方案工程经济比较

2.4.3 速度目标值综合比选

与时间目标值适应性分析：根据不同速度目标值方案，通过列车仿真牵引计算分析，对不同方案列车旅行时间及旅行速度进行分析[14]。不同速度目标值方案旅行时间、速度如表3所示。

表3 不同速度目标值方案旅行时间、速度

不同速度目标值方案均能满足时间目标值要求，350 km/h方案较300，250，200 km/h方案旅行时间分别节省23，56，105 min，节时效果明显。

与功能定位及路网适应性分析：根据中长期铁路网规划，高速铁路主通道规划新增项目原则采用时速250 km及以上标准，其中沿线人口城镇稠密、经济比较发达、贯通特大城市的铁路可采用时速350 km标准。国家高速铁路网包海客运通道相关线路速度目标值均为250～350 km/h，且相邻郑西、西宝、宝兰、西成、西武、成渝、渝昆高铁速度目标值亦为250～350 km/h。本线连接西部地区西安、重庆两大区域核心城市，为满足项目功能定位及建设意义，且与相邻铁路主要技术标准相统一，提高通道及区域内整体运输质量，本线速度目标值应为350 km/h[15]。

与客运需求的适应性分析：根据运量预测，本线主要承担沿线旅游、城际客流及中长途的区际、跨线客流。对于旅游、城际客流，所处区域经济较好、人均生活水平较高、支付意愿和能力较强，采用较高的速度目标值可满足居民对铁路出行方式的时效性和舒适性要求；对于中长途区际、跨线客流，采用较高的速度目标值可缩短在途时间、减缓旅途疲劳，进而增强运输市场竞争力。故从符合本线客流特征、满足客运需求方面分析，本线应采用较高的速度目标值方案。

不同速度目标值方案经济性分析：影响铁路建设项目经济效益的因素主要有不同速度目标值对应的工程投资、运营成本、客流吸引能力、票价水平等。计算期采用30年，对各方案财务内部收益率进行分析[16]。不同速度目标值方案经济效益分析如表4所示。

表4 不同速度目标值方案经济效益比较

350 km/h方案经济性最优，其次为300 km/h方案，250 km/h和200 km/h方案经济性相对较差。

2.4.4 西渝高铁速度目标值推荐意见

本线采用350 km/h的速度目标值，不仅满足时间目标值要求，且与包海通道及路网内相关客运通道速度目标值一致，路网协调性好、通道运输质量高、经济效益最优，同时符合中长期铁路网规划目标及项目的功能定位。因此，速度目标值推荐采用350 km/h[17]。

3 西安至安康高速铁路速度目标值细化研究

3.1 不同速度目标值方案工程投资影响分析

西安至安康高速铁路线路主要走行于秦岭中山区和安康盆地的端部，山大沟深，柞水及镇安县城分布于狭窄的沟谷中，其余乡镇及旅游景点也位于山区。对该段也进行200，250，300，350 km/h四个方案比较，不同方案的最小曲线半径均不能很好适应地形，桥隧比重高。

根据既有西康铁路增建第二线的选线结果分析[18]，岭北虽然为宽阔塬面，但受越岭高程控制，线路提前抬坡，且塬面道路纵横，该段基本设置为桥梁工程；岭南地段最适宜布线的乾佑河、旬河河谷，狭窄的河道内已被城市规划、高速公路、国道、西康铁路I线及Ⅱ线工程占据有利地形，本次各方案新建铁路只能靠山布线，基本为桥隧工程相连。

各方案差异主要是采用小半径线路选线灵活，在车站设置和绕避拆迁建筑物方面有较大的优势，但受地形条件控制，桥隧比重相差不大；另一方面，因各方案建设标准的差异对投资有一定的影响[19]。不同速度目标值方案工程经济比较如表5所示。

表5 不同速度目标值方案工程经济比较

该段地形复杂，桥隧工程相连，各方案曲线半径均不适应地形，因线路方案设置的桥隧工程基本相同，差别主要因不同设计标准而产生。250 km/h和350 km/h方案相比投资仅节省5.9%左右；而200 km/h方案桥隧工程与其他方案相当，各工程标准设置上投资比350 km/h方案节省9.6%。因此，350 km/h方案较其他方案投资增加有限，工程经济性较好。

3.2 不同速度目标值经济效益分析

西安至安康高速铁路采用350 km/h的速度目标值方案，采用0.52元/人·km的票价，通过财务效益分析，财务内部收益率为2.47%，经济效益最优；其次为300 km/h方案，财务内部收益率为2.21%；250 km/h和200 km/h方案经济效益略差，采用0.29元/人·km的票价，财务内部收益率分别为1.88%、1.62%。不同方案经济效益与通道研究结果趋势一致[20]。

3.3 研究结论

综上所述，西安至安康高速铁路不同速度目标值方案工程投资差异与西渝高铁基本一致；采用350 km/h速度目标值方案经济效益最优，且与通道标准一致、运输质量高。因此，本线速度目标值推荐采用与西渝高铁一致的350 km/h。

4 结语

结合西安至安康高速铁路功能定位、路网意义，为充分反应速度目标值的合理性，在确定西渝高速铁路速度目标值的基础上，进而对西安至安康高速铁路速度目标值进行细化研究，推荐采用与西渝高铁速度目标值一致的350 km/h方案，研究结论不仅满足时间目标值要求，且与路网协调性好、通道运输质量高、经济性最优，同时为西渝高铁安康至重庆段速度目标值的选择提供决策依据。