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科普 | 為何市區地鐵時速不設計成100公里以上 意耐枕木
編輯:蘇州意耐實業有限公司   上傳日期:2020-12-16   瀏覽:2098 次

目前國內的地鐵(或城軌)系統是有時速100以上的線路的,但大部分線路仍是設計時速80的類型,這一般是由于線路站距,列車性能,及整體造價的問題。

國內的地鐵或城軌系統目前設計時速多為整數的80,100,120,140,乃至160。時速100的線路設計大致是近年來興起的一種方案,目前有在中大城市推廣開的趨勢。而時速120的線路設計,是一種在市郊或近郊軌道交通系統中比較常用的方案,下面以設計時速120的方案作為重點。

先說結論。若線路設計的站距小,列車大部分時候加速不到100時就要減速進站,對整體而言是一種過度,是一種浪費,而非超前的設計;速度快,那么對列車的性能,以及線路的曲線半徑要求就高,需要的錢也就越多,同時通達度降低,無法兼顧部分地區居民的出行需求。

總而言之,地鐵(城軌)系統設計時速的快慢與否,就是由線路定位,資金以及環境條件所決定的。三者問題加起來,導致時速100及以上的地鐵(城軌)系統比較少見。

站距問題:列車時速達到100甚至以上,需要線路大站距設計的支持。

在站立的乘客能夠站得穩的范圍內,列車的起動加速度及常用減速度都不能太高,兩者高了則會使乘客站不穩,導致乘坐體驗惡化。

即使緊急制動可以使列車很快的停下,但我相信很多人都體會過公車急剎的感覺,所以緊急制動并不會經常使用。早年間日本嘗試過起動加速度4km/h/s以上的高性能通勤列車,但均因乘客站不穩的問題而放棄,或鮮有鐵路公司有實際運用。某種程度上來說,列車加減速性能是有限制的,是一定的,不大可能通過增強加減速性能的方式做到速度又快站距又足夠小的理想設計。

而選擇大站距,顯然的會使列車設站減少,使得線路總體通達度降低。而在人口密集的市區內,這是萬萬不可取的。

不過,如果某地鐵(城軌)系統在車站內設置有供快車不停站直接通過的通過線。那么在此條件下,該線路要實現列車運行最高時速100及以上的設計,是有可能的。即使該線路可能會通過市區,但由于快車僅選擇部分車站停車,相對站距加大,實現高時速是完全可行的。在城市軌道交通發達的日本,快慢車換乘是一種非常可行,能顯著提高人們通勤效率的方法。然而對于大部分都在地面以下設置線路和站點的地下鐵系統而言,在站點額外設置通過線,意味著又要多挖地,成本又變高不少,一般來說很少會有城市能承受得起規格如此豪華的地下鐵線路。且該方法仍受到設計線位等其他線路因素的限制。高架或地面區段偏多的地鐵(城軌系統)則可以考慮這種快慢車+高速線路設計的方法。

所以一般只有定位為近郊或者市郊(包括機場線)的城軌系統會選用時速100以上的列車。

造價:列車跑的越快,對列車及變電站的性能要求越高;線位要求高,選線不靈活,也就導致線路的建設成本越高。

一般而言,列車的電力牽引特性是影響列車總體性能的重點之一。在低速運行時,列車牽引力大,加速度就高;當運行速度越來越高時,牽引力就會慢慢變小,加速度隨之變小,直至到達某個速度后,剩余加速度為0,列車速度不再增加。

若想保持較高起動加速度(不大幅度改變齒輪傳動比),又要列車牽引力足夠滿足120km/h運營的條件,只能增大列車的總體牽引功率。

對于容量更大,載重也更多的A型車而言,若想做到最高時速100及以上的運營能力,對比起B型車,設計的功率又要進一步提升。

列車輸出的功率越大,電力牽引系統(包括電機和逆變器等部分)規模也就越大,列車造價也就越高。一般設計時速80km/h的地鐵,由于功率限制原因,基本不能滿足時速120運營的要求。考慮到城軌或地鐵線路需要頻繁上坡,列車的輸出功率也要作冗余設計。

典型的6編組B型列車,設計時速80的采購價為3600萬人民幣/列,設計時速120的采購價則為4300萬人民幣/列,后者在粗略相較之下仍高了20%。地鐵(軌交)公司由于需要實現較短的發車間隔,一般初期就會采購20列以上,那么多出的20%就是一筆不小的錢。

線路設計方面,在單節列車長度一定的情況下(車軸的軸距相同),設計時速越高,要求的線路曲線半徑越大,線位要求越高,土建成本也高,總體上的線路造價也就越高了。

以單節19m長的B型車為例,一般設計時速為80km/h的地下鐵線路,其線路設計的曲線半徑在R=300m~500m之間;滿足設計時速120km/h的地下鐵線路路段(部分120的城軌并不能全線都滿足條件),設計曲線半徑在R=800m以上。

從數值上就可看出:設計120時速的線路,在曲線設計上沒有時速80的線路靈活。這意味著:滿足運營時速120及以上的區段內無法在地理位置復雜的一些地方設站;由于線位要求高的原因,可能會難以避開某些地質惡劣的地區,或連接某個特殊的站點。在環境或選線條件有所限制的情況下,在土建上就要下功夫,其中最常見的就是在部分路段降低設計規格,對要求作出相應的妥協。

例如廣州三號線的列車,雖然設計時速為120km/h,但三號線全線并非每一路段都能滿足此運營速度要求,而網絡盛傳中只有幾個區段能滿足;五號線楊萁—動物園區間有一個很著名的急彎道,這樣則是為連接某兩個站點,而致使該區間設計線位較差的一個典例。

不過,廣州地鐵三號線雖然并非全段都能實現最高運營時速,但其還是做到了主線平均速度50km/h+(普通時速80的地鐵一般均速都在40以下),成績還是不錯的。

在城區內,由于列車運行時產生的噪音、震動等因素,運行速度越快這方面的影響越大,會引發不少相關問題,所以也會導致列車在此區間跑不快。若線路中大部分存在“妥協”的情況,那么還不如降低整體設計要求,避免過度設計。

考慮到高時速下的安全性及舒適性,線路的部分系統的設計也要有所強化。例如:時速越高活塞效應越嚴重,通風系統需要更好的設計;時速越高,對于地基和軌道可能會有較大影響,可能需要額外的加固,或使用更好的材料;當運行時速100及以上時,因氣壓問題會讓乘客感到不適,需要考慮列車氣密(密封)性;高架線路區段若經過住宅區,需要設計隔音墻,甚至降低時速來降低對周邊居民的影響………線路設計時速的提升,往往需要考慮更多的問題,若要一一解決,都會使土建成本不可避免的增高。

想要做到平均/最高時速高,又能做到站距小通達度高,又不多花錢。這種事基本是不存在的,有些城市是能做但沒錢,有些城市卻是有錢,但城市規模與環境又有所限制。

所以,與其追求最高速度,不如想著如何合理設計,來最大程度的發揮該線路的作用。從線路定位出發,市郊,近郊,及機場線系統最適合發展時速100及以上的軌道交通系統。市區通勤區段占比較高,站距又偏小的線路,老老實實跑最高80就好啦。

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