城际铁路与高速地铁互联互通技术研究——以广州地铁22号线与广佛环城际铁路为例

Technical Condition of Interconnection between Intercity Railway and High Speed Subway： A Case Study of Guangzhou Subway Line 22 and Guangzhou-Foshan Ring Intercity Railway

摘要

目前，不同轨道交通制式间主要通过车站换乘的方式实现互联互通，随着珠三角地区城际及地铁线网的完善、经济的发展，旅客出行需求日益增长，对时效性和便捷性要求不断提升，为提高运输质量，有必要进一步研究实现不同轨道交通系统间跨线运营的互联互通。以广州地铁22号线(采用市域D型车)与广佛环城际铁路为例，从客流特征、运输需求、列车运输组织及工程技术方案等方面分析两者实现互联互通的可行性。研究结果表明：广佛环线与广州地铁22号线实现跨线运营在时效性上具有吸引力，具备客流支撑条件；城际线与采用D型车的高速地铁线在主要标准方面采取相关技术措施后可基本实现兼容统一，满足互联互通条件，但需要对信号、无线通信、票务等系统进行相关工程改造和兼容性设计。

Abstract

At present, the interconnection between different modes of transport is realized mainly through station transfer. The passenger travel needs are growing and the requirements for timeliness and convenience are constantly increasing as the Pearl River Delta intercity railway network and subway network improve and the economy develops in the region. It is necessary to study and realize cross-line operation interconnection between different rail transit systems to improve transportation quality. This paper took Guangzhou Subway Line 22 and the Guangzhou-Foshan ring intercity railway as examples. The feasibility of interconnecting between intercity railway and high speed subway was comprehensively analyzed from the aspects of passenger flow characteristics, transportation demand, train transportation organization, and engineering technology scheme. The results show that the cross-line operation of the Guangzhou-Foshan ring intercity railway and Guangzhou Subway Line 22 is attractive in terms of timeliness and has certain supporting conditions for passenger flow. The intercity railway and high speed subway line with D-type trains can be compatible with each other and meet the interconnection conditions by adopting relevant technical measures in the main design standards. However, the signal system, wireless communication system, and ticketing system need to carry out relevant engineering transformation and compatibility design.

Graphical abstract

关键词

珠三角地区 / 城际铁路 / 高速地铁 / 互联互通 / 跨线运营

Key words

Pearl River Delta Region / Intercity Railway / High Speed Subway / Interconnection / Cross-Line Operation

1　研究背景

随着城市群、都市圈的形成和发展，城市空间结构的重构，为满足旅客出行的便捷性和实现出行的差异性需求，需要构建多层次、一体化的轨道交通系统。我国轨道交通体系主要由国家铁路干线、城际铁路和城市轨道交通等层次构成^[1]，要保证各层次轨道交通系统服务的连续性和高效率，必须整合多种制式轨道交通，构建针对不同服务范围和特征需求的轨道交通功能层次，实现互联互通、融合一体的轨道交通体系。

目前，珠三角地区及其他城市群或都市圈的不同轨道交通制式间主要通过车站换乘的方式实现互联互通，通过提供不同交通方式间的信息共享、一卡通乘车等机制，保证换乘的便捷性^[2]。但随着珠三角地区经济快速发展，旅客出行需求日益增长，对时效性和便捷性要求不断提升，需进一步研究实现不同轨道交通系统间跨线运营的互联互通，满足区域之间、城市之间快速通达。目前，列车实现跨线运营仍存在一些建设标准、设备选型及运营管理等多方面技术上的难题^[3]，以广佛环线佛山西至广州南段与广州地铁22号线(采用市域D型车按高速地铁标准设计)间的跨线运输为例，对城际铁路与采用市域D型车的高速地铁间实现跨线运营的互联互通的可行性进行分析研究。

2　项目概况

2.1　广佛环线

广佛环线佛山西至广州南段位于粤港澳大湾区的广州市和佛山市境内。线路西起佛山西站至广州南站，全长35.001 km，新设车站5处，其中地下站3处(东平新城、陈村和广州南站)，高架站2处(张槎和北滘站)，平均站间距7.36 km，最大站间距为佛山西站至张槎站11 km，最小站间距为陈村站至广州南站4.505 km。设综合检修基地一处，从北滘站引出，按城际铁路标准设计，运行CRH6系列城际动车组列车。

2.2　广州地铁22号线

广州地铁22号线起始于南沙区的万顷沙，终止于荔湾区的白鹅潭，线路全长67.4 km，设站12座，平均站间距6.0 km。其中万顷沙至番禺广场段与18号线共线，长约36 km，设站4座，平均站间距9.0 km；番禺广场至白鹅潭长约31.4 km，均为地下线；设站8座，换乘站4座，平均站间距4.3 km，采用市域D型车按高速地铁标准设计。

广佛环线与广州地铁22号线位置关系示意图如图1所示。

3　跨线运营需求及运输组织可行性分析

3.1　跨线运营需求分析

3.1.1　互联互通必要性分析

（1）从项目功能定位分析。广佛环线是珠三角城际轨道交通网中东部线网和西部线网之间重要的联系线，串联起白云机场、广州南站、佛山西站三大交通枢纽，其中佛山西至广州南段承担东西向广州与佛山两市间轨道交通快线作用，对促进广佛同城化具有重大意义。广州地铁22号线自南向北依次连接了南沙枢纽和南沙机场、广州南站地区、西朗以及白鹅潭地区，作为广州南部地区的快速联系通道，定位为南部快线，从项目功能定位分析，两线均承担区域内快速轨道交通功能，且在广州南站十字交叉，具有互联互通需求。

（2）从城市空间布局及承担客流分析。广州与佛山同属广州都市圈，为发挥广州主核心、佛山副核心的引领带动作用，需加快推进广佛同城化，强强联合共建国际化都会区。广佛环线路主要敷设佛山市、广州市，广州地铁22号线线路敷设广州市南沙区、番禺区和荔湾区，为强化广州佛山同城效应、打造布局合理、功能完善、联系紧密的城市都市圈，需加强交通体系有效对接、基础设施共建共享。同时，广佛环线与广州地铁22号线作为广州都市圈快速轨道交通的组成部分，主要承担都市圈内客运交流，因此为实现广佛同城化，便捷都市圈内客运交流，两线应实现互联互通。

3.1.2　广佛环线与广州地铁22号线换乘条件分析

广佛环线佛山西站至广州南站段位于广州市和佛山市，西连佛肇城际(肇庆—佛山西)，东接佛莞城际(广州南—东莞)，在东平新城站与广佛江珠城际(石围塘—珠海机场)换乘，在广州南站与广州地铁22号线换乘，是珠三角城际轨道交通网中东西向交通干线的重要组成部分，也是广佛交通走廊内重要的城际客运线路。

广佛环线佛山西站至广州南站段与广州地铁22号线存在广佛环线沿线与肇庆、佛山、番禺等地区的旅客换乘客流。该通道内城际和轨道交通主要有广佛环线、佛山地铁2号线、广州地铁22号线，对相关联的不同径路进行比较选择，肇庆至番禺通道内轨道交通径路运输质量比较如表1所示。

表1表明，肇庆方向至番禺方向利用广佛环线和广州地铁22号线实现跨线运输旅行时间较贵广高速铁路(肇庆—广州南)和广州地铁22号线在广州南站换乘节省0.1 h；佛山方向至番禺方向利用广佛环线和广州地铁22号线实现跨线运输旅行时间较佛山地铁2号线和广州地铁22号线在魁奇路站、广州南站换乘节省0.15 h。因此，立足不同层级线网的跨线运营，广佛环线承担肇庆及佛山方向至番禺方向之间的中长途城际客流具有一定优势。

综上所述，广佛环线与广州地铁22号线的跨线运营相较于不同线网间的换乘连接比，在时效性上具有吸引力，具备一定的客流支撑条件。

3.1.3　客运需求分析

根据客流预测，2035年广州南站正常工作日全日换乘客流情况如表2所示，2035年广州南站正常工作日高峰换乘客流情况^[4]如表3所示。

由表3可知，2035年广佛环线与广州地铁22号线换乘客流约80万人次/a。若广佛环线与广州地铁22号线互联互通，实现跨线运营，可在一定程度上节省旅客在途时间，提高径路对旅客的吸引力。

3.2　列车运输组织可行性分析

规划的广州地铁22号线，属于广州地铁中的高速地铁层级，与广佛环线标准接近，具备实现互联互通开行跨线列车的条件，以下从速度目标值、运输能力、运输组织模式、运营交路及配线、维保模式及场段规模、运营管理模式^[5]等6个方面分析互联互通的可行性。

3.2.1　速度目标值

广佛环线的速度目标值为200 km/h，广州地铁22号线的速度目标值为160 km/h，预留200 km/h的条件。由于两线之间的速差较小，对于线路通过能力及旅客乘车舒适性影响均较小^[6]，仅从速差角度看，两线互联互通可行。

3.2.2　运输能力

广佛环线与广州地铁22号线运输能力对比如表4所示。

广佛环线采用的CRH6型动车组与广州地铁22号线采用的市域D型车相近。从运输能力方面分析，广佛环线设计近、远期的运能余量均达到30%以上，广州地铁22号线也达到了20%以上，余量均较大，具备互联互通开行跨线列车的条件。

3.2.3　运输组织模式

广佛环线开行大站直达与站站停列车，广州地铁22号线也开行大站停和站站停列车。广佛环线与广州地铁22号线开行方案对比如表5所示。

广佛环线与广州地铁22号线高峰期间，行车间隔小，折返及通过能力较为紧张时，跨线列车可采用替换运营的方式，即跨线列车可替换原有本线列车运行，不打乱本线运输组织模式。在平峰期间，行车间隔大，折返及通过能力较为富裕时，跨线列车可采用插入运行的方式，即跨线列车插入本线列车中运行，统筹考虑跨线与本线运输组织模式^[7]。

3.2.4　运营交路与配线

广佛环线与广州地铁22号线互联互通交路方案，可理解为本线与跨线交路的组合，跨线的交路设置应充分考虑OD客流特征，结合联络线布置方向，并应保证运营交路覆盖跨线线路一定的线路长度。

广佛环线与广州地铁22号线在广州南站换乘，需要在广州南站设置联络线，保证双方向跨线运营的条件；由于广佛环线和广州地铁22号线列车长度不同，导致停车线、折返线长度也不同，需结合具体跨线方案对配线进行匹配性改造，以满足跨线列车的折返、救援等方面的需求。

3.2.5　维保模式及场段规模

市域D型车检修修程与城际动车组基本相同，但同编组的市域D型车比城际动车组短，为满足跨线运输需求，需对广州地铁22号线市域D型车的运维设施按照城际动车组的长度进行改造。由于开行跨线列车，交路长度增加，广佛环线与广州地铁22号线的运用车、检修备用车均有可能增加，具体方案实施时，场段规模需进行相应核算，场段规模应具有包容性，预留跨线条件。

3.2.6　运营管理模式

广佛环线与广州地铁22号线后续可能均交由广州地铁集团运营，同属一个运营主体，也为实现广佛环线与广州地铁22号线间的互联互通在运营管理方面提供了便利。

综上所述，从速度目标值、运输能力、运输组织模式、运营交路、运营管理模式等方面分析，两线基本具备开行跨线列车的条件；从配线及场段规模方面分析，需在广州南站增加联络线，同时对折返线、停车线进行改造，满足跨线、折返、救援^[8]等方面的需求，并进一步核算场段规模，在此条件下，基本具备开行跨线列车的条件。

4　广州地铁22号线与广佛环线开行跨线列车工程方案研究

城际铁路与地铁间的互联互通工程技术涉及专业领域多、工程复杂，以下主要对联络线设置、车站系统、车辆运维系统、信号系统、限界、接触网、调度中心、供变电系统、站台门、信息系统等方面进行分析。

4.1　联络线修建的可行性

广州地铁22号线沿石浦大道下方走行，于广州南站与广佛环线交叉，与城际广州南站西咽喉十字交叉。城际广州南站西咽喉紧邻武广高速铁路(武汉—广州)广州南站，广州南站(高铁)设15站台、28股道，各股道均采用高架引入。若自城际广州南站西咽喉引出与广州地铁22号线的联络线，会对武广高速铁路南咽喉的桥梁基础形成破坏，影响武广高速铁路运营。且城际广州南站已经施工完成，为地下结构，若修建疏解线会对城际车站大规模改造。建议广州地铁22号线开通运营时通过便捷换乘实现互联互通，未来根据直通客流情况再考虑修建联络线实现跨线运输。城际广州南站平面布置图如图2所示。

4.2　车站系统

4.2.1　到发线、站台长度

广佛环城际铁路采用CRH6型城际动车组列车，长度为201.4 m，站台长度按210 m，市域地铁D型车总长约186 m，城际铁路车站到发线和站台可满足市域D型车地铁车辆停靠长度要求，地铁车站不满足城际列车停靠长度要求。

4.2.2　站台高度

广佛环城际铁路站台高度为高出轨面1.25 m，市域D型车站台高度一般取1.25 m。地铁市域D型车可同时兼顾城际和地铁站台高度要求。

4.2.3　车站接轨条件和到发线规模

广佛环城际车站未预留地铁和市域快轨接轨条件，地铁接轨广佛环线，需根据预测跨线客流确定到发线规模，若需要增加到发线数量，需对既有车站进行改造，由于广佛环城际车站均为地下站和高架站，改造难度较大。

4.3　车辆运维系统

地铁22号线采用8辆编组市域D型车，编组长度约186 m，设计速度为160 km/h，配套本线设置有万顷沙车辆段、陈头岗停车场、陇枕停车场各一处，承担本线车辆的运维任务。

市域D型车检修修程与城际动车组基本相同，但同为8辆编组的市域D型车比城际动车组短，需对广州地铁22号线市域D型车的运维设施按照城际动车组的长度进行改造，在城际铁路与地铁线路互联互通后，车辆运维设施方可以实现资源共享。

4.4　信号系统

地铁信号系统和城际信号系统为不同标准制式的2类系统，广佛环线配置CTCS-2+ATO车载的CRH6系列车型无法在采用CBTC列车控制系统的地铁线路中正常运行，地铁线路的列车无法在城际线路正常运行，为了实现列车在2种信号系统架构完全不同的线路上混跑^[9]，目前可能实现的方式是地面设备维持各自系统配置不变，车载设备能在2种系统间跨线运营^[10]。针对列车车载设备存在2种方案，即车载采用1套融合系统或车载采用2套系统叠加。①在列车上采用融合车载系统，融合车载为一套系统，既能与CBTC轨旁设备通信实现控车，又能与CTCS系统轨旁设备通信完成控制列车安全运行的功能，车载设备能处理不同系统的数据信息，对不同系统的数据按不同的逻辑给出控制命令，保证列车安全运行；②在列车上叠加2套系统，即车上安装1套CBTC车载设备和1套CTCS列控车载设备^[11]，2套系统在城际与地铁的边界处能自动或人工切换，2套系统的核心处理单元独立配置，对部分接口设备(如测速传感器、应答器天线、雷达等)进行优化整合。采用融合车载设备系统是未来发展的方向，但由于目前市场尚无成功案例，存在较大风险，因此建议车载采用2套系统叠加方案，并在此基础上优化整合部分设备。

4.5　限界

现行市域铁路相关限界设计标准包括中国土木工程学会发布的《市域快速轨道交通设计规范》(T/CCES 2—2017)、中国铁道学会发布的《市域铁路设计规范》(T/CRS C0101—2017)，其限界体系差异较大，其中《市域快速轨道交通设计规范》与地铁设计规范相类似，限界分为车辆限界、设备限界和建筑限界，而《市域铁路设计规范》与国家铁路限界体系基本一致。

广佛环城际铁路与《市域铁路设计规范》市域D型车限界对比如表6所示。

城际铁路与《市域铁路设计规范》市域D型车限界相比，除站台门限界和隧道净空面积要求不同外，其他限界参数基本相同。城际铁路与市域D型车有条件实现限界包容性设计，实现互联互通需满足：①站台门限界按城际铁路要求包容性设置；②根据速度目标值和车辆密闭性能确定隧道净空面积，同时满足城际铁路和市域D型车要求；③统一曲线限界加宽计算参数，以统一曲线地段校核标准。

从限界角度分析广佛环线与采用市域D型车的高速地铁间存在互联互通条件，由于车辆参数不同，曲线地段限界加宽量不同^[12]，市域D型车相对广佛环线曲线限界加宽量小。因此，市域D型车在广佛环线运行满足行车要求，但曲线站台的站台间隙相对较大；广佛环城际车辆进入高速地铁线路(市域D型车)应根据线路条件校核曲线限界，必要时调整轨行区设备管线和构筑物布置。

4.6　接触网

广佛环线动车组受电弓工作范围为5 150~6 500 mm，接触导线高度为5 300 mm；高速地铁D型车受电弓工作范围为5 150~5 800 mm，接触导线高度一般为5 300 mm。普速地铁接触导线高度不在广佛环线动车组受电弓工作范围内，高速地铁接触导线高度在广佛环线动车组受电弓工作范围内；广佛环线接触导线高度在普速地铁和高速地铁列车受电弓工作范围内。因此，从接触网角度分析，广佛环线可在高速地铁线路上运行，高速地铁列车也可在广佛环线线路上运行。

4.7　调度中心

规划的珠三角城际铁路将由广州地铁成立的广东城际铁路运营有限公司负责运营管理，并建立珠三角城际轨道交通调度指挥系统和调度中心负责调度管理。由于城际铁路公司和地铁运营公司均归属广州地铁集团，管理和调度上可实现统筹协调。因此，在调度中心设置方面，城际铁路和地铁间具备互联互通条件。

4.8　供变电系统

广佛环线的牵引供电方式为25 kV单相工频供电方式，采用带回流线的直接供电。牵引供电系统从电网中引入110 kV电源，通过牵引变电所转为27.5 kV单相交流电，为接触网供电，回流电流通过钢轨和回流线返回牵引变电所。广州地铁22号线与广佛环线供电方式相同，均为25 kV单相工频供电方式，均采用带回流线的直接供电方式。因此，从供电制式角度分析，广佛环线动车组可在广州地铁22号线运行，广州地铁22号线列车可在广佛环线线路运行。

4.9　站台门

广佛环线采用的城际动车组CRH6与广州地铁22号线采用的市域D型车车门位置不同，所以当城际动车组CRH6、市域D型车相互跨线运营时，因为车门和站台门滑动门位置不对应，造成紧邻站台布置的站台门会对车门形成阻挡无法下车^[13]，只有在站台门退让站台边一定距离的车站，旅客可以正常上下车。

广佛环线与广州地铁22号线之间实现互联互通的条件主要是：北滘站站台门需退让站台边一定距离布置，以满足不同型式列车停靠站台并上下旅客的需求。

4.10　信息系统

广佛环票务系统采用国家铁路12306票务系统，广州地铁22号线票务系统采用地铁票务系统。广佛环线信息系统与地铁信息系统组成不一致，各子系统设置原则和标准不同^[14]，广佛环线目前各信息系统和地铁信息系统无法实现互联互通，改造措施如下。

4.10.1　票务系统改造

（1）城际和地铁线路票务系统同时采用城际12306客票系统和自动售检票(AFC)系统2种模式，车站闸机合设或分设，后台中心系统分设。

（2）将城际和地铁客票中心互联，改造城际客票系统和地铁客票系统。对城际客票系统进行路局中心以及车站闸机改造，旅客可在城际闸机上刷一卡通进站乘车，市政卡支付信息、票根信息由12306系统统一管理；对地铁闸机进行改造，实现身份证进出站。

4.10.2　其他系统改造

（1）旅客服务、视频监控、广播及乘客信息显示系统(PIDS)等其他信息系统采用技术手段改造，通过增加接口服务器及网络安全设备等，将各系统信息相互交互显示，实现系统资源共享，信息互通^[15]。

（2）优化城际和地铁车站进出站客流流线，实现城际和地铁安检互信。

5　研究结论

城际铁路与高速地铁(市域D型车)实现跨线运营时工程方案应具备的技术条件如下。①线路设置，为实现城际与高速地铁在线路平、纵条件上的融合，建议在速度目标值相同时，采用二者中较高的线路平纵参数标准。②站场设计，建议到发线有效长度、站台规模等站场设施采取包络式设计，同时兼容本线和跨线车运行需要，站台高度、站台与车辆轮廓距离按城际铁路标准取值。③供电设计，为实现城际铁路与市域地铁的共线运营，两者牵引供电系统均应采用交流单相工频25 kV带回流线的直接供电方式。④接触网设计，城际与国家铁路、市域地铁可实现互联互通。城际与高速地铁融合建议的技术标准：接触线悬挂点高度宜为5 300 mm。⑤通信系统，通信系统融合技术标准可实现，通过相关技术整合可实现系统融合。⑥信号系统，为了更好地实现公交化运营，提高运营效率，信号系统标准建议采用融合信号系统。⑦信息系统，建议对城际和高速地铁信息系统软件平台进行开发，实现两者系统制式融合。⑧站台门设计，建议城际列车与地铁列车客室门参数统一，以便城际及地铁旅客上下车。⑨车辆方面，建议高速地铁与城际动车组共享车辆运维设施。⑩限界方面，建筑限界应符合《城际铁路设计规范》的相关规定。曲线站台边缘与车门之间的间隙，应按线路曲线半径和轨道超高计算确定，应限定曲线站台线路平面曲线最小半径和轨道超高值，保障曲线车站站台边缘与车辆轮廓线之间的间隙不大于180 mm。

研究表明：广佛环线与广州地铁22号线在主要设计标准方面采取相关技术措施改造后可基本实现兼容或统一，满足互联互通条件，需要对信号系统、无线通信系统(配合信号系统)、票务系统进行相关工程改造和兼容性设计，但因广州南站周边构筑物多，增加联络线影响武广高速铁路桥墩，实施难度较大，建议广佛环线开通运营时优化车站内部流线或增设与广州地铁22号线付费区换乘通道通过便捷换乘实现互联互通，未来根据直通客流情况再考虑跨线运输。

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基金资助

中铁第一勘察设计院集团有限公司重点专项研发项目(2021-KY74ZD(ZDZX)-02)

中铁第一勘察设计院集团有限公司科研开发项目(院科18-67)

中铁第一勘察设计院集团有限公司科研开发项目(院科20-28)