ITC模式下地鐵列車單/雙線出段能力比較分析

李 琴

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073)

ITC模式下地鐵列車單/雙線出段能力比較分析

李 琴

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073)

主要以地鐵十四號(hào)線馬泉營車輛段為例，分析比較ITC模式下列車自車輛段停車庫內(nèi)采用單線出段和雙線出段兩種運(yùn)行組織方式下的出段能力。

ITC；列車追蹤間隔時(shí)間；地鐵列車；車輛段；單線出段；雙線出段

1 概述

列車出段能力是指列車自車輛段內(nèi)停車庫停車中心開始經(jīng)由車輛段出段線運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌,再由轉(zhuǎn)換軌運(yùn)行至正線銜接站直至出站為止的整個(gè)運(yùn)行過程中的列車追蹤間隔時(shí)間最大地段的能力?！兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2003)規(guī)定:車輛段出入段線應(yīng)按雙線雙向運(yùn)行設(shè)計(jì)。車輛段出入段線設(shè)計(jì)為雙線雙向是考慮車輛段列車出入頻繁;保證列車出入安全、可靠、迅速;確保在事故狀態(tài)下,其中1條線路故障時(shí),另1條線路仍可進(jìn)行列車出入作業(yè)。本文將分析比較ITC(Intermittent Train Control)模式下列車分別按單線出段和雙線同時(shí)出段兩種組織模式下的能力大小差異。

2 ITC模式下列車追蹤間隔時(shí)間計(jì)算方法

ITC模式又稱點(diǎn)式列車控制模式,ITC控制區(qū)域由應(yīng)答器、計(jì)軸設(shè)備、軌旁電子單元(LEU)、信號(hào)機(jī)和聯(lián)鎖系統(tǒng)等構(gòu)成。列車的安全間隔和列車防護(hù)取決于聯(lián)鎖進(jìn)路的固定閉塞和聯(lián)鎖控制下的信號(hào)顯示。進(jìn)路通常是由兩架信號(hào)機(jī)之間的軌道和信號(hào)機(jī)后的計(jì)軸防護(hù)區(qū)段組成。列車的移動(dòng)授權(quán)來自與信號(hào)機(jī)相連的有源應(yīng)答器。ITC下列車追蹤間隔時(shí)間計(jì)算方法如圖1,2所示。圖1中目標(biāo)點(diǎn)的安全防護(hù)距離位于信號(hào)機(jī)防護(hù)的內(nèi)方。利用信號(hào)機(jī)后方的計(jì)軸區(qū)段作為防護(hù)區(qū)段。圖2中目標(biāo)點(diǎn)的安全防護(hù)距離位于信號(hào)機(jī)前方,信號(hào)機(jī)運(yùn)行前方無計(jì)軸區(qū)段作為防護(hù)區(qū)段。

圖1 列車追蹤間隔時(shí)間計(jì)算方法1

依據(jù)圖1,列車追蹤間隔時(shí)間為:

其中:

t附加:開放信號(hào)機(jī)A的時(shí)間。

t運(yùn)行:列車從A信號(hào)機(jī)前方一個(gè)列車制動(dòng)距離至尾部出清信號(hào)機(jī)F后計(jì)軸防護(hù)區(qū)段的純運(yùn)行時(shí)間。

T追蹤:兩列車追蹤間隔時(shí)間。

圖2 列車追蹤間隔時(shí)間計(jì)算方法2

依據(jù)圖2,列車追蹤間隔時(shí)間為:

其中:

t附加:開放區(qū)間信號(hào)機(jī)A時(shí)間。

t運(yùn)行:列車從信號(hào)機(jī)A前方一個(gè)安全防護(hù)距離加上一個(gè)列車制動(dòng)距離處至尾部出清區(qū)間信號(hào)機(jī)B的純運(yùn)行時(shí)間。

T追蹤:兩列車追蹤間隔時(shí)間。

3 列車不同出段運(yùn)行方式場景描述

如圖3所示, 這是一種比較典型的車輛段出入段線布置形式。車輛段出入段線采用雙線雙方向布置形式。列車的出段方式有利用出段線右線出段、出段線左線出段和左右線雙線同時(shí)出段3種。目前的車載系統(tǒng)在轉(zhuǎn)換軌處均能實(shí)現(xiàn)不停車切模。所以本文分析中按照列車在轉(zhuǎn)換軌處不停車切?？紤]。

3.1 單線出段

3.1.1 出段線右線出段

如圖4所示,圖中虛線所示為列車經(jīng)由出段線右線出段的運(yùn)行進(jìn)路。列車在車輛段停車庫出庫信號(hào)機(jī)CK1前發(fā)車,經(jīng)由道岔PM直向運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌1,進(jìn)行模式切換后運(yùn)行到X站下行站臺(tái),停車上客后運(yùn)行至站外。整個(gè)運(yùn)行過程中前后兩列車追蹤間隔時(shí)間最大地段的能力即為該種運(yùn)行組織模式下的出段能力。

運(yùn)行過程中,有3處關(guān)鍵作業(yè)點(diǎn):當(dāng)前行列車尾部出清轉(zhuǎn)換軌后信號(hào)機(jī)CD1后計(jì)軸區(qū)段時(shí),方可辦理后行列車的出段作業(yè),信號(hào)機(jī)CK1開放,后行列車運(yùn)行出庫;當(dāng)前行列車尾部出清信號(hào)機(jī)F3后計(jì)軸區(qū)段時(shí),方可辦理CD1→F3進(jìn)路,信號(hào)機(jī)CD1開放;當(dāng)前行列車尾部出清X站出站信號(hào)機(jī)XC后計(jì)軸區(qū)段時(shí),信號(hào)機(jī)F3開放。

3.1.2 出段線左線出段

如圖5所示,圖中虛線所示為列車經(jīng)由出段線左線出段的運(yùn)行進(jìn)路。列車在車輛段停車庫出庫信號(hào)機(jī)CK2前發(fā)車,經(jīng)由道岔NO直向運(yùn)行至轉(zhuǎn)換軌2,進(jìn)行模式切換后經(jīng)由道岔IH運(yùn)行到X站下行站臺(tái),停車上客后運(yùn)行至站外。整個(gè)運(yùn)行過程中前后兩列車追蹤間隔時(shí)間最大地段的能力即為該種運(yùn)行組織模式下的出段能力。

圖3 車輛段布置圖

圖4 右線出段進(jìn)路

圖5 左線出段進(jìn)路

同出段線右線出段一樣,運(yùn)行過程中也有3處關(guān)鍵作業(yè)點(diǎn):當(dāng)前行列車尾部出清轉(zhuǎn)換軌后信號(hào)機(jī)CD2后計(jì)軸區(qū)段時(shí),方可辦理后行列車的出段作業(yè),信號(hào)機(jī)CK2開放,后行列車運(yùn)行出庫;當(dāng)前行列車尾部出清信號(hào)機(jī)F2后計(jì)軸區(qū)段時(shí),方可辦理CD2→F2進(jìn)路,信號(hào)機(jī)CD2開放;當(dāng)前行列車尾部出清X站出站信號(hào)機(jī)XC后計(jì)軸區(qū)段時(shí),信號(hào)機(jī)F2開放。

3.2 雙線出段

圖6 雙線出段進(jìn)路

如圖6所示,圖中虛線①、②分別是按照雙線出段組織模式運(yùn)行出段時(shí)列車1和列車2的運(yùn)行進(jìn)路。列車1和列車2同時(shí)從停車庫出發(fā),經(jīng)由各自進(jìn)路,在轉(zhuǎn)換軌處模式轉(zhuǎn)換后,運(yùn)行至X站下行站臺(tái),停車上客。

信號(hào)機(jī)CD1/CD2至計(jì)軸JZ間的進(jìn)路辦理時(shí)刻為列車頭部壓上轉(zhuǎn)換軌開始。若列車1先壓上轉(zhuǎn)換軌,那么先辦理列車1的CD1→F3進(jìn)路。當(dāng)列車2頭部壓上轉(zhuǎn)換軌時(shí),若列車1尾部還未出清計(jì)軸JZ,那么CD2至計(jì)軸JZ間的進(jìn)路無法辦理,列車2司機(jī)目視行車?yán)^續(xù)前行,若見CD2顯示紅燈,列車運(yùn)行至CD2前速度降至預(yù)定的開口速度。CD2處設(shè)有有源應(yīng)答器,向列車發(fā)送最新的移動(dòng)授權(quán)。若CD2繼續(xù)處于關(guān)閉狀態(tài),那么列車2將制動(dòng)停車等待,若CD2開放,列車2繼續(xù)運(yùn)行。

當(dāng)前行列車還未出清X站出站信號(hào)機(jī)后方計(jì)軸保護(hù)區(qū)段時(shí),信號(hào)機(jī)F3/F2一直處于關(guān)閉狀態(tài)。若后行列車已經(jīng)運(yùn)行至信號(hào)機(jī)F3/F2前,那么后行列車將在F3/F2前停車等待,直至F3/F2開放。

通過場景分析可知,如果兩列車同時(shí)從停車庫的不同股道發(fā)車,由于車輛段布置形式的不同以及出入段線與正線車站的銜接方式的不同,后車可能會(huì)發(fā)生停車等待的現(xiàn)象。若要避免后車停車等待現(xiàn)象,可以通過延遲后車發(fā)車時(shí)刻來解決。詳細(xì)的作業(yè)過程需通過前后車運(yùn)行時(shí)序圖來分析,分析方法見下文第4章中的表4、5所述。

4 案例分析

北京地鐵十四號(hào)線馬泉營車輛段的信號(hào)平面示意如圖7所示。

圖7 馬泉營車輛段信號(hào)平面示意圖

馬泉營車輛段為盡頭式車輛段。其出入段線按照雙線雙方向設(shè)計(jì)。車輛段布置形式與圖3相同。

出段能力計(jì)算采用的原則為:車輛段內(nèi)采用限速20 km/h的人工駕駛模式。由于系統(tǒng)設(shè)備在轉(zhuǎn)換軌處可以實(shí)現(xiàn)不停車切換功能,所以本案例計(jì)算時(shí)按照列車在轉(zhuǎn)換軌處不停車切換模式進(jìn)行。列車在轉(zhuǎn)換軌處由人工駕駛模式轉(zhuǎn)換為ITC模式。安全防護(hù)距離采用60 m。

4.1 單線出段

根據(jù)3.1章節(jié)所述,列車采用單線出段時(shí),可以采用出段線右線出段,也可以采用出段線左線出段。

馬泉營車輛段出段線右線出段:列車自停車庫25AG出庫信號(hào)機(jī)CK25前出發(fā),運(yùn)行至ZHG1,由人工駕駛模式轉(zhuǎn)換為ITC控制模式。模式轉(zhuǎn)換成功后,經(jīng)出段線右線運(yùn)行至善各莊站下行站臺(tái)停車上客。

馬泉營車輛段出段線左線出段:列車自停車庫3AG出庫信號(hào)機(jī)CK3前出發(fā),運(yùn)行至ZHG2,由人工駕駛模式轉(zhuǎn)換為ITC控制模式。模式轉(zhuǎn)換成功后,經(jīng)出段線左線運(yùn)行至善各莊站下行站臺(tái)停車上客。

根據(jù)3.1.1和3.1.2章節(jié)中詳細(xì)的前后車運(yùn)行場景描述以及圖1和圖2所示的追蹤間隔時(shí)間計(jì)算原理,通過計(jì)算,整個(gè)出段進(jìn)路上各架信號(hào)機(jī)處的追蹤間隔時(shí)間如表1所示。

由表1可以看出,信號(hào)機(jī)CD1和CD2處的追蹤間隔時(shí)間最大,分別為出段能力限制點(diǎn)。信號(hào)機(jī)CD1和CD2處的追蹤間隔時(shí)間詳細(xì)計(jì)算參數(shù)如表2所示。

表1 單線出段能力

表2 限制點(diǎn)追蹤間隔時(shí)間詳細(xì)計(jì)算過程

由表2可知,按照左線和右線分別出段時(shí),出段能力差值為8 s,相差不太大。主要是因?yàn)閮蓷l出段線基本平行設(shè)置,且兩個(gè)轉(zhuǎn)換軌的中心位置里程距離較近。如果相距較遠(yuǎn)或兩條線路繞開走向,那么兩條出段線的單線出段能力將會(huì)相差很大。

4.2 雙線出段

4.2.1 出段過程不停車

根據(jù)3.2章節(jié)所描述的列車?yán)贸龆尉€雙線出段的場景可知,為了避免兩列車運(yùn)行過程中因產(chǎn)生敵對(duì)近路而引起停車等待現(xiàn)象的發(fā)生,有兩個(gè)關(guān)鍵限制點(diǎn)條件必須滿足。

受限1:后車運(yùn)行至頭部距CD1/CD2一個(gè)完整列車制動(dòng)距離時(shí),前車至少應(yīng)出清計(jì)軸JZ15。

受限2:后車運(yùn)行至頭部距F3/F2一個(gè)完整列車制動(dòng)距離時(shí),前車應(yīng)至少出清善各莊站下行出站信號(hào)機(jī)XC后方計(jì)軸保護(hù)區(qū)段。

為滿足條件1,假定前車尾部剛要出清計(jì)軸JZ15時(shí),后車正好頭部運(yùn)行至頭部距CD1/CD2一個(gè)完整列車制動(dòng)距離。畫出前后車運(yùn)行時(shí)序圖如表3所示?？梢钥闯?這種情景下,當(dāng)前車尾部出清善各莊站下行出站信號(hào)機(jī)XC后方計(jì)軸保護(hù)區(qū)段時(shí),后車還未運(yùn)行到距信號(hào)機(jī)F3/F2一個(gè)完整列車制動(dòng)距離處。不會(huì)產(chǎn)生在信號(hào)機(jī)F3/F2前停車等待現(xiàn)象。這種情景下列車出段能力最終為134 s。

為滿足條件2,假定前車尾部剛要出清善各莊站下行出站信號(hào)機(jī)XC后方計(jì)軸保護(hù)區(qū)段時(shí),后車正好頭部運(yùn)行至頭部距F3/F2一個(gè)完整列車制動(dòng)距離。畫出前后車運(yùn)行時(shí)序圖如表4所示。由表4可以看出,這種情況下,前車還未出清計(jì)軸JZ15,后車就已經(jīng)處于制動(dòng)區(qū),將會(huì)在CD1/CD2前停車等待。為了不使后車制動(dòng)停車,需將表4中左線車和第二列右線車時(shí)序圖右移至表3狀態(tài)。列車出段能力最終還是為134 s。

所以若要使列車在整個(gè)出段過程中不停車,限制點(diǎn)在受限1。列車出段能力最終為134 s。

4.2.2 出段過程停車等待

根據(jù)3.2章節(jié)描述場景,若早上出車時(shí)兩列車同時(shí)從停車庫不同股道出發(fā),那么前兩列車的運(yùn)行時(shí)序圖如表5所示。經(jīng)由右線運(yùn)行的列車,由于從停車庫距轉(zhuǎn)換軌較近,所以先壓上轉(zhuǎn)換軌1,先鎖閉CD1至計(jì)軸JZ15間進(jìn)路。經(jīng)由左線運(yùn)行的列車需要在轉(zhuǎn)換軌停車等待直到右線車出清計(jì)軸JZ15,方可辦理CD2至計(jì)軸JZ15間進(jìn)路。

后續(xù)經(jīng)由右線運(yùn)行的列車,如要按照前行右線列車尾部出清信號(hào)機(jī)CD1后計(jì)軸區(qū)段就辦理出段進(jìn)路出段,由于前行左線列車仍占用CD2至計(jì)軸JZ15間進(jìn)路,所以,這列后續(xù)右線列車還需在轉(zhuǎn)換軌等待。這樣以來場景非常復(fù)雜,不易辦理。

表3 雙線出段不停車等待作業(yè)過程1

表4 雙線出段不停車等待作業(yè)過程2

后續(xù)右線列車如要按照4.2.1章節(jié)中組織原則發(fā)車,那么以后陸續(xù)出庫的列車出段間隔將同

4.2.1 章節(jié)中所述類推,如表5所示。

由表3和表5可以看出,雙線出段時(shí)按照整個(gè)出段過程中不停車等待的組織方式安排列車出段,過程比較清晰,組織簡單。因此推薦表3的運(yùn)行組織方式。

5 結(jié)論

通過第3章節(jié)和第4章節(jié)中單線出段和雙線出段兩種出段組織方式下列車出段能力的分析計(jì)算結(jié)果看出,雙線出段能力為134 s,單線出段能力為150 s和158 s。采用雙線出段能力較大。所以,繁忙線路出庫高峰時(shí)段可以采用雙線出段,非繁忙線路或平峰時(shí)段可采用單線出段。

本文總結(jié)地鐵列車自車輛段的不同出段方式,提出不同出段運(yùn)行組織方式下列車出段能力的計(jì)算方法。并以地鐵十四號(hào)線馬泉營車輛段為例,分析比較了列車不同出段方式下出段能力大小?？梢詾橐院蠊こ淘O(shè)計(jì)提供借鑒。

表5 雙線出段停車等待作業(yè)過程

Taking Maquanying depot of Beijing Subway Line 14 as an example, the paper analyzes and compares the capacity of moving out from the depot in ITC mode with two operational modes of the single line and double lines.

ITC; time interval between following trains; subway train; depot; departure from depot with signal line; departure from depot with double lines

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.019

2014-05-06)