折返能力對(duì)提高軌道交通線路運(yùn)能的影響

王冠軍

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)重慶分院 重慶 401147)

折返能力對(duì)提高軌道交通線路運(yùn)能的影響

王冠軍

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)重慶分院 重慶 401147)

為了解決城市軌道交通運(yùn)能供給與需求的矛盾，我國(guó)各大城市最近新建的軌道交通線路紛紛選擇運(yùn)能更大的A型車。經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為，目前制約城市軌道交通線路運(yùn)輸能力的瓶頸為車站的折返能力，進(jìn)而提出站前雙折返站型，并計(jì)算理論折返能力，分析該站型的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。最后，提出新線可按站前雙折返站建設(shè)，以便為將來(lái)全線線路運(yùn)輸能力的提升提供保證。

城市軌道交通;追蹤間隔;折返能力;站前雙折返中圖分類號(hào) U231+.92 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

1 問(wèn)題的提出

目前，我國(guó)已成為世界上城市軌道交通發(fā)展最迅速的國(guó)家。然而，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，很多城市軌道交通線路出現(xiàn)近期客流初期到、遠(yuǎn)期客流近期到，早、晚高峰乘客上不了車的情況。鑒于此，各大城市新建的軌道交通線路紛紛選擇了運(yùn)量更大的A型車。軌道交通具有快速、便捷、準(zhǔn)點(diǎn)、舒適等諸多優(yōu)點(diǎn)，使得地面公交的客流快速轉(zhuǎn)移到軌道交通。同時(shí)，軌道交通沿線房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)的強(qiáng)度太大，規(guī)劃線路建設(shè)速度又跟不上發(fā)展需求，無(wú)法分擔(dān)既有線路的客流，周邊地區(qū)居民只有通過(guò)公交橫向接駁軌道交通，客觀上加大了既有線路的客流負(fù)擔(dān)。盡管軌道交通是一種大運(yùn)量客運(yùn)交通系統(tǒng)，但目前運(yùn)能與運(yùn)量不相適應(yīng)的矛盾仍是各大城市面臨的主要問(wèn)題。千方百計(jì)增加運(yùn)能供應(yīng)，是軌道交通運(yùn)營(yíng)企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理工作的重心之一。

2 影響線路運(yùn)輸能力的因素分析

城市軌道交通通過(guò)能力是指在特定的線路、信號(hào)系統(tǒng)、車輛類型、列車編組、交路形式、站線配置條件下，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某斷面的最大列車對(duì)數(shù)，其能力大小主要取決于列車區(qū)間追蹤間隔、終點(diǎn)站及中間折返站的折返能力、行車交路。列車區(qū)間追蹤間隔是指采用一定的閉塞方式條件下，前行列車與后行到車之間的行車間隔時(shí)分(t)，取決于線路所采用的閉塞方式及信號(hào)系統(tǒng)。列車折返能力主要取決于列車在折返站的到達(dá)及出發(fā)間隔，一般情況下按照出發(fā)間隔進(jìn)行折返能力計(jì)算。

在列車配備充足、編組恒定的情況下，軌道交通線路運(yùn)輸能力的提高依賴于區(qū)間的追蹤能力以及折返站的折返能力。

2.1 追蹤能力

在軌道交通系統(tǒng)中，列車在線路上高速運(yùn)行，前后兩列車之間必須具有一定的距離間隔以保證列車運(yùn)行安全，并確保后行列車的正常運(yùn)行不受前行列車的影響，不產(chǎn)生非正常的制動(dòng)減速和停車，此距離間隔可以換算為時(shí)間間隔，成為列車追蹤間隔時(shí)分，即線路追蹤能力，如圖1所示。

圖1 區(qū)間列車追蹤間隔示意

圖1中:Sse為列車常用制動(dòng)距離，Ssa為常用制動(dòng)停車點(diǎn)到安全制動(dòng)距離的差，Su為前行車的位置誤差。

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，列車在中間站要經(jīng)過(guò)進(jìn)站減速、上下客、開(kāi)關(guān)門、出站加速等作業(yè)過(guò)程，因此線路的最小追蹤間隔時(shí)分的控制值通常發(fā)生在列車停站作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)前行列車進(jìn)行停站作業(yè)時(shí)，后行列車與前行列車必須具有足夠的距離間隔，此作業(yè)過(guò)程中要求的列車追蹤間隔時(shí)分最大，此時(shí)的最小列車追蹤間隔時(shí)分為線路最大追蹤能力。在移動(dòng)閉塞信號(hào)系統(tǒng)中，通過(guò)先進(jìn)的通信手段來(lái)提高對(duì)列車的定位精度，實(shí)現(xiàn)車-地間的雙向數(shù)據(jù)傳輸，在提高列車通過(guò)能力的同時(shí)，縮短列車運(yùn)行間隔。目前，國(guó)內(nèi)移動(dòng)閉塞信號(hào)控制技術(shù)的最小追蹤間隔可以達(dá)到90 s。據(jù)此計(jì)算，采用移動(dòng)閉塞信號(hào)控制系統(tǒng)的線路，其通過(guò)能力可以達(dá)到40對(duì)。車站區(qū)域列車追蹤間隔示意見(jiàn)圖2，其中St為列車長(zhǎng)度。

圖2 車站區(qū)域列車追蹤間隔示意

2.2 折返能力

折返能力是軌道交通線路運(yùn)輸能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，折返能力與線路信號(hào)制式、車站配線布置形式、咽喉區(qū)長(zhǎng)度、列車長(zhǎng)度、道岔號(hào)、列車運(yùn)行速度、技術(shù)作業(yè)時(shí)間等因素均有密切的關(guān)系。國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的折返形式有站前折返、站后折返兩種方式，下面以線路采用基于通信的移動(dòng)閉塞系統(tǒng)分別計(jì)算兩種折返形式的能力。

2.2.1 基礎(chǔ)資料

1)車輛參數(shù)。車輛最高運(yùn)行速度為vmax=78 km/h=21.67 m/s;常用制動(dòng)平均減速度為b=1.0 m/s2;常用啟動(dòng)平均加速度在額定載客情況下，列車速度從啟動(dòng)加速到40 km/h，不小于0.9 m/s2;0 ～80 km/h，平均加速度不小于0.5 m/s2;制動(dòng)空走時(shí)間 tk=1.5 s;列車長(zhǎng)度為120 m;計(jì)算車站站臺(tái)寬度為10 m。

2)道岔參數(shù)。列車側(cè)向通過(guò)9號(hào)道岔限速30 km/h，12號(hào)道岔為45 km/h。按城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，允許列車瞬時(shí)超速5 km/h。因此，列車進(jìn)入折返線的速度可按最大速度計(jì)算，不再打折扣。

3)信號(hào)參數(shù)。辦理進(jìn)路及信號(hào)開(kāi)放時(shí)間按14 s計(jì);折返時(shí)駕駛室轉(zhuǎn)換時(shí)間按20 s計(jì)。

4)列車在折返站作業(yè)時(shí)間。折返時(shí)駕駛室轉(zhuǎn)換時(shí)間按20 s計(jì);列車進(jìn)站時(shí)間，按最小追蹤間隔在牽引計(jì)算圖上查取;列車出站時(shí)間，根據(jù)出站距離長(zhǎng)短在牽引計(jì)算圖上查取;列車進(jìn)出折返線的時(shí)間，由牽引計(jì)算圖上查取。

2.2.2 折返能力計(jì)算

下面以島式車站站前、站后折返為例，計(jì)算目前國(guó)內(nèi)常用站型最大理論折返能力，其余站型，如側(cè)式車站站前、站后折返能力大同小異，本文不再贅述。

1)站前折返。單渡線折返適用于分段開(kāi)通的臨時(shí)折返站，或在故障情況下供列車臨時(shí)折返。也可用于維修車輛轉(zhuǎn)線。按假定條件，計(jì)算島式車站站前單股道折返理論折返能力為29.27對(duì)。經(jīng)計(jì)算(見(jiàn)圖3)，島式車站站前交叉折返能力與單股道折返能力基本相當(dāng)，本文不再贅述。

2)站后折返。站后設(shè)交叉渡線和兩條折返線，列車折返基本上固定使用與出發(fā)正線貫通的折返線，另一條折返線可作故障列車停留線或存車線使用，站后折返不受列車到站或出發(fā)的干擾。圖4是典型站后折返能力計(jì)算圖。按假定條件，計(jì)算島式車站站后折返理論折返能力為31.03對(duì)。

2.2.3 折返能力評(píng)價(jià)

以上計(jì)算值為目前國(guó)內(nèi)常用站型最大理論折返能力，而在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，受車站寬度增加、列車供電電壓、乘客人數(shù)、天氣狀態(tài)以及駕駛員操作等影響，理論折返能力往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)。目前，我國(guó)各大地鐵運(yùn)營(yíng)城市線路折返能力普遍在30對(duì)左右。

圖3 典型站前單股道折返能力計(jì)算

圖4 典型站后折返能力計(jì)算

3 提高折返能力的思考

一般情況下，普通的站前和站后折返形式可以滿足系統(tǒng)通過(guò)能力最大為30對(duì)的折返能力需求。但在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)遇到一些較復(fù)雜的情況，如受客流斷面、車站規(guī)模、建筑結(jié)構(gòu)形式、工程地質(zhì)條件等因素的影響和限制，以及列車編組長(zhǎng)度的增加延長(zhǎng)了列車折返走行距離，所有這些因素都會(huì)對(duì)折返能力產(chǎn)生不利影響，造成采用簡(jiǎn)單的站前折返或站后折返形式難以滿足折返能力的需求，或折返能力儲(chǔ)備不足。此外，相對(duì)于最小追蹤間隔來(lái)講，折返能力是真正制約線路運(yùn)輸能力提高的最大瓶頸。目前，國(guó)內(nèi)各大城市軌道交通線路運(yùn)能的供給與需求不相適應(yīng)，很有必要研究提高線路的折返能力，千方百計(jì)地增加運(yùn)能供給。

業(yè)內(nèi)有專家學(xué)者提出:通過(guò)改用12號(hào)道岔提高折返列車過(guò)岔速度，從而提高折返能力約15%。筆者旨在另辟蹊徑，從車站配線形式著手，提出站前雙折返配線方案。

3.1 站前雙折返站配線方案

在原站前交叉渡線折返基礎(chǔ)上，增加一條立交聯(lián)絡(luò)線，將站前平面交叉進(jìn)路改為立體交叉，如圖5所示。該站型車站在站前具備兩條獨(dú)立折返進(jìn)路，列車可以交錯(cuò)使用兩條進(jìn)路折返，互不干擾，從而提高車站的折返能力。

3.2 站前雙折返作業(yè)流程

站前雙折返站型在站前具有兩組接車進(jìn)路與兩組發(fā)車進(jìn)路，各進(jìn)路之間相互獨(dú)立，基本無(wú)作業(yè)干擾。具體作業(yè)流程為:列車1直向進(jìn)站，辦理完車站作業(yè)后，由聯(lián)絡(luò)線出站，進(jìn)入下行方向正線;列車2側(cè)向進(jìn)站，辦理完車站作業(yè)后，直向出站。依次交替使用島式站臺(tái)兩側(cè)進(jìn)行折返作業(yè)，作業(yè)流程見(jiàn)圖6。

3.3 站前雙折返土建可行性

站前雙折返站型除聯(lián)絡(luò)線外與常規(guī)站前折返站相同。聯(lián)絡(luò)線的設(shè)置需要完成聯(lián)絡(luò)線與上行正線的立體交叉，進(jìn)而通過(guò)道岔接入下行正線。經(jīng)過(guò)分析，交叉點(diǎn)處保證軌面高差12 m，可滿足高架與地下敷設(shè)立交的可行性，由此推斷聯(lián)絡(luò)線長(zhǎng)度可控制在700 m左右。該長(zhǎng)度小于常規(guī)的軌道車站站間距，具有可行性。在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，還應(yīng)結(jié)合站間距離、地質(zhì)條件、地形變化和線路縱斷面綜合比選。折返能力計(jì)算見(jiàn)圖7。

圖5 站前雙折返配線

圖6 站前雙折返作業(yè)流程

圖7 站前雙折返能力計(jì)算

3.4 折返能力評(píng)價(jià)

站前交叉渡線折返最大的問(wèn)題在于接車進(jìn)路與發(fā)車進(jìn)路相互干擾，交叉折返時(shí)尤其嚴(yán)重。站前雙折返站型通過(guò)進(jìn)路立體化，有效地解決了車站接車與發(fā)車之間的沖突干擾，折返作業(yè)相對(duì)獨(dú)立。經(jīng)圖表法計(jì)算(見(jiàn)圖7)，其理論折返能力可以達(dá)到驚人的60對(duì)，其車站的接車時(shí)間間隔、發(fā)車時(shí)間間隔為60 s，均小于信號(hào)系統(tǒng)最小追蹤間隔。

可以說(shuō)，正是因?yàn)檎厩半p折返站型較常規(guī)車站增加了一段聯(lián)絡(luò)線區(qū)間長(zhǎng)度，使車站折返能力大大提高，在土建上為全線運(yùn)輸能力的大幅提高提供了硬件支持。

4 站前雙折返技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

為實(shí)現(xiàn)進(jìn)路立體交叉，需增加一段約700 m的區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道，考慮到列車在區(qū)間運(yùn)營(yíng)的速度，區(qū)間接軌采用12號(hào)或以上道岔。估算增加投資約6 000萬(wàn)元。

假定線路車輛為A6編組，按遠(yuǎn)期30對(duì)/h、設(shè)計(jì)運(yùn)能為5.58萬(wàn)人次;采用站前雙折返配線形式后，按信號(hào)最小追蹤間隔90 s，即遠(yuǎn)期40對(duì)/h、設(shè)計(jì)運(yùn)能為7.44萬(wàn)人次。運(yùn)能增加1.86萬(wàn)人次，提高33.3%。

綜上分析，對(duì)地鐵線路來(lái)講，若兩端折返站采用站前雙折返線形式，全線工程投資較常規(guī)方案增加1.2億元，但全線運(yùn)能可以提高33.3%，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

1)目前，制約我國(guó)地鐵運(yùn)輸能力提高的關(guān)鍵因素為線路折返能力瓶頸問(wèn)題，隨著設(shè)備系統(tǒng)的更新發(fā)展，最小追蹤間隔與折返能力的矛盾將越來(lái)越大，嚴(yán)重制約線路運(yùn)輸能力的提升，制約我國(guó)地鐵運(yùn)營(yíng)管理水平的提高。

2)筆者提出的站前雙折返站型，增加了一條聯(lián)絡(luò)線，對(duì)車站土建、設(shè)備系統(tǒng)均沒(méi)有大的影響。經(jīng)分析計(jì)算，可以達(dá)到40對(duì)/h及以上行車能力的折返需求，適

合在客流斷面、車站規(guī)模、實(shí)施條件、折返能力有需求的情況下選用。

5.2 建議

地鐵工程為百年大計(jì)，一般設(shè)計(jì)按照線路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)25年后為遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力及土建規(guī)模。25年乃至50年之后，線路客流需求是什么情況?線路折返能力是否還滿足運(yùn)營(yíng)需求?等等，存在很多的不確定性。因此，建議新設(shè)計(jì)建設(shè)的軌道交通線路，其兩端折返站形式可采用站前雙折返設(shè)計(jì)，車站預(yù)留40對(duì)/h折返能力，為將來(lái)全線路運(yùn)輸能力的提升提供保證。

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Influence of Turnback Capability on Improving Transport Capacity of Rail Transit

Wang Guanjun
(Chongqing branch，Beijing Urban Construction Design ＆ Development Group Co.，Ltd.，Chongqing 401147)

Abstract:In order to solve the contradiction between supply and demand of urban rail transit capacity, the model A train with greater capacity was chosen in the new rail transit lines of big cities in our country recently. Analysis shows that the bottleneck restricting transport capacity of urban rail transit is the station’s turnback capability. This paper puts forward the concept of“double station - end turnback station”, and calculates the turnback capacity theoretically, and analyzes technical economy of this type station. Finally, the paper suggests that stations in new lines could be constructed as the double turnback stations to ensure improving transport capacity of rail transit for the future.

Key words:urban rail transit; tracking interval; turnback capacity; double station - end turnback station

1672－6073(2014)03－0039－04

10.3969/j.issn.1672 －6073.2014.03.010

收稿日期:2013－08－06

2013－10－08

作者簡(jiǎn)介:王冠軍，男，大學(xué)本科，工程師，從事城市軌道交通行車、線路、站場(chǎng)工作，wgj0308@163.com

(編輯:曹雪明)