同站臺換乘實現(xiàn)地鐵跨線運行線路設計技術(shù)研究

梁青槐 王家琦 張怡

(1.北京交通大學城市軌道交通研究中心 北京 100044；2.中鐵電氣化局集團有限公司 北京 100036)

同站臺換乘實現(xiàn)地鐵跨線運行線路設計技術(shù)研究

梁青槐1王家琦1張怡2

(1.北京交通大學城市軌道交通研究中心 北京 100044；2.中鐵電氣化局集團有限公司 北京 100036)

在闡述實現(xiàn)地鐵跨線運行所需土建設施、車輛、供電、信號等主要條件的基礎上，重點分析利用同站臺換乘實現(xiàn)地鐵跨線運行的方式及特點，并對其過軌方式、配線形式、平直線段最小長度等線路設計的技術(shù)問題進行深入研究。結(jié)果表明，利用同站臺換乘方式實現(xiàn)跨線運行時，渡線聯(lián)絡線容易設置，采用站前過軌與站后過軌相結(jié)合的方式、選用9號道岔等方法可顯著減少對平直線段長度的要求，是實現(xiàn)跨線運行的一種比較理想的方式。

地鐵；跨線運行；同站臺換乘；平直線段；線路設計

近年來，我國地鐵蓬勃發(fā)展，北京、上海、廣州、重慶等大城市以每年數(shù)十千米的速度開通新線。截至2014年底，北京、上海的運營里程均超過500 km，其基本線網(wǎng)已經(jīng)形成，表明我國地鐵已經(jīng)步入網(wǎng)絡化運營時代。

在地鐵線網(wǎng)中，每一條線路已不再是孤立的，其作為網(wǎng)絡組成部分與其他線路關(guān)系密切。在研究網(wǎng)絡運行組織時，需要從網(wǎng)絡角度出發(fā)綜合考慮各條線路的協(xié)同運營組織，以實現(xiàn)整個網(wǎng)絡的線路資源利用效率最大化、運營效率最大化、客流服務水平顯著提高。其中，地鐵跨線運行模式就是最受關(guān)注的一種方式。

同站臺換乘方式不僅換乘便捷，還具有不同線路的軌道處于同一平面的特點，這為線路間的跨線運行提供了十分有利的條件，因而成為地鐵跨線運行的一種重要的實現(xiàn)形式。下面著重研究同站臺換乘實現(xiàn)地鐵跨線運行的相關(guān)技術(shù)問題，為地鐵線路規(guī)劃設計提供參考。

1 地鐵跨線運行的概念及主要實施條件

1.1 地鐵跨線運行的概念

跨線運行是指在相交的軌道交通線路中，列車交路從一條線路跨越到另一條線路或者跨越多條線路的運行方式。因為多條線路之間的跨線運行可以看做是若干個2條線路跨線運行的組合，所以下面主要研究2條線路之間的跨線運行，如圖1所示。

圖1 跨線運行交路示意

1.2 地鐵跨線運行的實施條件

跨線運行的地鐵列車行駛在2條線路上，因此在這2條線路上支撐列車運行的設施和設備都必須相同或相互兼容跨線列車，這對2條線路的土建設施、車輛、供電、信號等系統(tǒng)提出了新的要求。

1.2.1 設施條件(線路互聯(lián)互通)

要實現(xiàn)地鐵列車的跨線運行，首先要實現(xiàn)2條線路的互聯(lián)互通，增設用于列車過軌的配線。與傳統(tǒng)意義上的資源共享不同，列車跨線運行發(fā)生在運營時段，為保證乘客的出行效率，需要在2個方向上分別設置滿足運營要求的連接線路，這通常需要增加隧道、橋梁等土建設施。

與車輛、信號等設備的定期更新改造不同，由于土建施工工期長、影響范圍大，加之地鐵線路以地下線為主，施工場地受限，在不中斷運營的條件下，通過改造已運營線路和車站實現(xiàn)跨線運行十分困難。所以該條件的滿足主要依靠設計時的規(guī)劃預留，這使得線路及車站等設施條件成為跨線運行能否實現(xiàn)最關(guān)鍵的因素。

綜合國內(nèi)外跨線運行的經(jīng)驗，跨線的設置方案主要有2類，一類是增設聯(lián)絡線，另一類是在同站臺換乘的線路之間增設渡線。對于已經(jīng)規(guī)劃了同站臺換乘的車站，修建渡線所帶來的額外成本相對較低，因此利用同站臺換乘的有利條件來實現(xiàn)跨線運行的方式受到了越來越多的關(guān)注。

1.2.2 設備條件(設備技術(shù)標準統(tǒng)一)

除了線路的互聯(lián)互通，地鐵列車的跨線運行,還要求2條線路的車輛、供電、信號等設備系統(tǒng)的技術(shù)標準統(tǒng)一或相互兼容。

1) 車輛條件?？缇€運行線路上行駛著本線列車和跨線列車，因此線路平縱斷面技術(shù)條件應與2種列車的性能相匹配，限界也必須同時滿足2種車型的要求。同時，2種列車還應與車站設施相匹配：2條線路的列車編組長度應該相近，且車站站臺長度能夠包容2種編組。如果設置站臺門，還要求列車的車門寬度、間距等參數(shù)一致。

滿足車輛條件最簡便的實施方式是在規(guī)劃設計階段為需要跨線的線路統(tǒng)一車輛外形尺寸及動力配置，這就要求決策者從地鐵網(wǎng)絡層面進行統(tǒng)籌規(guī)劃。如果不能統(tǒng)一車型，則有2種實施方式：第一，跨線區(qū)段的設計采用較大車型的限界、較長的站臺長度及較小的縱坡，保障跨線區(qū)段能滿足不同運行列車的要求；第二，按照較小的限界和較高的動力配置設計制造跨線車輛，使其滿足2條線路最嚴苛的要求。

2) 供電條件。地鐵供電系統(tǒng)提供列車運行的動力源，是實現(xiàn)跨線運行的基本要素。城市軌道交通常用的供電制式有直流750 V地面接觸軌、直流1 500 V架空接觸網(wǎng)、交流25 kV架空接觸網(wǎng)等制式，線網(wǎng)中的不同線路可采用不同的供電制式[1]。

跨線列車運行在2條線路上，因此列車必須具備從2條線路供電系統(tǒng)中成功受電的條件，主要影響因素是受電方式和電壓。針對跨線列車的供電條件，主要有2種解決方案：第一，統(tǒng)一跨線運行線路的受電方式及電壓；第二，跨線列車采用雙流制列車，配備受電弓和接觸靴，以適應2種供電制式。

3) 信號條件。信號系統(tǒng)是列車運行的指揮系統(tǒng)，是地鐵安全高效運營的基礎，因此跨線列車需要具備與2條線路信號系統(tǒng)兼容的條件。

類似于供電條件，滿足信號條件的解決方案也有2種：第一，建立信號系統(tǒng)的技術(shù)標準，采購統(tǒng)一標準下的信號系統(tǒng)設備；第二，在跨線運行的列車上搭載2套信號設備。

由于設備使用年限相對較短，所以在運營過程中定期的更新改造必不可少。而且相比土建設施，設備更新改造耗時短、難度小，因此車輛、供電、信號等設備條件尚可以通過運營階段的設備更新予以滿足。

2 同站臺換乘的概念及分類

2.1 同站臺換乘的概念

同站臺換乘是指乘客從某一條線路的列車下車后，在同一站臺即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)線換乘，而不需要經(jīng)過樓扶梯和通道走到另一個站臺的換乘形式[2]，它可以極大地提高換乘效率，方便乘客，并減小換乘站樓扶梯和通道的人流密度。

2.2 同站臺換乘的分類

根據(jù)車站的布置形式，同站臺換乘主要分為平行雙島四線形式和重疊雙島四線形式2類。

2.2.1 平行雙島四線形式

平行雙島四線形式是將2條線的上行線布置在1個島式站臺的兩側(cè)，將2條下行線布置在另一個島式站臺的兩側(cè)，2個站臺平行排列在同一個平面上的車站布置形式，如圖2所示。乘客下車后在本站臺即可換乘另一條線同方向的列車，使用非常方便。

圖2 平行雙島四線形式

平行雙島四線形式的優(yōu)點：車站為2層建筑，埋深較淺，當采用明挖法施工時難度和風險均很??；在車站區(qū)域，同方向的線路位于同一平面且距離較小，只需要設置渡線就可以實現(xiàn)跨線運行；站廳層較寬大，其面積為2個站臺層面積之和，利于客流組織。缺點：車站總寬度較大，選址條件較苛刻，工程量較大，明挖施工對地面交通會產(chǎn)生較大影響；換乘站土建設施需要一次性建成，前期投資較大，如果2條線實施期相差較遠，預留風險大；2條線路在車站兩端均有立體交叉點，區(qū)間線路縱坡較大[3]。

2.2.2 重疊雙島四線形式

重疊雙島四線形式是將每條線路的上行線和下行線分別布置在上層島式站臺和下層島式站臺的一側(cè)，從而使每一層站臺的兩側(cè)分屬不同線路的車站布置形式，如圖3所示。乘客同樣只需走到站臺另一側(cè)，就可以換乘另一條線路的列車。

圖3 重疊雙島四線形式

重疊雙島四線形式的優(yōu)點：車站結(jié)構(gòu)寬度較小，相比平行雙島四線形式用地面積小，施工對地面交通影響小；過軌條件好，與平行雙島四線形式類似，只需設置渡線就可以實現(xiàn)跨線運行；車站兩端區(qū)間線路無立體交叉點，改善了線路條件，有利于運營；此外乘客還可以很方便地經(jīng)上下層站臺間的樓扶梯進行其他方向的換乘。缺點：車站為3層建筑，埋深較深，高邊墻施工有一定的難度和風險；在車站兩端的區(qū)間，上下行線需要調(diào)整相對位置，造成區(qū)間隧道施工難度較大；在該車站處兩線的土建設施需要同期實施，加大了初期投資及預留線位的風險；站廳層面積偏小，僅相當于一個非換乘站的站廳層面積，不利于客流組織，同時，設置折返線的難度也較大。

平行雙島四線形式和重疊雙島四線形式各有優(yōu)劣(見表1)。從中可以看出，不論平行雙島四線形式還是重疊雙島四線形式都能夠很容易地實現(xiàn)跨線運行的過軌條件，但2條線路宜同期實施；如果2條線實施期相差較遠，存在預留風險。這兩種方式的主要區(qū)別在于工程的用地要求和施工風險，平行雙島四線形式用地要求較高，但施工風險??；重疊雙島四線形式占地面積小，但高邊墻施工有一定的風險。

表1 2種同站臺換乘車站形式工程及運營條件對比

3 線路設計主要技術(shù)問題

要實現(xiàn)同站臺換乘方式的跨線運行，需要解決的線路設計主要技術(shù)問題有：過軌方式、配線形式及平直線段最小長度。其中，過軌方式主要影響跨線運行的行車組織和客流組織；配線形式主要影響到跨線運行的靈活性；平直線段最小長度要求則決定了2條線路能否過軌，并最終影響跨線運行的實現(xiàn)。

3.1 過軌方式

為實現(xiàn)跨線運行，渡線可以設置在同站臺換乘車站的進站端(即站前過軌)，也可以設置在車站的出站端(即站后過軌)，還可以將2種方式結(jié)合，在2個方向上分別采用站前過軌和站后過軌。

站前過軌的優(yōu)點：乘客可按不同去向分開候車，客流組織簡單。缺點：跨線列車和本線列車進站存在進路干擾現(xiàn)象，不能平行作業(yè)，接發(fā)車能力較小，可能發(fā)生站外停車，而引起乘客的不安；道岔區(qū)分散，不利于線路布線和管理。

站后過軌的優(yōu)點：跨線列車和本線列車進站為平行進路，互不干擾，運營安全性高，接發(fā)車能力較大。缺點：島式站臺兩側(cè)均有去往同一方向的列車，容易造成乘客候車混亂，客流組織復雜；道岔區(qū)分散，不利于線路布線和管理。

站前過軌和站后過軌結(jié)合的方式，因為在一個方向上采用站前過軌，在另一個方向上采用站后過軌，所以兼具以上2種方式的特點，而且道岔區(qū)集中布設在車站的一段，有利于線路布線和管理，對平直線段長度的要求也較低。

3種過軌方式特點對比見表2所示。其中，站后過軌在運行組織和接發(fā)車能力兩方面都具有優(yōu)勢，有利于實現(xiàn)運營的安全和高效。雖然跨線車站的客流組織相對復雜，但因為跨線列車數(shù)量較少，在同一時期可按確定的時間發(fā)車，具有規(guī)律性，所以在加強標識和廣播的引導下，乘客容易快速適應。同時《城市軌道交通工程項目建設標準》規(guī)定，兩條正線共線運行或設置支線的運行線路，其接軌點必須在車站，并在進站方向宜設置為同站臺兩側(cè)平行進路[4]。因此，在線路條件具備的情況下，應優(yōu)先考慮采用站后過軌方式；對于客流量大、較多乘客對跨線運行方式不太熟悉的車站(如對外交通樞紐)，應考慮采用站前過軌方式；線路條件困難時，可考慮采取站前和站后過軌相結(jié)合的方式。

表2 不同過軌方式特點對比

3.2 配線形式

為實現(xiàn)跨線運行，同站臺換乘車站的配線可采用單渡線或交叉渡線。單渡線可設置為縮短渡線，道岔區(qū)長度較短，但僅能滿足單向跨線運行。交叉渡線的優(yōu)點：可以實現(xiàn)雙向跨線，運營靈活性更強。缺點：道岔區(qū)長度較長，線路條件要求較高；道岔信號故障會造成兩線均停運，故障影響大。配線形式尺寸對比見表3。

表3 配線形式對比

考慮到信號故障的概率較低，為了增強跨線運行的靈活性，宜優(yōu)先考慮采用交叉渡線形式，實現(xiàn)雙向跨線；線路條件困難時，可以考慮在主要的跨線客流方向上采取單渡線形式。

3.3 平直線段最小長度

利用同站臺換乘實現(xiàn)跨線運行具有諸多優(yōu)勢，但是考慮到車站和道岔區(qū)需設于平直線段上的要求，該跨線運行的方案對車站區(qū)域線路的平直段有最小長度的要求，將直接影響到線路的平縱斷面設計，影響跨線運行的實現(xiàn)。下面以站后過軌的平行雙島四線同站臺換乘過軌站為例，說明平直線段最小長度的計算。

1) 相關(guān)參數(shù)和標準：

站臺有效長度140 m，島式站臺寬15 m；

同站臺換乘過軌形式均采用站后過軌，配線采用交叉渡線；

道岔均按12號道岔考慮，其道岔前長為16.592 m(按16.6 m計算)，轉(zhuǎn)轍角α的余切值cotα=12；

按照A型車考慮，線路中心線距離站臺邊緣1.6 m。

2) 計算過程：

渡線中，兩道岔的岔心間的線路距離為(15+1.6×2)×12=218.4 m；

由于信號系統(tǒng)的要求，站臺端部至道岔基本軌縫中心距離不應小于8.1 m[5]，所以道岔中心至站臺端部的距離不小于16.6+8.1=24.7 m；

道岔基本軌端部至曲線端部的距離不宜小于5 m[5]，所以道岔中心至曲線端部的距離不小于16.6+5=21.6 m；

平直線段最小長度為(21.6+218.4+24.7)×2+140=669.4 m，取整為670 m。

因此，該跨線方式所要求的平直線段最小長度為670 m，如圖4所示。

如果采用站前與站后過軌相結(jié)合的形式，則只在車站的一端設道岔區(qū)，因此對平直線段長度的要求大大降低，只需要405 m，如圖5所示。其他條件下的平直線段最小長度的計算方法相同，具體要求如表4所示。平行雙島四線形式與重疊雙島四線形式的選擇不影響道岔區(qū)的長度，所以這兩種形式的平直線段最小長度要求相同。

圖4 站后過軌條件下的平直線段長度

圖5 站前與站后過軌結(jié)合條件下的平直線段長度

表4 平直線段最小長度要求 m

由表4數(shù)據(jù)對比分析可以看出，在過軌方式、道岔型號、站臺寬度等影響因素中，過軌方式對于平直線段最小長度的影響最為明顯，采用站前過軌與站后過軌結(jié)合的方式會極大地縮短平直線段的長度；道岔型號對于平直線段最小長度也有較大的影響，與9號道岔相比，采用12號道岔雖然可以使側(cè)向過岔速度由35 km/h提高至50 km/h，但會提高對平直線段長度的要求；此外，站臺寬度的減小也可以降低對平直線段長度的要求，但其影響相對較小。

綜合考慮運營安全、效率和靈活性及線路條件等要求，規(guī)劃階段應盡量按照高標準控制同站臺換乘過軌站的平直線段長度。在設計階段，宜根據(jù)車站及周邊的具體情況，合理選擇過軌方式、道岔型號，以滿足平直線段最小長度的要求。

4 結(jié)語

隨著我國城市軌道交通網(wǎng)絡化的不斷發(fā)展和乘客對服務要求的不斷提高，地鐵跨線運行將成為一種重要的城市軌道交通運營模式。而同站臺換乘方式是實現(xiàn)跨線運行的一種理想方式。

在工程設計階段，應綜合考慮軌道交通的投資、用地、工程、運營等條件，合理選擇平行雙島四線或重疊雙島四線的站臺布置形式。配線設計時，宜根據(jù)車站及環(huán)境條件，合理選擇過軌方式、配線形式、道岔型號,以適應線路平直線段長度。工程條件具備時，盡量采用站后過軌和交叉渡線，以實現(xiàn)更加安全、高效、靈活的跨線運行。

特別需要強調(diào)的是，規(guī)劃和設計對實現(xiàn)跨線運行極其重要?？缇€運行線路的主要技術(shù)要求必須在軌道交通控制性詳規(guī)中予以規(guī)劃，在設計中落實，才能夠在運營中實現(xiàn)跨線運行，因此規(guī)劃階段應盡量按照較高的標準預留跨線運行的設施條件。目前，重慶市第二輪建設規(guī)劃中的線路已經(jīng)按照跨線運行要求進行設計，并且在遠景線路控制性詳規(guī)中預留了同站臺換乘過軌站，這對于其他城市的線網(wǎng)規(guī)劃和線路設計具有參考意義。

總之，同站臺換乘實現(xiàn)跨線運行的方式擁有廣闊的應用前景，通過在規(guī)劃設計中充分考慮其線路技術(shù)要求，可以為跨線運行的實施打下良好的基礎，從而最終實現(xiàn)安全、高效、便捷的城市軌道交通服務。

[1] 陶志祥.區(qū)域城際鐵路與城市軌道交通跨線運行的兼容性分析[J].城市軌道交通研究, 2008，11(1): 6-10.

[2] 余平, 雷磊, 高飛.城市與區(qū)域軌道交通同站臺換乘站布置形式分析[J].鐵道運輸與經(jīng)濟, 2011(3): 72-76.

[3] 周虎利.城市軌道交通同站臺換乘車站方案研究[J].鐵道標準設計, 2010(3): 14-16.

[4] 建標 104-2008城市軌道交通工程項目建設標準[S].北京: 中國計劃出版社, 2008.

[5] GB 50157—2013地鐵設計規(guī)范[S].北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2013.

(編輯：曹雪明)

Technologies for Route Design for Joint Operation of Metro Lines with One-platform Interchange

Liang Qinghuai1WangJiaqi1Zhang Yi2

(1.Urban Rail Transit Research Center,Beijing Jiaotong University, Beijing100044;2.China CREC Railway Electrification Bureau Group Ltd., Beijing 100036)

The basic necessary conditions for joint operation of metro lines, such as infrastructure, vehicle, power supply and signal, are introduced. The ways to realize joint operation of metro lines by one-platform interchange and the corresponding characteristics are emphatically summarized. Some main technical problems in route design, such as modes of crossing lines, forms of siding lines and minimum length of plane straight line, are analyzed in detail. The research shows that the one- platform interchange is one of the ideal modes to realize joint operation of metro lines, for the transitional lines and the connecting lines can be laid easily, the length of plane straight line can also be satisfied by combining the crossing lines before and after stations or by selecting No.9 turnout, and so on.

metro; joint operation of metro lines; one- platform interchange; plane straight line; route design

10.3969/j.issn.1672-6073.2015.05.005

2015-06-02

2015-07-23

梁青槐，男，教授，博士生導師，從事城市軌道交通規(guī)劃設計研究工作，qhliang@bjtu.edu.cn

重慶市建設科技計劃項目(城科字2014第2-2號)

U231.1

A

1672-6073(2015)05-0016-05