車輛段位于線路中部時(shí)向正線增加運(yùn)行列車的能力研究

潘 琢 苗 沁 曾蓉娣

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,610031，成都；2.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)交通運(yùn)輸系,614202，峨眉∥第一作者,工程師)

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車輛段位于線路中部時(shí)向正線增加運(yùn)行列車的能力研究

潘 琢1苗 沁1曾蓉娣2

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,610031，成都；2.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)交通運(yùn)輸系,614202，峨眉∥第一作者,工程師)

當(dāng)?shù)罔F的車輛段、停車場位于線路中部時(shí),高峰期的加車將受到正線行車間隔的影響。本文對向正線增加運(yùn)行列車的原理、過程進(jìn)行詳細(xì)分析,并通過計(jì)算得出能夠保證向正線增加運(yùn)行列車情況下的正線行車間隔,而且此行車間隔不影響后續(xù)列車正常運(yùn)行。并給出了高行車密度下為了向正線增加運(yùn)行列車可以采取的行車計(jì)劃調(diào)整措施。

城市軌道交通; 車輛基地; 接軌方式; 行車間隔

First-author′s address China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd.,610031,Chengdu，China

目前,對地鐵的能力研究主要集中于車站折返能力、車輛段(停車場)的出入段(場)能力。當(dāng)車輛段(停車場)位于線路中部時(shí),在高峰時(shí)段從車場向正線增加運(yùn)行列車(以下簡為“加車”),不僅受車場出段能力的影響,還受到正線行車間隔的限制。鑒于相關(guān)研究較少,本文專題對此進(jìn)行研究,通過分析,計(jì)算出允許加車的正線最小行車間隔,即以此間隔行車時(shí),加車和正線行車剛好不相阻礙。

1 車輛段的接軌方式

車輛段位于線路中部時(shí)的接軌方式一般有單側(cè)接軌和八字線接軌兩種,(如圖1所示)二者各有優(yōu)勢。兩種接軌方式的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

圖1 車輛段位于線路中部的接軌方式示意圖

在實(shí)際的線路中,兩種接軌方式均有應(yīng)用,特別是在環(huán)線中對八字線的應(yīng)用較多,如成都地鐵7號線崔家店停車場、北京地鐵10號線宋家莊停車場、上海軌道交通4號線的蒲匯塘基地，以及廣州地鐵11號線赤沙滘車輛段等。但具體的接軌方式應(yīng)根據(jù)工程情況而定,本文僅從行車組織角度對其進(jìn)行研究。

2 加車過程分析

加車是指為了保證早、晚高峰時(shí)段的行車對數(shù),通常需要在早、晚高峰來臨前將車輛提前從車輛段發(fā)出,經(jīng)出段(場)線將車發(fā)至接軌站的過程。加車能力是指正線對來自車輛段列車的接納能力，

表1 接軌方式優(yōu)缺點(diǎn)分析

是由線路布局、列車性能、列控制式、列車在站作業(yè)時(shí)間等決定的，以及在不影響正線正常行車的前提下,允許車輛段向正線加入一列車的正線最小行車間隔。

這里重點(diǎn)以八字線順向加車為例詳細(xì)分析加車過程,并以文中所做相關(guān)假設(shè)為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。

2.1 正線列車與出段列車運(yùn)行過程

正線通過列車行車與出段列車行車間隔控制如圖2所示。

圖2 正線列車與出段列車行車間隔示意圖

其加車過程如下:

(1) 當(dāng)正線列車出清上行站臺末端信號機(jī)時(shí),即可開放停車線道岔防護(hù)信號機(jī)進(jìn)站信號(道岔解鎖和進(jìn)路排列可在列車停站期間辦理,但信號需等

正線列車出清出站信號機(jī)才能開放),開放信號時(shí)間t1。

(2) 信號開放后車載設(shè)備有一定延遲時(shí)間t2,此時(shí)車輛段列車從道岔防護(hù)信號機(jī)處啟動加速進(jìn)站停車,記所用時(shí)間t3。

(3) 出段列車停站上客時(shí)間(含開關(guān)門)t4。

(4) 出段列車起動加速至出清出站信號機(jī)時(shí)間記為t5。

因此正線列車與出段列車最小行車間隔為t12=t1+t2+t3+t4+t5。

2.2 出段列車與正線列車運(yùn)行過程

出段列車出站與正線列車進(jìn)站行車間隔控制如圖3所示:

圖3 出段列車與正線列車行車間隔示意圖

(1) 出段列車出清出站信號機(jī)后,即可開放正線列車進(jìn)站信號,時(shí)間t6。

(2) 此時(shí)正線列車存在一個(gè)臨界點(diǎn),其目的是保證正線列車正常運(yùn)營狀態(tài)下常規(guī)制動到進(jìn)站限速,然后正常制動減速,在站臺末端對位標(biāo)前停車。其車載設(shè)備延遲時(shí)間記為t7,進(jìn)站時(shí)間記為t8。

(3) 正線列車停站時(shí)間t9。

(4) 正線列車起動加速至出清出站信號機(jī)時(shí)間t10。

因此出段列車與正線列車最小行車間隔為t23=t6+t7+t8+t9+t10。

從以上分析可以看出:在加車時(shí),不影響正線正常運(yùn)營的最小行車間隔應(yīng)該為正線列車與出段列車間隔加上出段列車與正線列車間隔。即tmin=t12+t23。

3 加車能力計(jì)算

3.1 計(jì)算基本參數(shù)

(1) 列車平均常用制動減速度為0.9 m/s2(75 km/h～0)。起動出站平均加速度為0.9 m/s2(0～40 km/h),0.6 m/s2(0～75 km/h)。

(2) 停站時(shí)間30 s,辦理進(jìn)路13 s,開放信號1 s,車載信號設(shè)備響應(yīng)延遲時(shí)間2 s。

(3) 站臺有效長度按B型車6輛編組取120 m,寬度11 m。

(4) 進(jìn)、出站信號機(jī)距離站臺端部6 m處,道岔防護(hù)信號機(jī)設(shè)于道岔中心前方16 m,道岔中心距離站臺端部22 m。

(5) 正線間距14 m,采用9號道岔,實(shí)際限速30 km/h。

(6) 進(jìn)入車站端部的速度按照規(guī)范要求不大于60 km/h,實(shí)際按55 km/h控制。

(7) 列車出清站臺端部50 m后辦理進(jìn)路。

3.2 正線列車與出段列車行車間隔計(jì)算

正線與出段列車行車間隔主要分為列車進(jìn)站、停站、出站三大過程。

3.2.1 列車進(jìn)站時(shí)間

(1) 正線列車在停站期間可平行辦理出段列車進(jìn)站進(jìn)路,但信號不開放。待正線列車出清站臺50 m后,開放出段列車進(jìn)站信號1 s。車載設(shè)備響應(yīng)延遲2 s。此時(shí)出段列車從道岔防護(hù)信號機(jī)處啟動加速至30 km/h。經(jīng)計(jì)算該過程用時(shí)10 s,走行約39 m。

(2) 列車以30 km/h速度勻速過岔進(jìn)站,進(jìn)入站臺有效長度范圍內(nèi)一定位置處開始減速停站。經(jīng)計(jì)算,該點(diǎn)位置為車頭距離站臺遠(yuǎn)端約39 m處,走行時(shí)間約19 s。

(3) 列車從距離站臺遠(yuǎn)端39 m處開始制動減速停車,經(jīng)計(jì)算該過程為10 s。

列車進(jìn)站過程總共用時(shí)42 s。

3.2.2 列車停站時(shí)間

列車停站時(shí)間主要由開關(guān)門時(shí)間、上客時(shí)間兩部分組成。其中上客時(shí)間和上客人數(shù)有關(guān)。列車停站時(shí)間總共取為30 s。

3.2.3 列車出站時(shí)間

出站信號開放后,列車啟動加速至尾部出清站臺端部50 m(之后方可開放信號),經(jīng)計(jì)算出站時(shí)間為23 s。

各道岔的距離取值如圖4所示。

圖4 正線列車與出段列車計(jì)算距離示意圖

綜上,正線列車與出段列車的行車間隔為:95 s。

3.3 出段列車與正線列車行車間隔計(jì)算

出段列車與正線列車行車間隔同樣分為列車進(jìn)站、停站上下客、出站三大過程。

3.3.1 列車進(jìn)站時(shí)間

(1) 出段列車出清上行站臺端部50 m后,開放正線列車進(jìn)站信號1 s,車載信號響應(yīng)延遲2 s,此時(shí)經(jīng)計(jì)算正線列車位于進(jìn)站站臺端部112 m處。

(2) 正線列車距離站臺端部112 m,從75 km/h開始制動減速至55 km/h,運(yùn)行時(shí)間約8 s,此時(shí)列車車頭位于車站端部位置。

(3) 正線列車以55 km/h速度減速進(jìn)站至停穩(wěn)時(shí)間約為22 s。

列車進(jìn)站用時(shí)33 s。

3.3.2 列車停站時(shí)間

同上,列車停站取為30 s。

3.3.3 列車出站時(shí)間

正線列車啟動加速至尾部出清站臺端部50 m,同上出站時(shí)間為23 s。

各距離取值如圖5所示。

圖5 出段列車與正線列車計(jì)算距離示意圖

綜上,出段列車與正線列車的行車間隔為83 s。

為了更清楚地展示各個(gè)時(shí)間的銜接關(guān)系,采用橫道圖形式,如圖6所示。

圖6 正線最小行車間隔示意圖

經(jīng)計(jì)算正線最小行車間隔為178 s,即正線行車間隔2.96 min時(shí)可以由車場向正線順利加車,且不影響正線的正常行車。相對應(yīng)的正線行車密度為20對/h。

3.4 反向加車能力分析

反向加車時(shí),加車進(jìn)路與下行正線行車進(jìn)路相敵對。由于敵對進(jìn)路不能同時(shí)建立,所以列車反向出段時(shí)必須等待正線列車出清道岔才能辦理出段進(jìn)路。因此正線列車與反向出段列車的行車間隔需增加辦理進(jìn)路時(shí)間13 s,即108 s。因此反向加車最小行車間隔為108 s+83 s=191 s,加車能力為18對/h。

3.5 不同閉塞方式加車能力分析

城市軌道交通一般采用準(zhǔn)移動閉塞或CBTC(基于通信的列車控制)移動閉塞系統(tǒng),二者的主要區(qū)別在于追蹤列車目標(biāo)點(diǎn)的不同,準(zhǔn)移動閉塞位于閉塞分區(qū)的分界處,移動閉塞則為前行列車的尾端。如圖7所示。

圖7 不同閉塞方式追蹤原理

可以看出,采用CBTC移動閉塞比準(zhǔn)移動閉塞可以擁有更小的行車間隔。對于本文來說,正線列車與出段列車之間不存在追蹤,因?yàn)榧榆囀菑能囕v段出車,出段至正線停車是由車站聯(lián)鎖控制,在道岔限速下運(yùn)行至車站停車。出段列車與正線列車嚴(yán)格說也算不上追蹤,因?yàn)檎€列車即將到站停車,此時(shí)受ATO(列車自動運(yùn)行)對位停車程序控制。因此,采用準(zhǔn)移動閉塞和CBTC移動閉塞對加車能力影響不大。

4 加車過程運(yùn)營組織

加車作業(yè)過程涉及到司機(jī)、行車調(diào)度員、信號樓值班員的互相配合,其主要過程如下:停車場信號樓值班員負(fù)責(zé)把車發(fā)至出段信號機(jī)前,之后的列車運(yùn)行由正線的行調(diào)負(fù)責(zé)。司機(jī)遵從行調(diào)指令駕駛列車進(jìn)入正線。正線行調(diào)可以為準(zhǔn)備上正線的出段列車排進(jìn)入正線的進(jìn)路，對正線上的列車進(jìn)行站臺扣車，對正線的任一區(qū)段設(shè)置臨時(shí)限速，為正線上的列車排列進(jìn)路。列車以自動駕駛(AM)模式運(yùn)行,運(yùn)行安全受到ATP(列車自動防護(hù))的全面防護(hù),其中含聯(lián)鎖設(shè)備對敵對進(jìn)路、交叉進(jìn)路的限制,要么進(jìn)路可以排列能夠加車,要么進(jìn)路不可以排列,也就是不能加車。不存在出段列車和正線列車相撞的安全風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語

(1) 在本文的假定條件下,加車間隔為2.96 min。若正線行車間隔大于或等于2.96 min,加車對后續(xù)行車無影響。

(2) 若要在行車間隔小于2.96 min(對應(yīng)的行車密度為20對/h)時(shí)加車,就需要對后續(xù)列車進(jìn)行站臺扣車,即人為地把正線上前后兩列車之間的間隔拉大到2.96 min及以上。

(3) 一般城市軌道交通平峰時(shí)段的開行密度都不高,比如15對/h或更低,即行車間隔大于或等于4 min。因此從平峰期開始均勻加車至20對/h是完全沒問題的。若從行車密度20對/h開始加車,部分車站就要使用扣車手段,或列車在區(qū)間限速運(yùn)行等措施人為制造出一個(gè)加車間隔。當(dāng)然,即便使用扣車手段,也并不意味著加車可以無限地進(jìn)行下去,需受系統(tǒng)能力限制。

(4) 采用準(zhǔn)移動閉塞和CBTC移動閉塞對加車能力影響不大。

(5) 反向加車能力稍低于正向加車能力。

[1] 薄青.哈爾濱地鐵3號線線路設(shè)計(jì)中的若干問題研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(8):16.

[2] 中華人民共和國建設(shè)部.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50157—2013[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[3] 徐金祥.城市軌道交通列車運(yùn)行自動控制技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社,2013.

[4] 殷峻.城市軌道交通列車運(yùn)行組織[M].北京:中國鐵道出版社,2013.

Train Operation Increase Capability of Depot Located in the Middle of Urban Rail Transit linePAN Zhuo, MIAO Qin, ZENG Rongdi

When a depot is located in the middle of urban rail transit line,the insertion of train operation in rush hours is resticted by the headway of the mainline train service. In this paper, the train insertion principle and process are analyzed in details, the calculation result shows that the minimum headway where the train could be inserted will not cause any delay on the mainline.Therefore, a train regulation scheme is proposed in order to insert train from depot when the headway of the mainline train services is shorter than the required minimum headway.

urban rail transit; depot; connection mode; train headway

T 530.7

10.16037/j.1007-869x.2016.05.019

2014-09-12)