中低速磁浮交通停車線的布局設(shè)置探討

鄢紅英

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031）

隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)磁浮交通的關(guān)注和認(rèn)同，1磁浮交通建設(shè)市場(chǎng)逐漸鋪開。長(zhǎng)沙磁浮快線的運(yùn)營(yíng)，不僅讓湖南人民有了“發(fā)展新體驗(yàn)”，也讓人們更深層次地了解中低速磁浮交通制式。中低速磁浮交通作為一種新型軌道交通制式，具有運(yùn)量大、列車運(yùn)行時(shí)間間隔短的特點(diǎn)。在線運(yùn)營(yíng)的列車難免會(huì)發(fā)生事故、救援以及突發(fā)事件，為了能使故障車及時(shí)離開正線，保證正線其他列車正常運(yùn)行，減少對(duì)正線運(yùn)行的干擾，需考慮停車線的設(shè)置。中低速磁浮車輛具有其自身特性，其發(fā)生故障的機(jī)率較低，故障運(yùn)行能力較強(qiáng)，且磁浮交通的停車線造價(jià)也較輪軌系統(tǒng)高，因此中低速磁浮列車停車線的設(shè)置相隔長(zhǎng)度應(yīng)略長(zhǎng)于輪軌系統(tǒng)。筆者探討的問(wèn)題主要針對(duì)中低速磁浮交通系統(tǒng)如何合理確定停車線的分布密度和設(shè)置間隔，確保在中低速磁浮建設(shè)與運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，既能提高運(yùn)營(yíng)效率，又能有效降低工程建設(shè)投資。

1 現(xiàn)狀設(shè)置規(guī)定及使用情況

1.1 設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157—2013）對(duì)停車線設(shè)置提出“當(dāng)兩個(gè)具備臨時(shí)停車條件的車站相距過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求和工程條件設(shè)置停車線”，并建議“故障車待避線的車站間距約為8～10 km，加設(shè)的渡線可作為停車布置間距較大時(shí)的補(bǔ)充”[1]。

《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（建標(biāo) 104—2008）對(duì)停車線提出“每隔5～6座車站（或8～10 km）應(yīng)設(shè)置故障列車待避線，其間每相隔2～3座車站（約3～5 km）應(yīng)加設(shè)渡線”[2]。

1.2 地鐵停車線的使用情況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1999—2006年廣州地鐵1號(hào)線共發(fā)生了25次電客車故障救援事件，其中，1999年和2000年各發(fā)生了9次，2001年發(fā)生了1次，2004—2006年各發(fā)生了2次。通過(guò)列車救援影響時(shí)間分析，列車故障救援時(shí)間對(duì)行車的影響最長(zhǎng)時(shí)間是45 min，最短14 min，其中有2次的影響時(shí)間達(dá)30 min以上，中斷行車時(shí)間25 min以內(nèi)的有22次，占總數(shù)的88%。

從近幾年上海地鐵共計(jì)45次列車故障救援事件統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，有7次是推送至停車線，其中4次為推行至終點(diǎn)站停車線，其余均為連掛列車直接回庫(kù)[3]。

綜上對(duì)于運(yùn)營(yíng)成熟的軌道交通線路，故障救援率約為每年1～2次；故障列車救援時(shí)間通常都在25 min以內(nèi)；停車線的使用頻率較低。

2 長(zhǎng)沙磁浮快線停車線的設(shè)置及問(wèn)題

2.1 運(yùn)營(yíng)情況

長(zhǎng)沙磁浮快線是中國(guó)首條商業(yè)運(yùn)營(yíng)的中低速磁浮鐵路，連接長(zhǎng)沙火車南站和長(zhǎng)沙黃花國(guó)際機(jī)場(chǎng)，全程高架敷設(shè)，線路全長(zhǎng)18.55 km，初期設(shè)車站3座（磁浮高鐵站、磁浮榔梨站和磁浮機(jī)場(chǎng)站），預(yù)留車站2座（會(huì)展中心站和汽車城），設(shè)計(jì)速度為100 km/h。

截至2017年5月5日，長(zhǎng)沙磁浮快線安全運(yùn)營(yíng)365 d，共計(jì)開行列車35 175列次，運(yùn)行圖計(jì)劃兌現(xiàn)率為100%，列車正點(diǎn)率99.8%?？傔\(yùn)營(yíng)里程超67.7萬(wàn)km，累計(jì)發(fā)送旅客約260萬(wàn)人次，全年單日客流最高達(dá)11 503人次。完成公司級(jí)運(yùn)營(yíng)演練26次，聯(lián)合應(yīng)急演練 4次；車輛檢修完成 1 742列/次日檢，31列/次專列整備；設(shè)備設(shè)施檢修時(shí)共計(jì)21.5萬(wàn)h。長(zhǎng)沙磁浮快線給居民提供了比地鐵交通更為安靜、舒適、安全的乘坐體驗(yàn)，但運(yùn)營(yíng)公司同時(shí)也提出了車站配線不合理、運(yùn)營(yíng)效率不高等意見。

2.2 設(shè)置情況

長(zhǎng)沙磁浮快線的車站配線如圖1所示。

從圖中可知，全線除車輛段外，黃花機(jī)場(chǎng)站具備停放一列故障車的條件。黃花機(jī)場(chǎng)站為始發(fā)車站，當(dāng)采用下行站臺(tái)進(jìn)行列車折返時(shí)，上行方向的正線可作為停車線使用。

圖1 長(zhǎng)沙磁浮快線全線車站配線示意Fig. 1 Changsha Maglev Express Station

2.3 存在問(wèn)題分析

從長(zhǎng)沙磁浮快運(yùn)線配線設(shè)置來(lái)看，長(zhǎng)沙南站靠近車輛段，全線除始發(fā)終點(diǎn)站外，中間車站和正線線路均無(wú)故障列車停放條件，這就意味著列車最不利情況可能需要推送或牽引距離接近18 km，故障列車清除時(shí)間也將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)30 min。同時(shí)起點(diǎn)終點(diǎn)站設(shè)置一副折返功能道岔，無(wú)備用通路，一旦道岔出現(xiàn)故障，全線將停運(yùn)。長(zhǎng)沙磁浮快運(yùn)線正式運(yùn)營(yíng)一年多來(lái)，停車線間距設(shè)置不合理導(dǎo)致列車故障清除時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題尤為突出。

針對(duì)中低速磁浮交通制式，如何合理確定停車線的布局是設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)中亟待解決的問(wèn)題。

3 中低速磁浮交通停車線的設(shè)置間距

兩停車線的設(shè)置間距，除受到客車救援時(shí)間、故障列車推行速度、事故頻率等因素影響外，還受到投資規(guī)模的限制。中低速磁浮交通停車線的分布密度從以下幾方面進(jìn)行分析確定。

3.1 使用頻率和經(jīng)濟(jì)性

目前中低速磁浮列車的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)尚不豐富，從理論上講，與輪軌系統(tǒng)相比，中低速磁浮車輛的動(dòng)力系統(tǒng)更加分散，每輛車有5個(gè)懸浮架，10個(gè)直線電機(jī)，因而運(yùn)行故障的幾率小于輪軌系統(tǒng)，且故障運(yùn)行能力較高。根據(jù)多年運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，城市軌道交通運(yùn)行故障的首要原因在車輛，而車輛故障又以車門故障為居多（約占 30%以上），電氣方面故障相對(duì)較少，而影響列車動(dòng)力的故障更是少之又少。因此中低速磁浮交通停車線的使用頻率較輪軌系統(tǒng)有所降低。

停車線與正線的線路連接多采用道岔系統(tǒng)設(shè)備。與傳統(tǒng)鐵路道岔依靠轉(zhuǎn)轍器部分的尖軌扳動(dòng)將列車引入正線或側(cè)線方向的原理和構(gòu)造不同，中低速磁浮交通采用關(guān)節(jié)型、整體橫移式鋼梁道岔，由道岔梁等主體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)、鎖定、控制、信號(hào)等部分組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)精度要求高；由于道岔的主動(dòng)梁較長(zhǎng)，其側(cè)向位遠(yuǎn)端固定垛梁與直線位的垂直距離相對(duì)較大，同時(shí)還需滿足設(shè)計(jì)模數(shù)和安全距離的要求，使得道岔的線路適應(yīng)能力較低，對(duì)磁浮線路設(shè)計(jì)布置影響較大，對(duì)中低速磁浮交通停車線布局和造價(jià)產(chǎn)生一定的影響[4]?？偟膩?lái)說(shuō)，中低速磁浮交通停車線的造價(jià)較輪軌系統(tǒng)高。

因此從經(jīng)濟(jì)適用上分析，中低速磁浮列車停車線的設(shè)置相隔長(zhǎng)度應(yīng)略長(zhǎng)于輪軌系統(tǒng)。

3.2 優(yōu)化客車救援程序

參照湖南磁浮交通發(fā)展有限公司的相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，磁浮列車救援過(guò)程主要分為以下幾個(gè)步驟[5-7]：

1）司機(jī)發(fā)現(xiàn)客車故障，司機(jī)或車輛工程師根據(jù)指示進(jìn)行故障處理，在排除故障失敗后，申請(qǐng)救援，該過(guò)程需要約7 min；

2）司機(jī)做好故障車的防護(hù)、連掛前的準(zhǔn)備；同時(shí)救援列車清客，并向故障車靠近，準(zhǔn)備連掛，該過(guò)程需要5 min；

3）兩列車連掛，確認(rèn)故障車制動(dòng)緩解、交路開放，該過(guò)程需要3 min；

4）如果列車在區(qū)間內(nèi)發(fā)生故障，則故障列車及救援列車需要在前方車站停車，故障列車需清客。清客和起、停附加時(shí)間約2 min；

5）兩條停車線有一定的距離，救援時(shí)可采用后車推或前車?yán)姆绞?。重?lián)的磁浮列車推或拉速度為V救援。但前車?yán)姆绞皆诟呙芏葧r(shí)較難實(shí)施，列車將會(huì)把進(jìn)停車線的進(jìn)路堵塞，因此通常采用后車推的方式；

6）救援列車及故障列車進(jìn)入停車線時(shí)，要確認(rèn)信號(hào)，并以5 km/h以下的低速進(jìn)入停車線停車并解鉤，約需要2.5 min；

7）救援列車解鉤后，回到正線，按所在線路的正常運(yùn)行方向運(yùn)行，需要1.5 min，救援過(guò)程結(jié)束。

以上過(guò)程，不計(jì)算救援列車和故障車的走行時(shí)間，需要約21 min。

從客車救援不同步驟所產(chǎn)生的時(shí)間來(lái)看，影響救援時(shí)間的最大因素是判斷故障、申請(qǐng)救援與救援時(shí)的車輛連掛時(shí)間。通過(guò)優(yōu)化作業(yè)程序如提高司機(jī)的故障判斷處理能力、改變行調(diào)發(fā)布命令方式等，救援時(shí)間完全有可能再壓縮3～4 min[8]。這樣停車線的設(shè)置間距可延長(zhǎng)2 km。

3.3 故障列車推送速度

長(zhǎng)沙磁浮快線救援列車推進(jìn)或牽引運(yùn)行速度取值為 30 km/h。針對(duì)地鐵制式，通過(guò)對(duì)既有運(yùn)營(yíng)線路的列車分析、計(jì)算、試驗(yàn)、培訓(xùn)、演練等，地鐵列車故障救援推行速度從2004年的25 km/h，提高到現(xiàn)在的35 km/h，下一步預(yù)計(jì)可提高到40 km/h[9]。因此中低速磁浮的故障推行速度將有很大的提升空間。

3.4 滿足救援時(shí)間

把從故障發(fā)生到恢復(fù)正常運(yùn)行的時(shí)間段稱為救援時(shí)間。故障救援距離和救援列車運(yùn)行速度、救援時(shí)間長(zhǎng)短密切相關(guān)[10]。

式中：L救援為故障救援距離，即故障發(fā)生地點(diǎn)距離最近可行的故障車停留地點(diǎn)的距離，也即救援列車推行故障列車的走行距離；V救援為救援時(shí)間列車運(yùn)行的平均速度；t救援為列車救援時(shí)間；t作業(yè)為確認(rèn)故障、清客、連掛、進(jìn)停車線、解鉤和分離等作業(yè)時(shí)間，即從故障發(fā)生到故障解除中除救援車和故障車走行時(shí)間之外的所有作業(yè)時(shí)間。

由（1）可知，救援距離主要取決于救援時(shí)間和救援時(shí)的允許速度。當(dāng)救援速度確定時(shí)，在設(shè)定了救援時(shí)間的允許值上限后，相應(yīng)的救援列車最長(zhǎng)走行距離便可以計(jì)算出來(lái)，該值對(duì)軌道交通線路設(shè)計(jì)中故障停車線的設(shè)置具有重要的指導(dǎo)意義。

目前，多數(shù)地鐵運(yùn)營(yíng)公司的故障救援時(shí)間上限為30 min。從已運(yùn)營(yíng)地鐵線路的城市來(lái)看，從發(fā)現(xiàn)故障到救援結(jié)束最長(zhǎng)時(shí)間均超過(guò)35 min。本次分別針對(duì)救援列車推送速度為30 km/h、35 km/h和40 km/h的情況進(jìn)行分析，救援時(shí)間上限分別考慮30 min、35 min和40 min，救援作業(yè)時(shí)間取值21 min。不同救援時(shí)間下救援距離的上限見表1。

表1 不同救援時(shí)間的救援距離Tab. 1 Rescue distance for different rescue times

4 中低速磁浮交通停車線的布局

中低速磁浮交通停車線布局形式的要求與地鐵制式相同，均需滿足“折返站的停車線與折返線宜分開設(shè)置，專線專用”和“與正線貫通，便于回段”的要求，且停車線長(zhǎng)度均需滿足列車長(zhǎng)度加安全距離?；谥械退俅鸥〗煌ǖ牡啦碓靸r(jià)維修成本高，且易出故障，中部停車線形式宜采用簡(jiǎn)易停車線。停車線可采用如下形式[11]（見圖2、圖3）。

圖2 停車線位于中間車站的布局形式Fig.2 Layout of the parking line located at the intermediate station

圖3 停車線位于終點(diǎn)車站布局形式Fig. 3 Layout of the parking line located at the terminal station

5 結(jié)論

1）停車線分布間距受多因素綜合作用，相互聯(lián)動(dòng)動(dòng)態(tài)影響；

2）停車線分布的合理間距宜規(guī)定一定范圍，各條具體磁浮線路可根據(jù)城市結(jié)構(gòu)特征、交通特征、功能定位、客流特征及城市的人文特征等綜合確定；在設(shè)計(jì)原則中，按照本文推薦范圍具體規(guī)定停車線分布間距；

3）推薦的停車線分布間距不小于5 km，不大于13 km；

4）停車線與折返線布置形式基本相同，功能可互通，必要時(shí)停車線可用做臨時(shí)折返線，特殊情況下，折返線可當(dāng)停車線；

5）停車線布置形式除起終點(diǎn)外，中部停車線形式宜采用簡(jiǎn)易停車線。