城市軌道交通盡頭式折返站線路布局方法

張?jiān)鲇隆≡S奇

[摘 要] 主要研究城市軌道交通盡頭式折返站中軌道線路的布局方法。首先介紹常見的城市軌道交通盡頭式折返站線路布置形式，然后提出盡頭式折返站線路布局原則，考慮因素包括車站折返能力、線路空間布局限制、車站線路造價(jià)三個(gè)方面；接著依據(jù)布局原則提出盡頭式折返站線路布局方法。最后，采用DKZ4型列車運(yùn)行的某線路盡頭式折返站作為算例，其中站址平面縱向長(zhǎng)度最大允許為400 m，發(fā)車間隔要求能夠達(dá)到110 s，通過計(jì)算得出該站宜采用站前雙線折返的布局形式，顯示該布局方法確定城市軌道交通盡頭式折返站的操作流程，證明其在車站線路布局中的實(shí)用性。

[關(guān)鍵詞] 城市軌道交通；盡頭式折返站；通過能力；造價(jià)；線路布局

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 19. 047

[中圖分類號(hào)] F570.3；TP312 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2018）19- 0109- 04

1 前 言

近年來，城市軌道交通在我國(guó)各大中城市迅速發(fā)展，線網(wǎng)總體規(guī)模不斷擴(kuò)大，為我國(guó)軌道交通事業(yè)的發(fā)展帶來了契機(jī)，也為城市軌道交通的相關(guān)理論研究帶來了挑戰(zhàn)。

折返站是城市軌道交通的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，其類型和配線型式是影響城市軌道交通整體運(yùn)能的重要因素。目前國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者關(guān)于折返站的研究主要集中在折返能力、線路布局、作業(yè)方式、相應(yīng)配套設(shè)施等方面。國(guó)外學(xué)者主要從折返站的信號(hào)設(shè)備反應(yīng)機(jī)制[1]、線路布局方式[2]等對(duì)折返站進(jìn)行了研究，信號(hào)設(shè)備反應(yīng)機(jī)制注重的是設(shè)備與列車在站折返流程的配合以及設(shè)備的性能；線路布局方面主要探討線路布局對(duì)折返能力的影響以及對(duì)能力的評(píng)估。國(guó)內(nèi)學(xué)者在折返站的能力方面的研究較多[3，4]，主要通過探討折返站作業(yè)流程來分析折返站的能力；在線路布局方面，部分文獻(xiàn)對(duì)實(shí)際折返站進(jìn)行了線路布局設(shè)計(jì)[5]，車站的布局考慮到了車站的環(huán)境，在量化分析上面有待進(jìn)一步提高；還有部分文獻(xiàn)則側(cè)重于折返站中的輔助配線設(shè)計(jì)[6]，折返線屬于配線范疇，在布局方面有待進(jìn)一步深入研究。本文主要從折返站的布局原則出發(fā)，量化分析盡頭式折返站的選型以及線路平面布局方法，為城市軌道交通的車站設(shè)計(jì)提供部分理論支撐。

2 常見的盡頭式折返站類型

折返站按折返線的銜接方式可以分為盡頭式折返站與貫通式折返站，盡頭式折返站只能進(jìn)行折返線路一側(cè)的折返作業(yè)。根據(jù)列車在車站的折返作業(yè)方式，盡頭式折返站可以分為站前折返、站后折返與混合式折返；根據(jù)折返線的數(shù)目，盡頭式折返站又可以分為單線折返與雙線折返。典型的盡頭式折返站布置形式[7]如圖1所示。此外，根據(jù)站臺(tái)的布置形式，城市軌道交通的車站可以分為島式、側(cè)式、島-側(cè)式站臺(tái)車站。

圖1中，（a）、（c）、（e）為站后折返布局形式，b、d為站前折返布局形式，而（f）為站前站后混合式折返布局形式。

相同折返作業(yè)方式下，雙線折返能力大于單線折返能力；折返線數(shù)目相同的條件下，單線站前折返能力稍大于單線站后折返能力，雙線站后折返能力大于雙線站前折返能力；而混合式折返站由于具有多個(gè)咽喉區(qū)段，可以進(jìn)行平行作業(yè)，因此其折返能力大于前兩者。

3 折返站線路布局原則

城市軌道交通折返車站在進(jìn)行線路布局設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮車站客流量、站址空間布局等因素，具體可按照如下的原則進(jìn)行。

3.1 確定車站所需的折返能力

城市軌道交通線路走向不同，線路上的車站吸引的客流規(guī)模不同，從而也決定了不同的線路需求的折返能力不同，折返車站在線路布局設(shè)計(jì)時(shí)，需首先考慮車站所需滿足的折返能力，用車站發(fā)車間隔表示，即。

3.2 站址空間結(jié)構(gòu)所允許的線路布局

城市軌道交通的車站所處的位置不同，有可能對(duì)整個(gè)車站的站型造成影響，如北京地鐵13號(hào)線西直門站由于車站縱向長(zhǎng)度所限，采用了站前折返的方式。

3.3 滿足前兩項(xiàng)條件的造價(jià)最低的線路布局

在滿足車站能力需求與空間結(jié)構(gòu)布局的條件下，盡可能降低折返站的造價(jià)，從而提高運(yùn)營(yíng)企業(yè)的效益，即min S。

折返車站在線路設(shè)計(jì)時(shí)，如果同站臺(tái)換乘客流較大，還需考慮乘客在車站的換乘時(shí)間。對(duì)于單線盡頭式折返車站，同線路換乘客流較小，因此換乘客流走行時(shí)間不做重點(diǎn)考慮。

4 折返站線路布局計(jì)算方法

在設(shè)計(jì)盡頭式折返站的線路布局時(shí)，根據(jù)車站所需的折返能力以及站址的空間結(jié)構(gòu)限制，可以確定折返站采用的站型類別。

盡頭式折返站線路布局中，考慮車站的折返能力用發(fā)車間隔時(shí)間表示，需滿足公式1的約束條件。

minTF≥TFX（1）

式中，TF：車站發(fā)車間隔時(shí)間。

折返車站在站址所需的線路空間結(jié)構(gòu)可以根據(jù)車站的線路縱向長(zhǎng)度LZC與線路橫向長(zhǎng)度LHC進(jìn)行確定。

車站的線路縱向長(zhǎng)度是指車站線路在列車行進(jìn)方向上的總體長(zhǎng)度；線路橫向長(zhǎng)度是指車站線路垂直于列車行進(jìn)方向上的總體長(zhǎng)度。

通常情況下，站后折返站的車站線路由進(jìn)站前安全防護(hù)距離、到發(fā)線、咽喉區(qū)段、咽喉區(qū)與折返線的連接部分、折返線五部分組成。LZC由各部分在車站縱方向上的長(zhǎng)度組成，可表示為公式2。

LZC=lAZ+lDFZ+lYZ+lLZ+lZZ（2）

式中，各變量的最后一個(gè)下標(biāo)Z表示在縱方向上。

lA：進(jìn)站前安全防護(hù)距離；

lDF：到發(fā)線長(zhǎng)度；

lY：咽喉區(qū)段長(zhǎng)度；

lL：咽喉區(qū)與折返線的連接部分長(zhǎng)度；

lZ：折返線長(zhǎng)度。

其中，列車進(jìn)站前的安全防護(hù)距離lA為滿足列車緊急制動(dòng)的最短距離，設(shè)計(jì)單位在取值時(shí)建議一般不小于60 m。

到發(fā)線的長(zhǎng)度lDF需滿足一定編組長(zhǎng)度的列車在站停靠，城市軌道交通的列車編組一般為4節(jié)、6節(jié)和8節(jié)，常見編組為6節(jié)，到發(fā)線長(zhǎng)度120 m-160 m。

咽喉區(qū)段長(zhǎng)度lY由道岔連接段長(zhǎng)度lDL與道岔中心至基本軌接縫長(zhǎng)度lDJ組成，可以用公式3進(jìn)行表示。

車站的折返能力是線路布局設(shè)計(jì)的前提條件，又與車站的站型密切相關(guān)，因此在線路布局設(shè)計(jì)中，各項(xiàng)條件需同時(shí)兼顧。

5 算例分析

某城市軌道交通線路為非環(huán)形線路，采用DKZ4型列車運(yùn)行，在線路一端設(shè)置盡頭式折返站。站址所在位置平面縱向長(zhǎng)度最大允許400 m，發(fā)車間隔要求能夠達(dá)到110 s。

DKZ4型列車[9]的參數(shù)如表1所示。

車站采用9號(hào)道岔，則道岔中心至基本軌接縫長(zhǎng)度取12 m，其他參數(shù)取值：列車進(jìn)站安全防護(hù)距離取60 m，咽喉區(qū)與到發(fā)線的連接部分長(zhǎng)度取5 m，滑動(dòng)車擋與固定車擋之間的距離取20 m。

根據(jù)已知參數(shù)取值，當(dāng)車站布局采用站后折返時(shí)，咽喉區(qū)段兩線間距采用最小值5 m，得出車站線路縱向長(zhǎng)度最小值為422 m，超出最大允許值，因此整個(gè)車站線路布局不滿足采用站后折返的車站布局形式。

車站確定為站前折返布局形式后，采用表1、表2中的數(shù)據(jù)，應(yīng)用既有的計(jì)算理論[10]，得出站前單線發(fā)車間隔大于117 s，不能滿足最小發(fā)車間隔要求，因此該盡頭式折返站采用站前雙線折返。

取車站兩線間距為12 m，則站型布局如圖2所示。

通過公式（3）、（4）、（10）計(jì)算得出，該盡頭式折返站的線路總體長(zhǎng)度為959.3 m。

6 結(jié) 語

城市軌道交通是城市規(guī)模擴(kuò)大化之后最實(shí)用的公共交通方式。本文通過對(duì)典型盡頭式折返站設(shè)置形式的介紹與車站布局原則的說明，提出了盡頭式折返車站的布局方法，具體考慮車站折返能力、線路空間布局、車站線路造價(jià)三個(gè)方面，并給出了算例證明其實(shí)用性，計(jì)算結(jié)果顯示，本文的方法能夠?qū)Τ鞘熊壍澜煌ㄜ囌镜牟季痔峁┲?，為車站的?yōu)化提供依據(jù)。實(shí)踐過程中，車站在規(guī)劃建設(shè)中，考慮因素眾多，本文在研究布局方法中，考慮造價(jià)時(shí)僅考慮了線路長(zhǎng)度，實(shí)際涉及因素還包括道岔信號(hào)設(shè)備的造價(jià)等，有待進(jìn)一步完善，此外線路布局方法在實(shí)際車站布局中有待進(jìn)一步的深入研究。

主要參考文獻(xiàn)

[1]Lowder C.Automatic Control for Making and Breaking Trains Bay Area Rapid Transit System[C]//Vehicular Technology Conference， 34th IEEE， 1984.

[2]Powell S，Wong H Y. A Deterministic Approach to Evaluating Transport Infrastructure at a Terminus[J].Transportation Research：Part A，2000，34（4）：287-302.

[3]梁九彪. 城市軌道交通站前折返能力分析與計(jì)算[J]. 都市快軌交通. 2008，21（5）：27-30.

[4]李俊芳，樊曉梅. 城市軌道交通車站折返能力計(jì)算[J]. 鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì).2009，31（5）：50-53.

[5]楊斌，魏佳. 天津地鐵6號(hào)線終點(diǎn)站折返線方案綜析[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2010，27（11）：91-94.

[6]劉華，周天星. 城市軌道交通折返站輔助配線設(shè)計(jì)研究[J]. 中國(guó)鐵路. 2007（2）：57-59.

[7]毛保華. 列車運(yùn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)[M]. 北京：人民交通出版社，2008.

[8]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50157-2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2003.

[9]劉潤(rùn)招. 城市軌道交通雙渡線折返站折返能力優(yōu)化研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2010.

[10]Zhang Zeng-yong， Mao Bao-hua， Liang Xiao， et al. Station-front Turn-back Capacity Calculation Method of Urban Rail Transit by Taking into Account Train Traction[J]. Journal of Beijing Institute of Technology，2011，20（1）：160-167.

[11]謝金寶. 折返站緊湊折返不成對(duì)機(jī)車周轉(zhuǎn)圖的優(yōu)化方法[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2010，10（2）：95-98.