提高城市軌道交通車站折返能力的技術(shù)措施研究

唐玉川

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 102600， 北京∥高級(jí)工程師)

隨著城市軌道交通線路客流的不斷增長及列車開行間隔的縮短，車站折返能力日益成為束縛城市軌道交通線路運(yùn)輸能力的關(guān)鍵因素。基于在城市軌道交通線路設(shè)計(jì)和運(yùn)營中積累的經(jīng)驗(yàn)，本文分別對(duì)城市軌道交通車站不同折返形式、站型以及折返能力進(jìn)行分析和計(jì)算，從運(yùn)輸組織和車站設(shè)計(jì)兩個(gè)方面就如何提高車站折返能力進(jìn)行探討，并提出相應(yīng)的運(yùn)輸組織措施和工程設(shè)備措施。

1 車站的折返形式和站型分析

1.1 折返形式分類

根據(jù)折返設(shè)備和車站運(yùn)營方向的相對(duì)位置關(guān)系，列車折返可分為站前折返和站后折返兩種。

1) 站前折返。如圖1所示，站前折返時(shí)，列車進(jìn)出站和列車折返交叉混合進(jìn)行，對(duì)行車安全保障的要求較高。由于交叉渡線設(shè)在站前，站后不設(shè)置折返線，可以減少工程投資，并節(jié)約運(yùn)營成本。結(jié)合站型布置，站前折返主要有島式站臺(tái)站前折返、兩島三線站前折返和一島一側(cè)站前折返等形式。

a) 島式站臺(tái)站前折返

b) 兩島三線站前折返

c) 一島一側(cè)站前折返

2) 站后折返。如圖2所示，站后折返的折返線設(shè)置在線路運(yùn)行方向的后面，列車進(jìn)出站與列車折返不發(fā)生交叉。站后折返可以采用側(cè)式站臺(tái)站后折返、島式站臺(tái)站后折返和島式站臺(tái)小交路站后折返等車站布置形式。

a) 側(cè)式站臺(tái)站后折返

b) 島式站臺(tái)站后折返

c) 島式站臺(tái)小交路站后折返

1.2 折返形式與站型選擇

通常情況下，折返形式及站型的選擇主要根據(jù)線路的折返能力需求和工程條件決定。

1) 折返形式和站型要密切結(jié)合。考慮折返能力和工程條件等因素，站前折返主要有兩島三線、一島一側(cè)、島式站臺(tái)等形式；站后折返主要有島式站臺(tái)和側(cè)式站臺(tái)等形式。由于站前折返兩側(cè)站臺(tái)交錯(cuò)發(fā)車，一般不采用側(cè)式站臺(tái)的形式。

2) 結(jié)合工程條件。站前折返和站后折返各有一定的適用性。折返形式的選擇首先要考慮工程條件，如果站后有條件，可結(jié)合考慮車輛存放需求選擇站后折返方式，其中一條線用來存車。對(duì)某些線路來說，站后折返還預(yù)留了線路進(jìn)一步延伸的條件。如果站后沒有條件，則可考慮采用站前折返。

3) 結(jié)合車站客流。當(dāng)在終點(diǎn)站上車、下車的客流較大時(shí)，乘客上下車耗時(shí)較長，對(duì)折返能力影響較大，可考慮將線路再向前延伸一站，作為新的終點(diǎn)站。當(dāng)條件受到限制或不宜延伸時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮站前折返。

4) 結(jié)合交路情況。一般情況下，大交路終點(diǎn)站對(duì)折返能力要求較高，而小交路折返對(duì)折返能力要求稍低，僅為高峰小時(shí)列車開行對(duì)數(shù)的1/2或1/3。所以，小交路折返形式可更多地考慮結(jié)合工程條件，以節(jié)省工程投資。某些情況下還要結(jié)合配線設(shè)置進(jìn)行綜合考慮。

2 車站折返能力分析計(jì)算

2.1 站前折返能力分析計(jì)算

1) 島式站臺(tái)站前折返。以圖1 a)為例，對(duì)站前折返車站的折返能力進(jìn)行分析計(jì)算。該形式多用于線路終點(diǎn)站折返，站前折返兩個(gè)站臺(tái)交叉使用，站前設(shè)交叉渡線，連續(xù)兩折返列車的部分折返過程可以平行進(jìn)行，從而縮短了折返時(shí)間。如圖3所示，采用站前折返(選用12#道岔)，列車折返間隔為108 s，折返能力能夠達(dá)到30對(duì)/h以上。

1)首先隨機(jī)從樣本點(diǎn)中取3個(gè)點(diǎn)，然后進(jìn)行空間圓擬合。參考上述的方法，得到平面方程系數(shù)A、B、C和D，空間圓的圓心坐標(biāo)及半徑。

圖3 站前折返車站的折返能力計(jì)算

2) 其它站前折返形式。對(duì)于兩島三線(見圖1 b))和一島一側(cè)(見圖1 c))兩種形式，由于只有一條站前折返線，折返過程無法平行進(jìn)行，導(dǎo)致折返時(shí)間延長，其折返能力通常較小。因此，兩島三線和一島一側(cè)兩種站前折返形式一般在折返能力要求不高時(shí)采用，主要用于小交路折返。

2.2 站后折返能力分析計(jì)算

以島式站臺(tái)站后折返(見圖2 b))為例，對(duì)站后折返車站的折返能力進(jìn)行分析計(jì)算。站后設(shè)折返線和交叉渡線，列車折返作業(yè)與列車到達(dá)、出發(fā)完全獨(dú)立，互不干擾。在線路運(yùn)營的初、近期，列車開行對(duì)數(shù)較少時(shí)，兩條折返線可以交替使用，以減少輪軌偏磨；在運(yùn)營遠(yuǎn)期，隨著折返能力要求的提高，需要將與左線貫通的折返線固定為折返線，與右線貫通的折返線改為故障列車停留線或存車線。站后折返能力的計(jì)算結(jié)果如圖4所示。由計(jì)算過程可以看出，采用站后折返形式，列車折返間隔為108 s，線路的折返能力可達(dá)到30 對(duì)/h以上。

2.3 各種折返形式的適應(yīng)性分析

按照建標(biāo)104—2008《軌道交通工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》第45條第2款的相關(guān)規(guī)定，線路的折返能力應(yīng)與正線設(shè)計(jì)行車密度相匹配，并留有10%～15%的儲(chǔ)備量。目前我國內(nèi)地城市軌道交通線路遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)的列車對(duì)數(shù)一般為30對(duì)/h，結(jié)合此項(xiàng)規(guī)定，在考慮儲(chǔ)備的前提下，線路的折返能力需要達(dá)到33對(duì)/h以上。

圖4 站后折返車站的折返能力計(jì)算

受具體的工程、地質(zhì)條件等因素的限制，以及客流不斷增長所帶來的影響，列車在終點(diǎn)站折返時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些情況,使得列車折返耗時(shí)延長，導(dǎo)致折返能力無法滿足儲(chǔ)備要求，有些線路的運(yùn)能甚至達(dá)不到30對(duì)/h的遠(yuǎn)期運(yùn)營要求。因此，有必要對(duì)提高折返能力的技術(shù)措施進(jìn)行研究，以滿足運(yùn)營需求，提高運(yùn)營效益。

3 提高折返能力的技術(shù)措施

3.1 運(yùn)輸組織措施

3.1.1 精心組織終點(diǎn)站上、下客作業(yè)

乘客上、下車時(shí)間是列車折返時(shí)間的重要組成部分之一。在終點(diǎn)站上、下車的乘客較多，可以根據(jù)高峰時(shí)段客流情況，對(duì)終點(diǎn)站乘客的上、下車進(jìn)行精心組織，以壓縮車站的上、下客時(shí)間，從而縮短折返時(shí)間，加快列車折返。

3.1.2 提高正點(diǎn)率，加強(qiáng)調(diào)度指揮

在列車晚點(diǎn)時(shí)，可結(jié)合正線上列車運(yùn)行情況和車站折返設(shè)施，強(qiáng)化線路的運(yùn)營調(diào)度，提前安排運(yùn)營調(diào)整措施，提高列車正點(diǎn)率。例如，對(duì)于采用站前交叉渡線折返的車站，列車進(jìn)站時(shí)可分為“直進(jìn)彎出”和“彎進(jìn)直出”兩種進(jìn)路。由于兩者的折返時(shí)間不同，可以根據(jù)列車實(shí)際運(yùn)行間隔調(diào)整接車進(jìn)路，安排晚點(diǎn)列車用“彎進(jìn)直出”方式入站，這樣既可以提高整個(gè)系統(tǒng)的折返能力，也有利于正線列車盡快恢復(fù)運(yùn)行秩序。

3.1.3 提前準(zhǔn)備運(yùn)用車

在連接車輛段/停車場的折返站，可采用在折返站臺(tái)上提前準(zhǔn)備一列運(yùn)用車的形式。這種組織形式適用于高峰期客流較大的車站，準(zhǔn)備的運(yùn)用車可以利用列車折返間隙，快速投入正線運(yùn)營，這也相當(dāng)于起到了提高折返能力的作用。

3.2 工程設(shè)備措施

3.2.1 調(diào)整道岔型號(hào)，更換成大號(hào)道岔

為了提高折返列車運(yùn)行中的側(cè)向過岔速度，可將咽喉區(qū)的折返道岔更換成大號(hào)道岔。目前通用的道岔為9#道岔，其側(cè)向過岔速度為30 km/h，而12#道岔的側(cè)向過岔速度為45 km/h。采用12#道岔，雖然道岔長度增加導(dǎo)致整個(gè)接車或發(fā)車進(jìn)路延長，但列車過岔速度提高了。通過計(jì)算確認(rèn)，總的折返時(shí)間是縮短的。經(jīng)驗(yàn)證，采用大號(hào)道岔，提高側(cè)向過岔速度，在站前折返中效果明顯。

3.2.2 在折返進(jìn)路上增設(shè)保護(hù)區(qū)段

正常情況下，前行列車折返時(shí)，需在列車全部出清道岔區(qū)段并使進(jìn)路解鎖后，后續(xù)列車才具備辦理折返進(jìn)路的條件。如果在折返進(jìn)路上增設(shè)一個(gè)保護(hù)區(qū)段(具體長度需依照列車運(yùn)行速度計(jì)算確定)，前行折返列車經(jīng)過此保護(hù)區(qū)段后，后續(xù)列車可以提前具備辦理折返進(jìn)路的條件，從而壓縮了折返時(shí)間，提高了折返能力。

3.2.3 縮短列車折返進(jìn)路長度

1) 結(jié)合工程條件，盡可能使折返道岔靠近站臺(tái)，通過縮短折返進(jìn)路長度來壓縮列車進(jìn)折返線和返回站臺(tái)的時(shí)間。

2) 在島式站臺(tái)的車站形式下，折返道岔的出岔位置受到站臺(tái)寬度的影響?？梢詫?duì)出岔位置進(jìn)行方案比選，結(jié)合改變線間距、壓縮岔區(qū)長度等措施，縮短折返走行進(jìn)路的長度。

3.2.4 增加平行折返進(jìn)路，優(yōu)化折返形式

1) 站型方案優(yōu)化?？紤]增加折返設(shè)施，同時(shí)滿足站前折返和站后折返條件：在站后設(shè)折返線和渡線，同時(shí)增加一條車站到發(fā)線，以滿足站前折返條件。這種混合折返站型采用兩島三線的布置形式，如圖5所示。

圖5 混合折返站型示意圖

2) 折返形式分析。圖5的折返形式能夠充分利用車站設(shè)備，使連續(xù)兩列車的折返獨(dú)立進(jìn)行，第一趟列車采用站前折返，第二趟列車采用站后折返，互相不發(fā)生干擾，兩種折返形式可循環(huán)交替進(jìn)行。從折返進(jìn)路上分析，這種形式主要是增加了列車折返的平行進(jìn)路，使到達(dá)列車能夠利用平行進(jìn)路、互不干擾地完成折返作業(yè)，從而大幅提高折返效率。采用此折返形式時(shí)，為避免A道發(fā)車進(jìn)路和D道列車折返的進(jìn)路沖突，需要在D道發(fā)車方向設(shè)置安全線。

3) 折返能力計(jì)算。采用圖5折返形式的折返過程和計(jì)算結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出，此種形式可使折返的到達(dá)間隔和出發(fā)間隔均實(shí)現(xiàn)90 s，與正線上列車的最小運(yùn)行間隔相匹配，其理論計(jì)算折返能力可以達(dá)到40 對(duì)/h。

圖6 混合折返車站的折返能力計(jì)算

4) 適應(yīng)性分析。圖5所示的折返形式土建工程投資大，對(duì)運(yùn)輸組織、管理水平要求也較高。從效果上分析，該形式能從根本上縮短折返時(shí)間，大幅提高折返能力，使折返站的折返能力和線路通過能力達(dá)到同一水平，從而可以較好地發(fā)揮城市軌道交通的潛力和綜合效益，提高城市軌道交通線路的綜合服務(wù)能力。在重點(diǎn)車站或是需要結(jié)合綜合開發(fā)等外部條件的車站，可以考慮選用該折返形式。

4 結(jié)語

本文分析了城市軌道交通車站各種不同的折返形式、折返站型，并計(jì)算了對(duì)應(yīng)的折返能力。結(jié)合目前城市軌道交通線路的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)營的實(shí)際需求，就如何提高折返能力提出了相應(yīng)的運(yùn)輸組織措施和工程措施，并分析了各種措施的優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)性。其中，運(yùn)輸組織措施比較靈活，投資省、見效快；工程設(shè)備措施需要增加投資，但能從根本上提高折返站的折返能力進(jìn)而提升線路的綜合服務(wù)水平，具有一定的研究和推廣價(jià)值。