城市軌道交通雙列位停車線設(shè)計(jì)

彭磊 ，孫元廣 ，金華

(1. 廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510010；2.北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸部綜合交通運(yùn)輸大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044)

停車線是城市軌道交通配線之一，在實(shí)際的運(yùn)營過程中發(fā)揮著重要作用，除了供故障車待避外，停車線還具備組織臨時(shí)交路、停放備用車以及正線夜間停車等功能。目前，我國地鐵停車線多采用單列位形式，即停車線長度只能停放一輛列車，且既有研究多討論停車線的位置與形式。王媛[1]結(jié)合已運(yùn)營軌道交通城市的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)和線路故障案例，建議全線停車線宜按照線路中心對稱分布，條件允許時(shí)采用兩側(cè)貫通的設(shè)計(jì)形式；付意莊[2]認(rèn)為停車線設(shè)置位置需適應(yīng)客流需求，優(yōu)先考慮貫通式與橫列式組合的形式；蔡涵哲[3]認(rèn)為應(yīng)在長大區(qū)間設(shè)置停車線救援功能；郭彥東[4]以呼和浩特市軌道交通1號線為例，探討了合適的停車線設(shè)計(jì)方案；沈海宏[5]指出在市區(qū)站間距較小地段按車站數(shù)控制停車線數(shù)量，在郊區(qū)站間距較大地段按距離控制停車線數(shù)量;于琳茗[6]以成都地鐵13號線為例，從客流需求、行車功能、工程建設(shè)難度、工程投資等多個(gè)角度對不同停車線設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合比選，提出了曲線型雙停車線設(shè)計(jì)方案。

城市軌道交通列車一旦發(fā)生故障需要救援，便會造成長時(shí)間延誤，影響運(yùn)營服務(wù)水平[7]。因此，在故障救援過程中，盡量壓縮線路中斷時(shí)間、優(yōu)化救援作業(yè)流程就顯得尤為重要[8]。雙列位停車線的長度優(yōu)勢使得救援列車可以與故障列車同時(shí)進(jìn)入停車線，減少了救援列車返回正線產(chǎn)生的二次延誤，從而減少了故障救援過程對正線運(yùn)營的影響[9]。付意莊[2]提出在一條線路上可視情況設(shè)置一處雙列位停車線，以增加救援靈活性；錢澤林[10]則以上海軌道交通14號線為例進(jìn)行分析，認(rèn)為雙列位停車線可以縮短線路大客流區(qū)段列車故障救援的處置時(shí)間，為靈活地調(diào)整運(yùn)營、縮小故障影響范圍創(chuàng)造條件；此外高士杰[11]針對天津地鐵6號線一期工程創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了地下區(qū)間12列位停車線，并進(jìn)行了全面的分析，得到了類似的結(jié)論。賀恩懷等[12]以杭州地鐵2號線沈塘橋站為例，分析得出無論是一側(cè)貫通還是兩側(cè)貫通的單線雙列位停車線方案，都比單線單列位停車線方案節(jié)省救援時(shí)間1.5 min。

雙列位停車線的優(yōu)勢逐漸為人所知，但是對其研究較少，且多采用解析方法進(jìn)行分析，基于經(jīng)驗(yàn)對實(shí)際情況進(jìn)行了簡化。軌道交通運(yùn)行仿真模擬能夠較好地處理軌道交通運(yùn)營過程的眾多復(fù)雜因素，為事故防治提供更為精確可靠的支持[13]。其中OpenTrack是軌道交通應(yīng)用中較為常見的仿真系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于可以根據(jù)列車技術(shù)作業(yè)過程，按照既定的規(guī)則，模擬所有列車、機(jī)車的運(yùn)行過程，包括列車牽引過程、解編和聯(lián)編作業(yè)以及不同信號系統(tǒng)下的列車進(jìn)路安排，因此得到廣泛的應(yīng)用。魏然等[14]采用OpenTrack對列車技術(shù)作業(yè)過程進(jìn)行仿真分析，楊曉[15]采用OpenTrack驗(yàn)證了牽引制動性能和咽喉區(qū)長度等因素對列車追蹤間隔的影響。

綜上所述，本文在單列位停車線設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，探討了雙列位停車線的設(shè)計(jì)形式，包括設(shè)置形式以及設(shè)計(jì)長度，并通過OpenTrack仿真軟件對不同雙列位停車線設(shè)計(jì)類型與設(shè)置位置對延誤時(shí)間的影響進(jìn)行了分析。

1 雙列位停車線設(shè)計(jì)類型

從雙列位停車線的設(shè)置形式以及設(shè)計(jì)長度的角度出發(fā)，詳細(xì)討論了8種停車線形式的適用性以及主要類型的設(shè)計(jì)長度計(jì)算方法。

1.1 雙列位停車線設(shè)置形式

目前對于雙列位停車線的既有研究尚不充分，對于其具體的設(shè)置條件、設(shè)置形式等暫未有普適化的一般性原則。因此，本文借鑒現(xiàn)有單列位停車線分類方式，將雙列位停車線分為縱列式和橫列式兩大類[12]。

縱列式雙列位停車線細(xì)分為單線縱列盡頭式、單線縱列貫通式、利用渡線雙線縱列盡頭式，如圖1(a)～(c)所示。單線縱列盡頭式和貫通式(圖1(a)～(b))兩種設(shè)置形式，一般設(shè)置于中間車站，可以作為故障列車待避線兼做折返線使用。此外，這兩種形式通常設(shè)置在島式車站一側(cè)，在施工時(shí)可以利用車站與線路間距過渡設(shè)置的喇叭口來減少施工量。利用渡線雙線縱列盡頭式(圖1(c))一般設(shè)置于線路終點(diǎn)站，雖然雙列位停車線不建議設(shè)置成雙線形式，但是利用終點(diǎn)站正線延伸可以更有效地發(fā)揮停車線備用存車的功能，同時(shí)交叉渡線設(shè)置在車站后有利于列車站后折返。

橫列式根據(jù)停車線與正線、站臺的位置關(guān)系又有內(nèi)側(cè)式、外側(cè)式和島側(cè)式之分[16]。設(shè)置形式有橫列內(nèi)側(cè)盡頭式、橫列內(nèi)側(cè)貫通式、橫列外側(cè)盡頭式、橫列外側(cè)貫通式、橫列島側(cè)貫通式5種，如圖1(d)～(h)所示。對于常見的單列位停車線，橫列式停車線具有布置緊湊、工程量相比縱列式較小的優(yōu)勢，然而對于橫列式雙列位停車線，其停車線長度可能會超過站臺長度，尤其對于高架車站，會增加額外的工程量，因此需酌情設(shè)置。從運(yùn)營周轉(zhuǎn)角度來講，橫列內(nèi)側(cè)盡頭式(圖1(d))一般設(shè)置于中間車站，只能供一個(gè)方向列車進(jìn)出。橫列內(nèi)側(cè)貫通式(圖1(e))貫通兩條正線，雙方向列車進(jìn)出方便，進(jìn)路靈活順暢。橫列外側(cè)盡頭式和橫列外側(cè)貫通式停車線(圖1(f)～(g))位于車站的外側(cè)，這兩種設(shè)置形式一般適用于因車站高架或者區(qū)間內(nèi)部地形條件困難而不方便在車站內(nèi)部設(shè)置的情況，此外，由于停車線設(shè)置在車站外側(cè)，車輛進(jìn)出時(shí)將切割正線，對正線的正常運(yùn)營影響較大，一般情況下不建議采用，特殊情況下酌情采用。橫列島側(cè)貫通式(圖1(h))極大地增加車站的橫向距離，增加工程成本，因此不建議采用。

圖1 雙列位停車線設(shè)置形式Fig.1 Example of parking lines with two train spaces

因此，對于雙列位停車線，縱列盡頭式和縱列貫通式具有更好的適用性，其余設(shè)置形式需要結(jié)合實(shí)際情況酌情采用。此外對于盡頭式和貫通式，后者的進(jìn)路安排更為靈活，但是工程量更大，后文將以縱列式雙列位停車線為例對其線路設(shè)計(jì)長度進(jìn)行具體分析。

1.2 縱列式雙列位停車線設(shè)計(jì)長度

單列位停車線設(shè)計(jì)長度包括列車計(jì)算長度、列車防護(hù)區(qū)段長度和信號控制系統(tǒng)要求的道岔以及車檔的相關(guān)設(shè)計(jì)長度。與單列位停車線的設(shè)計(jì)長度相比，雙列位停車線的設(shè)計(jì)長度增加了一列列車的列車計(jì)算長度和兩列車停放之間的安全距離，列車防護(hù)區(qū)段長度和信號控制系統(tǒng)要求的道岔以及車檔的相關(guān)設(shè)計(jì)長度與單列位停車線的設(shè)計(jì)長度相同。

停車線的具體設(shè)置形式和長度受線路功能、地形條件、土質(zhì)水文、客流情況、車輛編組、道岔類型等影響，縱列盡頭式和貫通式雙列位停車線設(shè)計(jì)長度可表示為圖2 ～3。其中L0為列車停放安全距離，建議取3 m；L1為列車計(jì)算長度；L2為道岔中心至列車端部距離，一般取13～18 m；L3為道岔間距離，以9號道岔為例取35.569 m，與道岔尺寸有關(guān)；L4為列車防護(hù)區(qū)段長度，一般取40～48 m；L5為滑動車檔距離固定車檔間距，一般取25～28 m。不同設(shè)置形式的具體設(shè)計(jì)長度計(jì)算如表1所示。

圖2 縱列盡頭式雙列位停車線設(shè)計(jì)長度計(jì)算示意圖Fig.2 Schematic of design length calculation of tandem end-type parking lines with two train spaces

圖3 縱列貫通式雙列位停車線設(shè)計(jì)長度計(jì)算示意圖Fig.3 Schematic of design length calculation of tandem through-type parking lines with two train spaces

表1 縱列雙列位停車線設(shè)計(jì)長度

因此，縱列雙列位停車線不同形式的停車線長度有所差異，貫通式的停車線長度會顯著大于盡頭式，具體停車線類型的選擇需要后續(xù)通過案例仿真進(jìn)行研究分析。

2 雙列位停車線應(yīng)用分析

本文以福州市機(jī)場線為實(shí)例，借助OpenTrack軟件分別就不同案例背景下的故障救援過程進(jìn)行仿真，獲得延誤時(shí)間，以此定量探究不同雙列位停車線設(shè)計(jì)類型與設(shè)置位置對延誤時(shí)間的影響。

2.1 案例設(shè)計(jì)

通過OpenTrack建模后的線路如圖4所示，所有停車線均為單列位形式，E站和O站雖然沒有設(shè)置停車線，但是設(shè)有聯(lián)絡(luò)線分別連接停車場和車輛段，對于列車救援沒有二次延誤，可視作雙列位停車線處理。

對于救援方案的設(shè)計(jì)，通常選用后序列車正向推送或逆向牽引的方式，將故障列車救援至較近的停車線或是直接救援至車輛段或停車場以避免二次延誤[17-18]。在具體故障位置需要根據(jù)情況選擇延誤時(shí)間最短的救援方式。延誤時(shí)間為故障列車的后序列車(不包含救援列車)在故障列車停放站的實(shí)際到達(dá)時(shí)間和計(jì)劃到達(dá)時(shí)間的差值，以此對配線方案進(jìn)行評價(jià)。

案例分為兩部分，分別對雙列位停車線位置與設(shè)計(jì)類型進(jìn)行分析。雙列位停車線位置影響在圖4所示線路原方案的基礎(chǔ)上增設(shè)了3組方案，分別將G、I、M站附近的單列位停車改為雙列位停車線，如表2所列，停車線均采用雙進(jìn)雙出的縱列貫通式停車線。案例選取了5處均勻分布的位置作為故障發(fā)生地點(diǎn)，如圖4中紅色三角形所示。通過對這5處故障地點(diǎn)救援的仿真，可以得到對應(yīng)的延誤時(shí)間。

圖4 案例線路示意圖Fig.4 Diagram ofthe actual case line

停車線類型影響分析則只考慮M站雙列位停車線，其他站設(shè)計(jì)與原方案保持一致。針對第一節(jié)提及的普適性較強(qiáng)的縱列雙列位停車線類型分別設(shè)計(jì)了5組方案，如表2所列，其對應(yīng)的停車線長度根據(jù)表3所列參數(shù)計(jì)算得到。案例選取L站的上行方向和下行方向以及N站與M站區(qū)間的上行和下行方向作為故障地點(diǎn)(從A至O為上行，反之為下行)，如圖4中藍(lán)色三角形所示。

表2 雙列位停車線位置和類型影響的設(shè)計(jì)方案

表3 仿真中停車線設(shè)置參數(shù)

2.2 OpenTrack仿真

本文以福州機(jī)場線線路實(shí)際資料為基礎(chǔ)建立仿真線路，輸入車輛牽引性能參數(shù)并設(shè)置列車運(yùn)行進(jìn)路。仿真過程中相關(guān)救援作業(yè)的時(shí)間參數(shù)取值如表4所示。推送救援速度為25 km/h，牽引救援速度為35 km/h。完成參數(shù)設(shè)定后根據(jù)設(shè)定的故障位置以及救援方案進(jìn)行模擬仿真。

表4 仿真中救援作業(yè)時(shí)間參數(shù)

2.3 結(jié)果分析

仿真所得延誤時(shí)間如表5所示。

表5 不同方案仿真救援結(jié)果對比

觀察雙列位停車線設(shè)置位置影響的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)將一個(gè)停車線改為雙列位后可以降低其附近位置故障時(shí)的延誤時(shí)間。方案一在F站處減少了1.7 min的延誤時(shí)間；方案二在H—I以及K—L處減少了4.5 min的延誤時(shí)間；方案三在M—N處減少了4.5 min的延誤時(shí)間。減少的時(shí)間主要為救援列車返回正線恢復(fù)運(yùn)營的二次延誤時(shí)間，由作業(yè)時(shí)間決定，因此基本不變。方案一在F站處減少的延誤時(shí)間只有1.7 min，這是由于E站也有雙列位停車線，原方案中F站故障時(shí)可采用后序列車反向牽引至E站停車線，方案一將G站改為雙列位后，推送至G站停車線相比原方案救援至E站停車線，延誤降低較小。此外，方案二中在增加的I站雙列車停車線前后故障位置的延誤均有降低，結(jié)合方案一延誤降低較小的情況可以發(fā)現(xiàn)，雙列位停車線適宜設(shè)置在線路中間，遠(yuǎn)離停車場、車輛段或其他雙列位停車線的位置，可以充分發(fā)揮其減少延誤時(shí)間的作用。

雙列位停車線設(shè)計(jì)類型影響方面，方案四、五、六應(yīng)對不同方向的故障，救援時(shí)間不受設(shè)置形式影響，這主要是因?yàn)榱熊囆枰贛站清客，因此只要靠近車站一端的進(jìn)出口保持連通，就不影響列車救援。方案七由于與車站相鄰的上行方向沒有進(jìn)口，因此需要通過換端，從遠(yuǎn)車站一段進(jìn)入，增加了3 min左右的額外延誤時(shí)間。對于同側(cè)單進(jìn)單出的方案八，由于缺少與上行方向正向的連接，因此在上行方向無法利用M站停車線存放故障列車，僅能應(yīng)對下行方向的列車故障。最后考慮到表2中所列的不同方案的停車線長度，可以發(fā)現(xiàn)盡頭式的方案四在不影響救援效果的前提下，擁有最短的停車線長度，可以顯著降低建設(shè)成本并減少對工程條件的要求。

3 結(jié)語

本文針對現(xiàn)有城市軌道交通單列位停車線存在的不足，提出了雙列位停車線的設(shè)計(jì)方案。參照單列位停車線的設(shè)置原則與形式，設(shè)計(jì)了8種有各自不同適用場合的雙列位停車線并給出了相應(yīng)的停車線設(shè)計(jì)長度計(jì)算方法，最后結(jié)合福州市機(jī)場線為背景的OpenTrack仿真案例進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)：8種雙列位停車線類型中每種類型都有各自的適用場合，縱列式相對普適性更強(qiáng)；雙列位停車線宜選在線路中間，遠(yuǎn)離停車場、車輛段或其他雙列位停車線處，能有效降低附近線路的救援時(shí)間；此外僅考慮列車救援時(shí)，停車線類型建議選擇盡頭式，可在不影響救援效果的前提下減少停車線長度。