一島一側(cè)站臺布置形式折返能力研究

周曉玲

(1.甘肅新宇城市建設(shè)有限公司，蘭州 730030； 2.蘭州大學(xué)，蘭州 730000)

在大中型城市，客流持續(xù)高位運(yùn)行對城市軌道交通線網(wǎng)運(yùn)輸能力提出了新要求。擴(kuò)大線網(wǎng)運(yùn)輸能力一般可從兩個方面入手，一方面是擴(kuò)展線網(wǎng)增加運(yùn)營線路，另一方面是提高線路的輸送能力和通過能力[1-2]。已有學(xué)者開展相關(guān)研究，李瓊等以站前交叉渡線和站前單渡線為例對站前折返形式進(jìn)行了系統(tǒng)分析，認(rèn)為采用站前單渡線折返的形式雖然在一定程度上解決了場地受限時列車的折返問題，但折返能力大打折扣[3-6]；苗沁等以站后雙存車線和站后單存車線為例，認(rèn)為站后雙存車線的折返能力大于站后單存車線的折返能力，同時站后雙停車線的折返能力可達(dá)30對/h以上，最大為36對/h[7-8]；陳垚等認(rèn)為中間站折返能力為限制線路通過能力的關(guān)鍵因素，通過對中間站的站后交叉渡線的折返能力與站前折返能力的對比分析，認(rèn)為站后交叉渡線的折返能力大于站前折返能力[9]；方惠通過改變折返線與站端的距離、折返線長度和道岔類型對站后雙存車線的折返能力進(jìn)行論證，認(rèn)為折返線距離站端越近，折返能力越大；折返線長度越長列車出站間隔越大，工程投資也越大[10]；陳垚等通過對中間站的站前折返和站后折返能力進(jìn)行對比分析，得出站后折返的能力大于站前折返，合理安排列車在中間站的到站時間才能保證高效的作業(yè)[11-13]；徐意等分別以不同城市不同形式的折返站為例，通過計算機(jī)仿真、對比分析、數(shù)學(xué)建模等方法對車站的折返能力進(jìn)行了分析[14-15]。李俊芳通過對中間站和終點站的站前折返和站后折返分別進(jìn)行了研究，最終認(rèn)為采用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)設(shè)備縮短站前列車制動點到道岔的距離、優(yōu)先使用大號碼道岔提高列車的過岔速度可有效提高折返站的通過能力[16]。不難看出，以往文獻(xiàn)多針對現(xiàn)有傳統(tǒng)折返站形式進(jìn)行研究，對折返站的改進(jìn)研究相對較少。

車站折返能力是限制線路通過能力的一個主要因素，提高折返能力的主要方式是采取靈活的折返形式?；诩扔醒芯?，從提高車站折返線的通過能力入手，提出了一島一側(cè)站臺布置的折返形式，并對其通過能力進(jìn)行深入研究。

1 折返形式

目前，我國軌道交通所采取的折返形式主要有兩種：一種是站前單渡線、站前交叉渡線折返；另一種是站后折返，主要包括站后雙停車線折返、站后單停車線折返、站后單渡線折返以及站后“燈泡線”折返。

站前折返是指列車載客從站前單渡線進(jìn)行折返，雖然占地小、投資少，但接車和發(fā)車存在敵對進(jìn)路，交叉干擾較大，一般不采用。站后折返是指采用站后盡端折返線進(jìn)行折返。為了提高全線的通過能力，除了改進(jìn)信號設(shè)備和電器設(shè)備之外，另一個重要的途徑就是盡可能提高折返站的通過能力。在既有研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計具有站前、站后雙折返功能的一島一側(cè)站臺折返線，并對折返能力進(jìn)行研究。其中，一島一側(cè)站臺折返線的布置示意如圖1所示。

圖1 一島一側(cè)站臺折返示意

2 一島一側(cè)站臺布置形式列車的折返過程

一島一側(cè)折返站的列車可以采用站前折返和站后折返兩種形式，西安地鐵信號機(jī)與計軸布置情況如圖2所示。

圖2 一島一側(cè)車站信號機(jī)與計軸布置

圖2中，A、B、C、D、E、F點分別為信號機(jī)布置位置。只有列車的尾部分別出清A、B、C、E、F點時，下一列車才可以辦理列車進(jìn)路。一島一側(cè)站臺的折返作業(yè)過程如下。

(1)上行到達(dá)列車進(jìn)車站Ⅰ道停車，在Ⅰ道辦理完下客作業(yè)后，由ATO自動駕駛進(jìn)Ⅳ道折返，再進(jìn)入車站Ⅱ道辦理上客作業(yè)，再轉(zhuǎn)換車號為下行列車并發(fā)車。

(2)上行到達(dá)列車進(jìn)車站Ⅲ道停車，在Ⅲ道辦理完上下客作業(yè)后，再轉(zhuǎn)換車號為下行列車并發(fā)車。

相鄰兩列車之間重要控制點如下。

(1)當(dāng)1號列車尾部出清F點后，2號列車進(jìn)行進(jìn)Ⅲ道停車作業(yè)。

(2)當(dāng)1號列車尾部出清A點后，3號列車進(jìn)行進(jìn)Ⅰ道停車作業(yè)。

(3)當(dāng)1號列車尾部出清B點后，3號列車可以開始辦理后續(xù)列車進(jìn)入折返線Ⅳ道的進(jìn)路。

(4)當(dāng)1號列車出清站臺C點后，2號列車進(jìn)行出站作業(yè)。

(5)當(dāng)2號列車出清站臺C點后，3號列車進(jìn)行出站作業(yè)。

(6)當(dāng)3號列車出清站臺E點后，4號列車進(jìn)行進(jìn)站停車作業(yè)。

3 折返作業(yè)時間的計算

列車的作業(yè)過程可以分為3個子過程：接車作業(yè)、折返作業(yè)以及發(fā)車作業(yè)。其中，列車在折返站的折返能力主要取決于接車能力、折返能力和發(fā)車能力當(dāng)中占用時間最長的作業(yè)時間，即

t間隔=max{t接，t折返，t發(fā)}

(1)

折返能力的計算公式為

n=3 600/t間隔

(2)

接車時間包括：辦理接車進(jìn)路、車載設(shè)備的反應(yīng)時間，列車從制動點到站臺端部停車所用時間和列車從站臺啟動到尾部出清站臺末端計軸設(shè)備時間，即

t接=t反應(yīng)+t作業(yè)+t進(jìn)站+t反應(yīng)+t作業(yè)+t出清信號機(jī)

(3)

折返時間包括：辦理接車進(jìn)路、車載設(shè)備反應(yīng)時間，列車從站臺啟動到折返線上停車和列車從折返線上啟動到列車尾部出清折返線末端計軸設(shè)備時間，即

t折返=t作業(yè)+t反應(yīng)+t進(jìn)折返線+t反應(yīng)+t出清信號機(jī)

(4)

發(fā)車時間包括：辦理接車進(jìn)路、車載設(shè)備的反應(yīng)時間，列車從折返線啟動到站臺停車時間、再次辦理接車進(jìn)路、車載設(shè)備反應(yīng)時間，列車從站臺端部啟動到尾部出清站臺末端計軸設(shè)備時間，即

t發(fā)=t作業(yè)+t反應(yīng)+t進(jìn)站+t作業(yè)+t反應(yīng)+t出站+t出清信號機(jī)

(5)

式中，t接為接車作業(yè)時間；t折返為折返作業(yè)時間；t發(fā)為發(fā)車作業(yè)時間；t出清信號機(jī)為列車尾部出清信號機(jī)時間；t作業(yè)為道岔解鎖及列車辦理進(jìn)路時間；t反應(yīng)為列車ATO響應(yīng)時間。

4 實例

西安地鐵二號線是西安地鐵客流量大、最為重要的線路之一[17]。二號線貫通西安市南北主軸線，一期工程的北端位于未央?yún)^(qū)的北客站，南端位于長安區(qū)的韋曲南。該線采用6輛編組的B型車，根據(jù)第三部分對折返能力的分析，基于西安地鐵二號線列車的基本參數(shù)進(jìn)行計算，其中列車、站臺以及道岔等基本參數(shù)如表1所示。

表1 基本參數(shù)

列車在0～40 km/h時，加速度取0.83 m/s2，而在速度高于40 km/h時，加速度會隨著速度的升高而降低。因此，為了更加精確地計算列車的發(fā)車能力，采用牽引計算軟件模擬列車的啟動過程。其中，牽引工況如圖3所示。

注：紅線為速度曲線，藍(lán)線為時間曲線，綠線為電流曲線。圖3 列車牽引計算工況

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，目前城市軌道交通的最小追蹤間隔為85 s[18]。為方便計算，列車的最小追蹤間隔取值90 s。據(jù)此，一島一側(cè)站臺布置形式下的列車折返作業(yè)程序如圖4所示。

注：出清為列車尾部離開該位置。圖4 折返作業(yè)的技術(shù)作業(yè)程序

該模式提高了列車的折返能力，其連續(xù)折返間隔為90 s，可達(dá)到系統(tǒng)能力40對/h；該方案折返能力受控于區(qū)間追蹤間隔，能夠滿足系統(tǒng)能力需求。

而傳統(tǒng)的站后雙停車線的信號機(jī)與計軸布置情況如圖5所示。

圖5 島式車站信號機(jī)與計軸布置

折返作業(yè)過程為：正常情況下，上行到達(dá)列車進(jìn)車站Ⅰ道停車，在Ⅰ道辦理完下客作業(yè)后，由ATO自動駕駛進(jìn)Ⅲ道折返，再進(jìn)入車站Ⅱ道辦理上客作業(yè)，轉(zhuǎn)換車號為下行列車并發(fā)車。相鄰兩列車之間重要控制點如下。

①當(dāng)前車尾部出清A點后，后續(xù)列車進(jìn)行進(jìn)站停車作業(yè)。

②當(dāng)前車尾部出清B點后，可以開始辦理后續(xù)列車進(jìn)入折返線Ⅲ道的進(jìn)路。

③當(dāng)前車出清站臺區(qū)域C點后，后續(xù)列車進(jìn)行進(jìn)站停車作業(yè)。

如圖6所示，受發(fā)車能力的影響，站后雙停車線的島式車站連續(xù)折返間隔為98 s，可以達(dá)到系統(tǒng)能力36對/h，小于一島一側(cè)折返線的折返能力。

圖6 島式車站站后雙停車線折返能力計算

5 結(jié)論

對西安二號線的資料進(jìn)行收集，采用其基本參數(shù)研究一島一側(cè)站臺折返能力，并對比傳統(tǒng)的站后雙停車線的折返形式，得到以下結(jié)論。

(1) 一島一側(cè)的折返能力可以達(dá)到40對/h，而傳統(tǒng)的島式站后雙停車線車站的折返能力為36對/h，一島一側(cè)的折返能力較常規(guī)的站后雙停車線有所提高。

(2) 一島一側(cè)折返形式折返能力主要受控于列車的追蹤間隔，如果采用更加先進(jìn)的信號設(shè)備和電器設(shè)備，縮短列車追蹤間隔還可以繼續(xù)提高列車折返能力；而傳統(tǒng)的站后雙停車線島式車站的折返能力受到發(fā)車能力限制，在不改變車站形式的條件下，折返能力基本沒有提升空間。

(3)市域快線既要滿足不同城市中心間的快速聯(lián)系，又要兼顧沿線的發(fā)展。由于中心城區(qū)設(shè)站較密、旅速較低，會在一定程度上影響到外圍組團(tuán)進(jìn)入城區(qū)的時間。為滿足這種有差別的復(fù)合需求，市域線快慢車組合運(yùn)營模式也應(yīng)運(yùn)而生。為了保證服務(wù)頻率快、慢車的運(yùn)營組織，對列車的追蹤間隔以及折返能力提出了更高的要求，而一島一側(cè)站臺布置形式對快慢車的運(yùn)營組織提供了更大的包容性。

(4)限制列車折返作業(yè)的時間有一部分來自于列車停站上下客，在一島一側(cè)的站臺布置形式下，島式站臺可以優(yōu)化作業(yè)組織流程，避免站臺擁堵造成上下車時間延長，進(jìn)而影響和列車的折返能力。

(5)選用具有較高折返能力的車站以及配線布置形式(如一島一側(cè)站臺及配線布置形式)，可以減少因折返能力受限造成的列車通過能力損失。同時，該種方案具有較大包容性，今后在信號設(shè)備具有更高的反應(yīng)效率時，線路通過能力還可以進(jìn)一步提高。