城市軌道交通島式站臺(tái)縱列式停車(chē)線長(zhǎng)度設(shè)計(jì)研究

王海鑫

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，510010，廣州∥工程師)

城市軌道交通運(yùn)營(yíng)列車(chē)發(fā)生故障后，需及時(shí)離開(kāi)正線，以確保其他列車(chē)正常運(yùn)行。停車(chē)線可保證故障列車(chē)就近臨時(shí)停放，避免對(duì)正線運(yùn)行的干擾。當(dāng)故障列車(chē)距離車(chē)輛基地較遠(yuǎn)時(shí)，停車(chē)線的合理設(shè)計(jì)尤為重要。GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，正線應(yīng)每隔5～6座車(chē)站或8～10 km設(shè)置停車(chē)線，其間每相隔2～3座車(chē)站或3～5 km應(yīng)加設(shè)渡線[1]。加設(shè)停車(chē)線后，車(chē)站工程量增大，特別是地下線路，其工程難度和造價(jià)都將大大增加。因此，在滿(mǎn)足規(guī)范及停車(chē)功能的情況下盡量減小停車(chē)線規(guī)模，就成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

1 停車(chē)線分類(lèi)

按與車(chē)站有效站臺(tái)的位置關(guān)系，停車(chē)線可分為縱列式和橫列式。

1)縱列式停車(chē)線設(shè)置在車(chē)站的一端，與站臺(tái)縱列，能將乘客上下車(chē)與車(chē)輛技術(shù)作業(yè)的位置分開(kāi)，有利于列車(chē)臨時(shí)停放與車(chē)輛檢查[2]。但縱列式停車(chē)線會(huì)使車(chē)站范圍加長(zhǎng)，且對(duì)線路線型條件有一定要求。若不得已設(shè)置于曲線段，則設(shè)計(jì)為貫通式停車(chē)線的難度較大。縱列式停車(chē)線通常設(shè)置于運(yùn)營(yíng)交路的起終點(diǎn)，與折返線結(jié)合布置。

2)橫列式停車(chē)線設(shè)置在車(chē)站的一側(cè)，與站臺(tái)平行。該布置相對(duì)緊湊，在緊急情況下故障列車(chē)可到達(dá)停車(chē)線后再清客，以減少占用正線時(shí)間[2]。但橫列式停車(chē)線會(huì)使車(chē)站范圍加寬：如為高架車(chē)站，則增加施工難度；如為明挖施工的地下車(chē)站，則對(duì)道路交通影響較大，造成交通疏解困難。此外，橫列式停車(chē)線還會(huì)造成站臺(tái)分離，使上下行方向站臺(tái)不能直接連通，不便客流組織。橫列式停車(chē)線通常設(shè)置于非折返站，或縱列式停車(chē)線難以實(shí)施的車(chē)站。

由于橫列式停車(chē)線和側(cè)式站臺(tái)縱列式停車(chē)線在確定具體配線形式后，包括停車(chē)線長(zhǎng)度在內(nèi)的線路設(shè)計(jì)方案較為明確，因此本文僅對(duì)應(yīng)用最廣泛的島式站臺(tái)縱列式停車(chē)線進(jìn)行研究。

2 停車(chē)線長(zhǎng)度

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，因停車(chē)線與停車(chē)線之間間距不同，停車(chē)線與正線之間的間距也不同，故停車(chē)線長(zhǎng)度存在差異。島式站臺(tái)縱列式停車(chē)線是最常用的停車(chē)線布置方式。本文以此類(lèi)停車(chē)線為例，研究貫通式停車(chē)線影響因素并計(jì)算停車(chē)線長(zhǎng)度。

2.1 雙停車(chē)線方案

縱列式停車(chē)線適用道岔前端計(jì)算方式，其有效站臺(tái)端部至岔心的距離僅與采用的道岔型號(hào)有關(guān)。GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，車(chē)站端部渡線宜采用9#道岔。當(dāng)采用9#道岔時(shí)，其道岔前端，道岔中心至有效站臺(tái)端部距離不宜小于22.0 m，其道岔后端，道岔警沖標(biāo)或出站信號(hào)機(jī)至有效站臺(tái)端部的距離不應(yīng)小于5.0 m[1]。

在停車(chē)線末端，車(chē)站端墻位置同車(chē)擋尺寸及連接正線道岔的位置有關(guān)?？紤]車(chē)擋安裝及維修空間，端墻與車(chē)擋的距離宜大于2.0 m。根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，貫通式停車(chē)線有效長(zhǎng)度(不含車(chē)擋長(zhǎng)度)不應(yīng)小于遠(yuǎn)期列車(chē)長(zhǎng)度+60.0 m[1](包括50.0 m安全距離和10.0 m信號(hào)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度[3])。車(chē)擋前單渡線岔心距離車(chē)擋前端長(zhǎng)度與道岔號(hào)數(shù)有關(guān)。正線一般采用道岔不小于9#，相應(yīng)的車(chē)擋前單渡線岔心與端墻距離不宜小于53.0 m。根據(jù)《廣州市軌道交通新線工程設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，當(dāng)采用9#道岔時(shí)，站端道岔岔心與盾構(gòu)管片起點(diǎn)距離不宜小于16.0 m[4]。停車(chē)線與正線線間距按可設(shè)置單渡線的最小線間距4.2 m計(jì)算[1]，則與停車(chē)線相連的單渡線岔心距離端墻不宜小于53.8 m，如圖1所示。由此可知，車(chē)站末端端墻的設(shè)置主要受停車(chē)線尾端道岔位置控制。

尺寸單位:m

確定道岔型號(hào)，就能確定有效站臺(tái)端部至停車(chē)線前端道岔岔心的距離；確定停車(chē)線尾端道岔位置，就能確定車(chē)站端墻的位置。因此，停車(chē)線長(zhǎng)度計(jì)算需考慮有效站臺(tái)的近端岔心至遠(yuǎn)端岔心的距離。如圖2所示，縱列式雙停車(chē)線長(zhǎng)度L為：

圖2 縱列式雙停車(chē)線示意圖

L=L1+2L2+L3+L4

(1)

式中：

L1——按遠(yuǎn)期規(guī)劃的列車(chē)長(zhǎng)度；

L2——道岔前長(zhǎng)、信號(hào)機(jī)與基本軌縫距離及司機(jī)瞭望距離之和；

L3——有效站臺(tái)的近端渡線水平長(zhǎng)度；

L4——有效站臺(tái)的遠(yuǎn)端渡線水平長(zhǎng)度;

α——轍叉角；

s——正線線間距；

d1——停車(chē)線線間距。

其中，L1由遠(yuǎn)期規(guī)劃的車(chē)輛選型及列車(chē)模塊確定，L2與道岔選型及信號(hào)設(shè)計(jì)有關(guān)，L3和L4同道岔選型及線間距有關(guān)，則：

(2)

L=L1+2L2+scotα

(3)

當(dāng)車(chē)輛選型確定時(shí)，L與d1無(wú)關(guān)。s越大，則L越長(zhǎng)；道岔型號(hào)越大，則L越長(zhǎng)。

根據(jù)信號(hào)設(shè)計(jì)要求，計(jì)軸器與岔尖前基本軌縫的距離一般為1.2 m，司機(jī)瞭望距離一般為5.0 m，停車(chē)誤差一般為2.0 m，實(shí)際工程中的L2應(yīng)根據(jù)具體城市及具體實(shí)施條件確定。根據(jù)《廣州市軌道交通新線工程設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，當(dāng)采用9#道岔時(shí)，L2取24.0 m；當(dāng)采用12#道岔時(shí)，L2取值為26.0 m[4]。如選用8輛編組A型車(chē)、9#道岔，則L1=186.0 m，L2=24.0 m，cotα=9，則L=9s+234.0 m。圖3為雙停車(chē)線方案中L-s的關(guān)系曲線。

圖3 雙停車(chē)線方案中的L-s關(guān)系曲線

2.2 4條渡線單停車(chē)線方案

由于工程條件限制，在雙停車(chē)線實(shí)施難度較大的情況下，可采用單停車(chē)線設(shè)計(jì)，并在4個(gè)方向設(shè)置4條渡線與正線互通(見(jiàn)圖4)，以便列車(chē)進(jìn)出。

圖4中的停車(chē)線長(zhǎng)度L為：

注:d——停車(chē)線至左線間距。

L=L1+2L2+2max(L5,L6)

(4)

式中：

L5——渡線3的水平長(zhǎng)度；

L6——渡線1在左線岔心至渡線3在停車(chē)線岔心的水平距離。

L5和L6與道岔選型及線間距有關(guān)，若道岔前長(zhǎng)為a、道岔后長(zhǎng)為b，則：

L5=(s-d)cotα

(5)

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，配線中兩組道岔順向布置時(shí)插入鋼軌長(zhǎng)度la=6 m。一般情況下軌縫距離為lb=8 mm，則：

L6=dcotα+a+b+la+lb

(6)

L=L1+2L2+2L5=

L1+2L2+2(s-d2)cotα

(7)

L=L1+2L2+2L6=

L1+2L2+2dcotα+2(la+lb)+2a+2b

(8)

在8輛編組A型車(chē)、9#道岔的條件下，L1=186.0 m，L2=24.0 m，cotα=9，a=13.84 m，b=15.73 m，代入式(7)和式(8)計(jì)算可知：當(dāng)d≤0.5s-1.98 m時(shí)，有L=18s-18d+234.0 m；當(dāng)d> 0.5s-1.98 m時(shí)，有L=18d+305.15 m。若按一般車(chē)站有效站臺(tái)寬度為11.0 m，則s為固定值(14.2 m)時(shí)，L-d關(guān)系曲線如圖5所示。

圖5 4條渡線單停車(chē)線的L-d關(guān)系曲線

由圖5，在s=14.2 m的情況下，當(dāng)d=5.1 m時(shí)，L最小，4條渡線單停車(chē)線方案設(shè)計(jì)最優(yōu)。

2.3 3條渡線單停車(chē)線方案

從工程實(shí)施影響及造價(jià)等方面考慮，3條渡線單停車(chē)線方案也較廣泛地應(yīng)用在實(shí)際中。相對(duì)4條渡線單停車(chē)線，3條渡線單停車(chē)線方案減少了1條渡線，可適當(dāng)減小車(chē)站規(guī)模，節(jié)省土建投資[5]。

渡線的設(shè)置需考慮行車(chē)方向及故障車(chē)推送需求。本文以車(chē)輛段在車(chē)站的上行方向?yàn)榈湫颓闆r進(jìn)行分析。典型渡線設(shè)置方式有2種，如圖6所示。

a)設(shè)置方式一

1)設(shè)置方式一。如果上行方向列車(chē)發(fā)生故障，則故障列車(chē)可先由渡線3推送入停車(chē)線，待維修恢復(fù)正常后，再由渡線4駛出繼續(xù)沿上行方向運(yùn)行。如果下行方向的列車(chē)發(fā)生故障，則故障列車(chē)需先推送至站臺(tái)，再通過(guò)渡線1進(jìn)入停車(chē)線，待維修恢復(fù)正常后，再由渡線1駛出繼續(xù)沿下行方向運(yùn)行。故障列車(chē)若無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，則需在全線停止運(yùn)營(yíng)后，由渡線4返回車(chē)輛段。

2)設(shè)置方式二。如果上行方向的列車(chē)發(fā)生故障，可從渡線3推送故障列車(chē)進(jìn)入停車(chē)線，維修正常后由渡線3至站臺(tái)折返后才能繼續(xù)沿上行方向運(yùn)行，或直接由渡線1駛出沿下行方向運(yùn)行。如果下行方向的列車(chē)發(fā)生故障，可從渡線2推送故障列車(chē)進(jìn)入停車(chē)線，維修正常后由渡線1駛出繼續(xù)沿下行方向運(yùn)行。若故障車(chē)短時(shí)間內(nèi)無(wú)法恢復(fù)正常，需在全線停止運(yùn)營(yíng)后，由渡線3至站臺(tái)折返后返回車(chē)輛段。

不同渡線設(shè)置方式的運(yùn)營(yíng)情況對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 不同渡線設(shè)置方式的運(yùn)營(yíng)情況對(duì)比表

在運(yùn)營(yíng)時(shí)段，列車(chē)故障救援會(huì)影響正線的正常運(yùn)營(yíng)，所以對(duì)列車(chē)進(jìn)入停車(chē)線的時(shí)間要求較高。在設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮設(shè)置相鄰?fù)＼?chē)線的距離要求外，還應(yīng)盡量保證上、下行列車(chē)均能不通過(guò)折返直接進(jìn)入停車(chē)線，從而將正線行車(chē)中斷時(shí)間降到最低。在設(shè)置方式二中，上、下行方向的故障列車(chē)均能直接駛?cè)胪＼?chē)線，雖然全線停止運(yùn)營(yíng)后故障列車(chē)返回車(chē)輛段需折返，耗時(shí)較長(zhǎng)，但不影響正線運(yùn)營(yíng)，故推薦采用設(shè)置方式二。如圖6 b)所示，有：

L=L1+2L2+max(L5,L6)+L7

(9)

式中：

L7——渡線2的水平長(zhǎng)度。

L7同停車(chē)線至左線間距以及道岔選型有關(guān)：

L7=dcotα

(10)

結(jié)合式(5)和式(6)，可得：

L=L1+2L2+L5+L7=L1+2L2+scotα

(11)

L=L1+2L2+L6+L7=

L1+2L2+2dcotα+a+b+la+lb

(12)

計(jì)算可得，在8輛編組A型車(chē)、9#道岔的條件下：當(dāng)d≤0.5s-1.98 m時(shí)，L=9s+234.0 m；當(dāng)d>0.5s-1.98 m時(shí)，L=18d+269.6 m。

若按一般車(chē)站有效站臺(tái)寬度為11 m考慮，則s為固定值(14.2 m)時(shí)，L-d關(guān)系曲線如圖7所示。

圖7 3條渡線單停車(chē)線方案L-d關(guān)系曲線

由圖7，在s=14.2 m的情況下，當(dāng)d≤5.124 m 時(shí)，L=361.8 m，為最小值，則設(shè)3條渡線的單停車(chē)線方案設(shè)計(jì)最優(yōu)。

2.4 取消站臺(tái)側(cè)安全線的單停車(chē)線

設(shè)置安全線的主要目的是為了防止停車(chē)線上的列車(chē)未經(jīng)允許進(jìn)入正線、與正線列車(chē)發(fā)生沖突，或者由于進(jìn)路沒(méi)有開(kāi)通時(shí)列車(chē)冒進(jìn)導(dǎo)致列車(chē)擠占道岔、而發(fā)生列車(chē)出軌事故[6]。由于故障列車(chē)在進(jìn)入停車(chē)線時(shí)的運(yùn)行速度低，冒進(jìn)概率小，且同時(shí)該區(qū)段正線暫停運(yùn)營(yíng)，故不存在故障列車(chē)與正線列車(chē)進(jìn)路沖突的問(wèn)題，可取消安全線。停車(chē)線縱坡在面向車(chē)擋或區(qū)間方向?yàn)?‰下坡，為防止停車(chē)線上的列車(chē)溜車(chē)，有必要在遠(yuǎn)離車(chē)站的停車(chē)線末端設(shè)置安全線。綜合考慮，為節(jié)省工程及簡(jiǎn)化停車(chē)線形式，可考慮取消站臺(tái)側(cè)安全線，如圖8所示。取消站臺(tái)側(cè)安全線后，有：

注:R——渡線1曲線半徑；x——道岔端部至曲線端部距離；l——渡線1曲線長(zhǎng)度

L=L1+2L2+max(L5,L8)+L7

(13)

L8與曲線半徑R、道岔端部至曲線端部距離及道岔選型有關(guān)：

(14)

結(jié)合式(5)可得：

時(shí)，

L=L1+2L2+L5+L7=L1+2L2+scotα

(15)

時(shí)，

L=L1+2L2+L7+L8=L1+2L2+

(16)

本文按8輛編組A型車(chē)、9#道岔的條件進(jìn)行分析。根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，當(dāng)采用9#道岔時(shí)，道岔端部至平面曲線端或豎曲線端部的距離不應(yīng)小于5.0 m，則x=5.0 m[1]。由于A型車(chē)圓曲線最小長(zhǎng)度不宜小于25.0 m，則l≥25.0 m，且R≥225.9 m。

當(dāng)L5=L8時(shí)，d=1.013s-0.013R-4.7 m。R按滿(mǎn)足規(guī)范的最小半徑取整考慮，取226 m。由此，當(dāng)d≤1.013s-7.5 m時(shí)，L=9s+234.0 m，當(dāng)d>1.013s-7.5 m時(shí)，L=8.889d+300.7 m。若按一般車(chē)站有效站臺(tái)寬度為11 m考慮，則s為固定值(14.2 m)時(shí)，L-d關(guān)系曲線如圖9所示。

圖9 取消站臺(tái)側(cè)安全線的3條渡線單停車(chē)線L-d關(guān)系曲線

由圖9計(jì)算可得，當(dāng)d≤6.9 m時(shí)，L=361.8 m為最小值，且L=9s+234.0 m。

若以渡線1曲線半徑作為變量，當(dāng)L5=L8時(shí)，R=81s-80d-374.3 m。當(dāng)R≤81s-80d-374.3 m時(shí)，L=9s+234.0 m；當(dāng)R>81s-80d-374.3 m時(shí)，L=0.111R+312.9 m。若按一般車(chē)站有效站臺(tái)寬度為11 m，s=14.2 m，停車(chē)線與左線間距取滿(mǎn)足規(guī)范的最小值(4.2 m)時(shí)，L-R的關(guān)系曲線如圖10所示。

由圖10計(jì)算可得：當(dāng)R≤439.9 m 時(shí)，L=361.8 m，為最小值，且L=9s+234.0 m，為最小值。此時(shí)的取消站臺(tái)側(cè)安全線的3條渡線單停車(chē)線方案最優(yōu)。

圖10 取消站臺(tái)側(cè)安全線的3條渡線單停車(chē)線L-R關(guān)系曲線圖

3 結(jié)語(yǔ)