城市軌道交通線路越江長區(qū)間內(nèi)風(fēng)井設(shè)置對通過能力的影響

喬玘珂

(中鐵十一局集團有限公司勘察設(shè)計院, 430070,武漢//高級工程師)

由于受自然條件的限制，地鐵線路穿越江河湖泊的區(qū)間(以下簡稱“越江區(qū)間”)站間距較一般站間距長。如武漢地鐵2號線越江區(qū)間積玉橋站—江漢路站長3 285 m，武漢站4號線越江區(qū)間復(fù)興路站—攔江路站長3 278 m，長沙軌道交通3號線湘江阜埠河站—書院路站長2 823 m，而一般地鐵線路平均站間距為1 km左右。

為保證在越江區(qū)間內(nèi)列車運行安全，在隧道內(nèi)運行的同一方向上的兩列車不能同時處于由兩個風(fēng)井或由風(fēng)井與車站端部機械風(fēng)孔組成的區(qū)段內(nèi)。因此，越江區(qū)間風(fēng)井的設(shè)置有可能導(dǎo)致列車追蹤時間過長，進而對通過能力產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致城市軌道交通系統(tǒng)輸送能力降低。

1 相關(guān)規(guī)范對越江區(qū)間的規(guī)定

建標(biāo)[2008]57號《城市軌道交通工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》第九章第78條規(guī)定：“在長大區(qū)間隧道內(nèi)，應(yīng)充分研究最不利情況下的救援和疏散模式。按設(shè)計運行密度計算，出現(xiàn)在同一區(qū)間、同一方向上有2列或3列車同時運行時，應(yīng)在區(qū)間中間設(shè)置中間風(fēng)道或直通地面的專用疏散出口，或其他安全疏散措施?！贬槍υ摋l規(guī)定，條文說明解釋為：當(dāng)站間距在2 km以上的區(qū)間隧道內(nèi)，列車運行密度達30對/h及以上時，需核算高峰小時段內(nèi)該區(qū)間同時運行的列車數(shù)量；如果在同一方向上有2列或3列車同時運行，應(yīng)充分研究當(dāng)前列車突遇故障停運在區(qū)間時，后續(xù)列車也被迫停運在區(qū)間的最不利情況下，如何保證在車輛阻塞條件下送進足夠新風(fēng)，如何救援和疏散乘客。

2 越江區(qū)間列車安全的要求

越江區(qū)間隧道方案一般有兩種：一種為大洞方案，即上下行線路置于一個隧道內(nèi)；另一種為小洞方案，即上下行線路分別置于兩個獨立的隧道內(nèi)。

對地鐵系統(tǒng)而言，最為緊急和危險的情況為列車發(fā)生火災(zāi)。列車發(fā)生火災(zāi)時，必須將乘客的生命安全放在第一位。而最為不利、最為危險的運行狀態(tài)為：前行列車在隧道區(qū)間發(fā)生火災(zāi)，后續(xù)運行列車已出站駛?cè)胨淼绤^(qū)間。

為保證隧道通風(fēng)及列車安全，長大區(qū)間隧道內(nèi)均設(shè)有通風(fēng)系統(tǒng)，保證不論在何種情況下，在由車站和風(fēng)井構(gòu)成的幾個區(qū)段內(nèi)，每個區(qū)段只能有一列車。

對于大洞方案而言，越江區(qū)間隧道內(nèi)設(shè)一個風(fēng)道，風(fēng)道上設(shè)置多個排煙口，在由車站和排煙口或排煙口與排煙口構(gòu)成的區(qū)段內(nèi)，完全可以保證每個區(qū)段內(nèi)一個方向上僅有一列車運行。而小洞方案，風(fēng)井設(shè)在江兩岸或江的一端，一個區(qū)間被風(fēng)井分割為三段或兩段，會出現(xiàn)同一區(qū)間、同一方向上有2列或3列車同時運行的情況。因此，本次研究僅針對小洞方案的越江長區(qū)間設(shè)置風(fēng)井對通過能力的影響。

3 越江區(qū)間能力的要求

通常情況下，地鐵系統(tǒng)設(shè)計能力要求不小于30對/h，最小行車間隔不大于2 min。越江地鐵線路，在越江段設(shè)置中間風(fēng)井。為保證安全，在由兩個中間風(fēng)井或風(fēng)井與車站組成的區(qū)間內(nèi)僅允許有1列車運行，在這種情況下，越江區(qū)間2列車的行車間隔可能會大于2 min，區(qū)間通過能力小于30對/h，該越江區(qū)間會成為整個地鐵系統(tǒng)的限制區(qū)間，對通過能力造成影響。

4 越江區(qū)間移動閉塞列車運行方式

由于對地鐵系統(tǒng)的運行能力要求較高，目前設(shè)計的地鐵線路，信號系統(tǒng)一般均采用現(xiàn)階段最先進的CBTC(基于通信的列車控制)移動閉塞系統(tǒng)。以下是基于移動閉塞情況下的分析。

系統(tǒng)正常運行情況下，如有列車在由風(fēng)井組成的區(qū)間內(nèi)運行，則后續(xù)運行列車的移動授權(quán)點在越江隧道的風(fēng)井外方，如沒有列車在由風(fēng)井組成的區(qū)間內(nèi)運行，則后續(xù)列車的移動授權(quán)設(shè)置在前行車的尾部。為保證列車在越江隧道區(qū)間的正常運行，風(fēng)井的設(shè)置應(yīng)保證當(dāng)前行列車在由風(fēng)井組成的區(qū)間內(nèi)運行時，不影響后行列車的正常運行曲線和導(dǎo)致后行列車制動。越江區(qū)間信號系統(tǒng)控制方式見圖1。

圖1 越江區(qū)間信號系統(tǒng)控制方式示意圖

5 越江區(qū)間能力檢算分析

對安全行車最不利的情況為：當(dāng)前行列車為火災(zāi)列車，列車尾部正處于前方風(fēng)井位置時，后行列車得到實施制動的指令，經(jīng)過t舒(通信容忍中斷時間)走行的距離為L舒;此時列車以該點速度經(jīng)過t空(空走時間)的空走距離為L空，以該速度實施常用制動,經(jīng)過t制(制動時間)的制動距離為L制，列車恰好停在風(fēng)井外方距風(fēng)井為L安(安全防護距離)處的位置。此時列車的追蹤時間I追最短，為越江區(qū)間的最小追蹤間隔，同時也為越江區(qū)間最小追蹤距離。列車在越江區(qū)間追蹤運行情況見圖2。

圖2 列車在越江區(qū)間追蹤運行示意圖

L追=L舒+L空+L制+L列+L安+L風(fēng)井

在追蹤距離內(nèi),列車運行的時間為追蹤時間t追。

在地鐵設(shè)計中，L安取50 m，t舒取3.0 s，t空取1.6 s。

越江區(qū)間通過能力：n=3 600/t追(對/h)

在進行追蹤距離的計算時，由于速度v是一個變化著的參數(shù)，確定追蹤間隔存在著一定的難度。但可以轉(zhuǎn)換思維方式，把復(fù)雜問題進行簡單處理。

以30對/h作為地鐵系統(tǒng)通過能力，運行間隔為2 min，后方風(fēng)井不做為移動授權(quán)點，仍將前方列車尾部做為移動授權(quán)點，以2 min作為前后兩列車的運行間隔。當(dāng)前行列車尾部處于前方風(fēng)井時，判斷與前行列車間隔2 min的后行列車在區(qū)間內(nèi)的位置:如后行列車此時還未從后方車站出發(fā)，則風(fēng)井的設(shè)置對系統(tǒng)能力無影響;如后行車已從后方車站出發(fā)進入越江區(qū)間，則需分析越江區(qū)間的通過能力。越江區(qū)間的通過能力分析可從以下三個步驟進行：

第一步，先判斷后行列車與前行列車間隔2 min時后行列車在區(qū)間中的位置。

第二步，后行列車得到實施常用制動指令后，又進行了時間為3.0 s的舒適駕駛，這時列車的速度為v，列車以該速度經(jīng)過1.6 s的空走距離后開始實施常用制動，停在越江區(qū)間中。

第三步，判斷后行制動列車在越江區(qū)間中的位置，如處于兩個風(fēng)井組成的區(qū)段內(nèi)，則越江區(qū)間通過能力不能滿足30對/h的要求；如處于后方風(fēng)井外，后行列車頭部距后方風(fēng)井距離小于50 m的安全距離，則越江區(qū)間通過能力亦不能滿足30對/h的要求；如處于后方風(fēng)井外，后行列車頭部距后方風(fēng)井距離大于或等于50 m的安全距離，則越江區(qū)間通過能力能滿足30對/h的要求。如越江區(qū)間通過能力不能滿足30對/h的要求，可通過調(diào)整風(fēng)井的設(shè)置位置來滿足。

6 本研究成果在城市軌道交通設(shè)計中的應(yīng)用

本研究成果在武漢地鐵2號線一期、4號線二期、長沙軌道交通3號線、南京地鐵4號線等多個項目設(shè)計中成功地進行了應(yīng)用，確保了越江區(qū)間通過能力不小于30對/h,從而保證了系統(tǒng)通過能力。

現(xiàn)以目前已開通運營的武漢地鐵4號線二期越江區(qū)間攔江路站—復(fù)興路站為例。攔江路站—復(fù)興路站區(qū)間長3 278 m，為長大越江區(qū)間，兩風(fēng)井間距下行方向為1 796 m,上行方向為1 786 m。4號線采用B型車6輛編組,最高運行速度為80 km/h，設(shè)計的列車最小運行間隔為2 min。通過列車運行模擬計算，列車以最大速度、正常速度運行情況下的運行時間,下行分別為2 min 57 s、3 min 10 s，上行分別為2 min 56 s、3 min 9 s，均大于2 min、不超過4 min。因此，該區(qū)間內(nèi)最多有兩列車在同時運行。以30對/h作為4號線通過能力，運行間隔為2 min。

下行列車以最高速度運行情況下，通過上述方法檢算，車頭距離攔江路風(fēng)井端366 m，減去50 m的安全距離后尚余316 m，因此完全可以保證后行列車的安全。詳見圖3。

下行列車以正常速度運行情況下，通過上述方法檢算，車頭距離攔江路風(fēng)井端133 m，減去50 m的安全距離后尚余83 m，因此完全可以保證后行列車的安全。詳見圖4。

上行列車以最高速度運行情況下，通過上述方法檢算，車頭距離復(fù)興路風(fēng)井端178 m，減去50 m的安全距離后尚余128 m，因此完全可以保證后行列車的安全。詳見圖5。

上行列車以正常速度運行情況下，通過上述方法檢算，車頭距離復(fù)興路風(fēng)井端59 m，減去50 m的安全距離后尚余9 m，因此可以保證后行列車的安全。詳見圖6。

通過檢算可見，風(fēng)井設(shè)置可以滿足越江長區(qū)間攔江路站—復(fù)興路站通過能力不小于30對/h的要求。

圖4 下行列車以正常速度運行時風(fēng)井設(shè)置檢算示意圖

圖5 上行列車以最高速度運行時風(fēng)井設(shè)置檢算示意圖

圖6 上行列車以正常速度運行時風(fēng)井設(shè)置檢算示意圖