快慢車運(yùn)營(yíng)組織模式下城市軌道交通越行站配線方案包容性設(shè)計(jì)研究

宋仲仲

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043； 2.陜西省鐵道及地下交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院),西安 710043)

1 研究背景

既有城市軌道交通線路多數(shù)采用站站停追蹤運(yùn)營(yíng)組織模式[1]，隨著各地軌道交通線網(wǎng)的逐漸完善，聯(lián)系中心城區(qū)與外圍組團(tuán)的線路越來(lái)越多[2-3]，客流的出行特征也逐漸呈現(xiàn)出多樣化趨勢(shì)。與此同時(shí)，對(duì)運(yùn)營(yíng)組織模式提出了更高的要求[4]。因此，越來(lái)越多的軌道交通線路開(kāi)始研究組織快慢車運(yùn)營(yíng)[5-11]，以滿足外圍組團(tuán)與中心城區(qū)的快速聯(lián)系。

但是，隨著外圍組團(tuán)發(fā)展的逐漸成熟以及規(guī)劃的逐步實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)期平均運(yùn)距可能進(jìn)一步降低，長(zhǎng)距離、跨組團(tuán)的交流進(jìn)一步減少，即開(kāi)行快慢車的需求下降。因此，對(duì)于一部分軌道交通線路而言，一方面需考慮沿線客流覆蓋，加密設(shè)站；另一方面需考慮線路開(kāi)通初期，沿線未發(fā)展成熟、客流未形成一定規(guī)模時(shí)，滿足長(zhǎng)距離乘客快速出行的需求。故在設(shè)計(jì)階段需考慮在不同時(shí)期，采用不同運(yùn)營(yíng)組織模式的可能性，配線設(shè)計(jì)應(yīng)以最小的投資代價(jià)，預(yù)留開(kāi)行快慢車的條件，提高運(yùn)營(yíng)靈活性。

而越行站作為快慢車運(yùn)營(yíng)組織的重要組成部分，其車站型式、配線方案等目前也無(wú)明確的設(shè)計(jì)原則和規(guī)范可以參考。既有研究在探討此問(wèn)題時(shí)，一般僅從定性角度分析幾種常見(jiàn)的越行配線方案[12-13]，認(rèn)為越行站宜采用運(yùn)營(yíng)靈活性較好的雙島四線方案[14-15]。而針對(duì)預(yù)留開(kāi)行快慢車條件的線路，如何選擇越行線型式，做包容性設(shè)計(jì)，在不過(guò)多增加投資的情況下，實(shí)現(xiàn)開(kāi)行快慢車的功能、提高未來(lái)運(yùn)營(yíng)靈活性，既有研究均未作詳細(xì)說(shuō)明。

因此，針對(duì)上述問(wèn)題，本文在分析基本越行配線方案的基礎(chǔ)上，提出包容性較好的單島四線越行線外側(cè)方案，并對(duì)越行線道岔的確定進(jìn)行了比選；同時(shí)，針對(duì)越行線是否兼作故障列車停車線的問(wèn)題，詳細(xì)對(duì)比分析了各種站型增設(shè)越行線的投資增加情況，以期為后續(xù)類似線路的設(shè)計(jì)以及相關(guān)部門(mén)的決策提供參考。

2 越行站配線方案

2.1 幾種配線方案綜合比選

越行配線是為了滿足站站停列車在越行站等待快車不停車過(guò)站的運(yùn)營(yíng)需求[15]。越行站的基本配線方案見(jiàn)圖1。

圖1 越行站基本配線方案

幾種越行站配線方案按照地下敷設(shè)方式，采用B型車6輛編組，島式站臺(tái)寬度取11 m，側(cè)式站臺(tái)寬度取7 m，其車站主體建筑面積和投資估算、運(yùn)營(yíng)功能優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

表1 不同越行站配線方案對(duì)比

方案1、方案2均為雙島四線型式，當(dāng)本站不發(fā)生快車越行慢車時(shí)，慢車也可?？吭谡€，列車均可直向進(jìn)出站；作為故障車停車線使用時(shí)，可將故障車推送至避讓線，有站臺(tái)供乘客下車，清客功能較好，運(yùn)營(yíng)功能較優(yōu)；并且可根據(jù)實(shí)際客流情況選擇是否組織快慢車運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)的靈活性較好；但車站規(guī)模較大，投資較高，特別是地下車站，工程實(shí)施條件也會(huì)受限。方案2由于正線線間距較小，若用于地下車站，出站端后區(qū)間需先采用一段明挖施工，區(qū)間投資較方案1增加，因此方案2常用于高架車站。

方案3為單島四線方案，車站規(guī)模及投資較??；但作為故障車停車線使用時(shí)，故障救援時(shí)清客較為不便，且故障車需停在外側(cè)正線上；快車從正線越行慢車，由于不臨近站臺(tái)門(mén)，在本站可高速過(guò)站；但所有站站停列車均需要側(cè)向過(guò)岔進(jìn)出站，乘客舒適度相對(duì)較低，并且易出現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機(jī)故障，影響正常運(yùn)營(yíng)，需加強(qiáng)道岔的維保和監(jiān)控。

方案4為側(cè)式正線內(nèi)側(cè)方案，快車從正線越行慢車，在本站可高速過(guò)站；但與方案3一樣，所有站站停列車均需側(cè)向過(guò)岔，存在乘客舒適度低等問(wèn)題；并且正線線間距較小，與方案2類似，一般用于高架車站。

綜上分析，方案1、方案2運(yùn)營(yíng)靈活性較好，綜合功能較優(yōu)。但是用于地下車站時(shí)，車站規(guī)模及投資較大，且對(duì)線路周邊工程條件要求較高。方案3、方案4運(yùn)營(yíng)功能稍差，但車站規(guī)模及投資較小。若線路為地下敷設(shè)方式，宜采用規(guī)模較小的單島四線方案，以節(jié)省投資，并保證工程可實(shí)施性。

2.2 包容性配線方案

而針對(duì)本文所述預(yù)留開(kāi)行快慢車條件的線路，方案3的主要缺點(diǎn)在于所有的站站停列車均需要側(cè)向過(guò)岔進(jìn)出站，特別是遠(yuǎn)期不組織開(kāi)行快慢車時(shí)，乘客舒適度較低，并且易出現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機(jī)故障等問(wèn)題。

因此，為了使越行配線既能滿足快慢車的開(kāi)行需求，又能兼顧站站停開(kāi)行方案，可采用圖2所示單島四線越行線在外側(cè)的配線型式。

圖2 單島四線越行線外側(cè)

此方案站站停列車均可直向進(jìn)出站，乘客舒適度較高；快車通過(guò)外側(cè)越行線越行過(guò)站，側(cè)向越行的快車數(shù)量較少，有利于減少轉(zhuǎn)轍機(jī)的故障率，道岔的維保量也相對(duì)較小。

而快車越行時(shí)需側(cè)向過(guò)岔，存在限速問(wèn)題，在本站會(huì)增加快車的旅行時(shí)間，降低快車旅行速度。此外，根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)要求以及上海、成都等地的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，被越行的慢車停站時(shí)間一般在3 min左右，快車側(cè)向越行時(shí)也會(huì)進(jìn)一步增加被越行慢車的停站時(shí)間。

但是，一方面越行站的數(shù)量較少，另一方面初、近期列車開(kāi)行對(duì)數(shù)也較少，因此，快車旅速受影響的程度以及被越行慢車停站時(shí)間進(jìn)一步增加的程度也相對(duì)較小。

2.3 道岔型號(hào)的確定

根據(jù)既有研究成果，越行線一般宜采用側(cè)向運(yùn)行速度相對(duì)較高的12號(hào)道岔[16]。為進(jìn)一步提高快車側(cè)向越行過(guò)站的速度，本文從節(jié)時(shí)效果、車站規(guī)模、土建投資等方面，對(duì)地下敷設(shè)方式的越行線采用18號(hào)道岔進(jìn)行比選研究，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同道岔方案比較

從節(jié)時(shí)效果來(lái)看，采用18號(hào)道岔較12號(hào)道岔可多節(jié)時(shí)約18 s，節(jié)時(shí)效果有限；從投資來(lái)看，采用18號(hào)道岔土建投資增加約5 740萬(wàn)元。并且18號(hào)道岔配線區(qū)較長(zhǎng)，對(duì)線路周邊工程條件的要求也較高。

綜上分析，在18號(hào)道岔節(jié)時(shí)效果有限的情況下，地下站若采用單島四線越行線外側(cè)的配線型式時(shí)，推薦越行線采用12號(hào)道岔，以減小車站規(guī)模及工程投資，并保證工程的可實(shí)施性。

越行線在外側(cè)時(shí)若采用12號(hào)道岔，越行過(guò)站速度(側(cè)向過(guò)岔)為50 km/h；方案1、方案2越行線鄰近站臺(tái)，根據(jù)規(guī)范要求，過(guò)站速度一般不超過(guò)80 km/h；方案3、方案4快車在本站越行時(shí)不臨靠站臺(tái)，可以不限速通過(guò)，但在其他標(biāo)準(zhǔn)站越行時(shí)同樣受到站臺(tái)限速的影響。因此，經(jīng)計(jì)算，采用越行線外側(cè)的形式，相較于方案1、方案2僅在越行站增加約25 s時(shí)間；以速度目標(biāo)值100 km/h為例，相較于方案3、方案4不限速過(guò)站，僅在越行站增加約30 s的時(shí)間；而在其他快車不?？康能囌?，均受到站臺(tái)限速影響。由于設(shè)有越行配線車站的數(shù)量較少，因此，采用越行線外側(cè)的形式，對(duì)快車時(shí)間的影響程度也相對(duì)較小。

3 投資對(duì)比

3.1 越行線與停車線的關(guān)系

現(xiàn)行規(guī)范中，僅《地鐵快線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：對(duì)于快慢車組合運(yùn)行線路，越行線或待避線宜兼作故障列車停車線使用[17]。其他技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中均沒(méi)有明確越行線與停車線的關(guān)系。已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的快慢車線路中，廣州14號(hào)線一期工程[18]、成都18號(hào)線等均有越行線兼作停車線使用的案例。

當(dāng)越行線兼作停車線使用時(shí)，在故障狀況下，局部區(qū)段需從快慢車運(yùn)行模式調(diào)整為站站停的追蹤運(yùn)行模式，快車的開(kāi)行則會(huì)受到影響。因此，有地鐵運(yùn)營(yíng)單位提出為保證實(shí)際運(yùn)營(yíng)靈活性，越行線與故障車停車線宜分開(kāi)設(shè)置。

決策越行線是否兼作故障車停車線的一個(gè)重要影響因素就在于投資增加的多少，而既有研究均未對(duì)此作說(shuō)明。相較于高架站，地下車站設(shè)置越行線對(duì)工程條件及土建投資的影響較大。

因此，針對(duì)本文推薦的單島四線越行線外側(cè)的配線型式，是否兼作故障列車停車線的幾種情況進(jìn)行了詳細(xì)的投資比選分析，以期為后續(xù)線路的設(shè)計(jì)、業(yè)主單位的決策等提供一定的參考。本次以地下兩層站，B型車6輛編組，站臺(tái)寬度11 m，作為投資比較的基礎(chǔ)。

3.2 越行線不兼作停車線

當(dāng)越行線不兼作停車線時(shí)，則需結(jié)合全線配線設(shè)置情況，在原方案基礎(chǔ)上增設(shè)越行線。一般分為以下幾種情況：標(biāo)準(zhǔn)站的基礎(chǔ)上增設(shè)越行線、單渡線車站的基礎(chǔ)上增設(shè)越行線、停車線的基礎(chǔ)上增設(shè)越行線。

(1)標(biāo)準(zhǔn)站設(shè)為越行站(圖3)

圖3 標(biāo)準(zhǔn)站增設(shè)越行線對(duì)比

若將一座標(biāo)準(zhǔn)站設(shè)為越行站，對(duì)車站、區(qū)間等土建投資進(jìn)行同精度對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)站增設(shè)越行線對(duì)比

經(jīng)對(duì)比，標(biāo)準(zhǔn)站設(shè)為越行站后，土建投資將增加約1.16億元。

(2)單渡線車站設(shè)為越行站(圖4)

圖4 單渡線車站增設(shè)越行線對(duì)比

若將一座帶單渡線的車站設(shè)為越行站，投資對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 單渡線車站增設(shè)越行線對(duì)比

經(jīng)對(duì)比，帶單渡線的車站設(shè)為越行站后，土建投資將增加約1.19億元。

(3)雙停車線車站設(shè)為越行站(圖5)

圖5 雙停車線車站增設(shè)越行線對(duì)比

若在雙停車線的基礎(chǔ)上增加越行線，可在同一個(gè)車站實(shí)現(xiàn)快車越行及故障車停車功能，并具備小交路折返條件，運(yùn)營(yíng)靈活性較好。投資對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 雙停車線車站增設(shè)越行線對(duì)比

經(jīng)對(duì)比，帶雙停車線的車站增設(shè)越行線后，土建投資增加約0.85億元。

此配線方案，相當(dāng)于在一座車站分別實(shí)現(xiàn)越行及故障列車停放兩個(gè)功能；而在標(biāo)準(zhǔn)站或單渡線車站的基礎(chǔ)上增加越行線，相當(dāng)于在兩座車站分別實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，投資增加也相對(duì)較大。

3.3 越行線兼作停車線(圖6)

若將越行線兼作故障車列車停車線，即將雙停車線的車站改設(shè)為越行線。由于原停車線具備渡線功能，因此設(shè)為越行線后也需增加單渡線。

當(dāng)列車發(fā)生故障救援，越行線被故障車占用時(shí)，需從快慢車運(yùn)行模式調(diào)整為站站停的追蹤運(yùn)行模式。

圖6 雙停車線車站改設(shè)越行線對(duì)比

對(duì)車站、區(qū)間等土建投資進(jìn)行同精度對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表6所示。

表6 雙停車線車站改設(shè)越行線對(duì)比

經(jīng)對(duì)比，帶雙停車線的車站改設(shè)為加單渡線的越行站后，土建投資增加約0.16億元，投資增加較少。

3.4 小結(jié)

綜上分析，若將越行線兼作故障列車停車線，在投資僅增加0.16億元的情況下，配線上可以預(yù)留開(kāi)行快慢車的條件。當(dāng)客流進(jìn)一步增長(zhǎng)，采用站站停運(yùn)營(yíng)組織模式時(shí)，所有站站停列車也可直向進(jìn)出站，越行線也可繼續(xù)作為停車線使用，靈活性較好。

但是，從運(yùn)營(yíng)功能上來(lái)看，停車線與越行線合設(shè)時(shí)，正常運(yùn)營(yíng)時(shí)段無(wú)法在越行線上存放熱備車(但仍具有夜間停車功能)；另一方面當(dāng)存放故障車時(shí)，需取消本站的越行功能，從快慢車運(yùn)行模式調(diào)整為站站停的追蹤運(yùn)行模式。

4 結(jié)論

針對(duì)預(yù)留開(kāi)行快慢車條件的線路，配線設(shè)計(jì)應(yīng)以最小的投資代價(jià)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)行快慢車的功能，為未來(lái)運(yùn)營(yíng)提供靈活性。本文在分析基本越行配線運(yùn)營(yíng)功能及投資的基礎(chǔ)上，提出采用單島四線越行線在外側(cè)的配線型式，并對(duì)道岔號(hào)數(shù)、越行線是否兼作停車線進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比分析。研究成果可為后續(xù)類似線路設(shè)計(jì)以及運(yùn)營(yíng)單位、地鐵公司決策提供一定的支撐和參考，主要研究結(jié)論如下。

(1)對(duì)于一部分軌道交通線路而言，一方面需考慮沿線客流覆蓋，加密設(shè)站；另一方面需考慮線路開(kāi)通初期，沿線未發(fā)展成熟、客流未形成一定規(guī)模時(shí)，滿足長(zhǎng)距離乘客快速出行的需求。因此，需考慮在不同時(shí)期，采用不同運(yùn)營(yíng)組織模式的可能性，配線設(shè)計(jì)應(yīng)以最小的投資代價(jià)，預(yù)留開(kāi)行快慢車的條件，提高運(yùn)營(yíng)靈活性。

(2)通過(guò)對(duì)幾種基本越行配線進(jìn)行比選分析，雙島四線方案功能較優(yōu)，但車站規(guī)模及投資較大。因此，對(duì)于預(yù)留開(kāi)行快慢車條件的線路，提出采用規(guī)模較小的單島四線越行線外側(cè)方案，在節(jié)省工程投資的同時(shí)，保證工程可實(shí)施性。

(3)本文推薦的配線方案既能滿足快慢車的開(kāi)行需求，又能兼顧站站停開(kāi)行方案，靈活性及包容性較好。同時(shí)，針對(duì)越行線在外側(cè)時(shí)，快車旅速受影響的程度以及被越行慢車停站時(shí)間進(jìn)一步增加的程度也進(jìn)行了深入分析，影響較小。

(4)對(duì)本文推薦的配線型式采用12號(hào)道岔、18號(hào)道岔的投資及節(jié)省時(shí)間效果等進(jìn)行綜合對(duì)比，推薦采用12號(hào)道岔。

(5)對(duì)越行線是否兼作故障列車停車線進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)比不同站型增設(shè)越行線所增加的投資，提出本文推薦的單島四線越行線外側(cè)的配線型式，可兼顧故障列車停車線。在投資僅增加0.16億元的情況下，可以預(yù)留開(kāi)行快慢車的條件，配線設(shè)計(jì)具有更好的包容性。