趙建
摘 要:本研究以城市軌道交通雙層場段的獨特站場布局特征為基礎(chǔ),緊密結(jié)合聯(lián)鎖系統(tǒng)信號平面設(shè)計的核心原則,以及對出入段列車運能的深入剖析,系統(tǒng)探討了雙層車場在進行信號平面布置時必須關(guān)注的若干關(guān)鍵議題。這些研究成果將為未來雙層車場的工程項目設(shè)計提供有價值的參照和指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞:城市軌道交通 雙層車場 聯(lián)鎖系統(tǒng)
我國城市軌道交通體系近年來呈現(xiàn)出蓬勃態(tài)勢,車場作為列車停放、日常調(diào)度、后期維護保養(yǎng)及后勤支持的核心樞紐,其在軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的地位舉足輕重。面對城市化進程加速導(dǎo)致市區(qū)土地資源日益緊俏的現(xiàn)實,尤其是車場所需大面積用地的特性,車場選址與布局時常受限于土地供應(yīng)的局限[1]。在此背景下,國內(nèi)眾多城市軌道交通項目已越來越多的轉(zhuǎn)向采納雙層車場的創(chuàng)新布局模式,以期在有限空間內(nèi)實現(xiàn)更高的土地資源利用率。然而,雙層結(jié)構(gòu)的車場無疑對聯(lián)鎖系統(tǒng)信號設(shè)備的平面布置提出了新的挑戰(zhàn)。本文以廣州地鐵某一具體車場建設(shè)工程為案例,深入剖析在雙層車場環(huán)境下信號設(shè)備平面布置過程中遭遇的關(guān)鍵問題及其應(yīng)對策略。
1 調(diào)車延續(xù)進路
雙層車場內(nèi)部連接上下兩層的橋梁因其陡峭坡度,會導(dǎo)致行駛車輛制動距離顯著增加[2]。若沿用常規(guī)聯(lián)鎖設(shè)計理念進行此類特殊場景的信號系統(tǒng)規(guī)劃,恐將埋下安全隱患。參照《城市軌道交通工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》(建標(biāo)104-2008)第八章第75條第8款之規(guī)定:“信號系統(tǒng)應(yīng)確保車輛段內(nèi)調(diào)車作業(yè)以及列車進出車輛段的安全運行,并與正線列車運行密度保持協(xié)調(diào)?!边@一條款明確了車場在確保行車調(diào)度安全性的前提下,還須充分考慮其出入車場的效率。而《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB-50517-2013)中規(guī)定“列車在段內(nèi)宜按調(diào)車進路控制,聯(lián)鎖設(shè)備可根據(jù)段內(nèi)運營作業(yè)的特點實現(xiàn)聯(lián)鎖條件檢查”[3],可見對于對于國鐵中設(shè)置延續(xù)進路的條件,不能盲目按照6‰設(shè)置照搬,需要領(lǐng)會其“故障-安全”的理念,靈活運用與地鐵場段聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計中。
如下圖一所示,為廣州某在建線路的停車場站場布置示意圖。該車場分上下兩層,各8股道,一層至二層采用一座33‰坡度的鐵路橋連接,信號機S8~S15為停車列檢庫一層的發(fā)車信號機,信號機S16~S23為停車場二層的發(fā)車信號機。Xc、Xr和Sc、Sr為入場和出場信號機,中間設(shè)置Xc1~Xc3和Xr1~Xr3為接車方向的進路分割信號機,Sc1~Sc3和Sr1~Sr3為發(fā)車方向的進路分割信號機。在聯(lián)鎖系統(tǒng)中,進路分割信號機用來分割較長的運行交路以達到快速解鎖占用區(qū)段的目的,這樣就可以更快排列下一趟列車的進路,提高列車的運行效率。根據(jù)這一特點,設(shè)計之初首先在接、發(fā)車進路中能夠停車的位置處,均設(shè)置了分割信號機,再根據(jù)現(xiàn)場條件逐一核實其實施可行性。
首先, 針對車場二層鐵路橋33‰長大坡道的安全性考慮,從聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計角度考慮可以借鑒“延續(xù)進路”的理念。根據(jù)國鐵信號專業(yè)的具體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計規(guī)范,對下坡道超過6‰的車站,對接車進路的配置提出了更為嚴(yán)格的要求,即必須增設(shè)延續(xù)進路。這種進路設(shè)計是對常規(guī)接車進路的延伸,它沿著下坡方向繼續(xù)向前直至到達一個具備足夠安全保障的位置,例如另一咽喉區(qū)的安全線、牽出線終端、專用線入口處的進站信號機或站界標(biāo)志等。設(shè)置延續(xù)進路旨在確保即使在最高速度下列車制動完全失效,也能夠在延續(xù)進路的全長范圍內(nèi)安全停止;同時,通過設(shè)立延續(xù)進路,預(yù)防列車在制動故障或制動效能不足的狀態(tài)下,誤入相鄰線路、咽喉區(qū)或其他高風(fēng)險區(qū)域,這些嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)定旨在應(yīng)對高下坡道車站接車過程中可能出現(xiàn)的特殊風(fēng)險,通過科學(xué)布置安全設(shè)施、嚴(yán)格把控行車組織,最大限度地減少列車因制動問題引發(fā)的失控風(fēng)險,有力保障車站及周邊線路的安全運營,維護鐵路運輸系統(tǒng)的整體安全性與穩(wěn)定性。
根據(jù)延續(xù)進路的安全理念,Sc2和Sr2前停車的列車,前方是33‰的長大坡道,需要對以Sc2和Sr2為終點的進路進行“延續(xù)”,將進路終端向前延伸至下一個同方向信號機處。因此,如果想要保留Sc2和Sr2必須在繪制聯(lián)鎖表時確保其延續(xù)進路也同時不被占用。因此,在這一安全理念下,是否設(shè)置Sc2和Sr2占用的線路資源是一致的。
2 長大坡道停車
如果需要保留鐵路橋前設(shè)置的兩個出場方向的信號機Sc1、Sr1和Xr2、Xc2,就會出現(xiàn)需要在鐵路橋長大坡道停車的問題。長大坡道上停放列車時,由于重力作用可能導(dǎo)致列車在無制動狀態(tài)下自行下滑,存在較高的安全風(fēng)險。為此,針對長大坡道上的列車停車有嚴(yán)格的規(guī)定和操作規(guī)程,以確保列車安全穩(wěn)定。
現(xiàn)代地鐵列車常配備電子防溜系統(tǒng),如停放制動或保持制動,地鐵列車在長大坡道停車時駕駛員應(yīng)確保該系統(tǒng)已正確啟用。列車停穩(wěn)后,駕駛員應(yīng)按規(guī)定啟動列車的手制動系統(tǒng),確保其處于有效制動狀態(tài)。在必要時,特別是在坡度較大或地面濕滑等特殊條件下,還可能使用鐵鞋(或止輪器)作為輔助防溜措施,增加列車停放的穩(wěn)定性。對于電動列車,應(yīng)利用再生制動系統(tǒng)保持一定的制動力,防止列車因重力下滑。同時,要注意監(jiān)控接觸網(wǎng)電壓,防止再生制動導(dǎo)致電壓過高。若列車在坡道上出現(xiàn)意外移動跡象,駕駛員應(yīng)立即啟動緊急制動,并通知調(diào)度中心。根據(jù)實際情況,可能需要請求救援。再啟動時,駕駛員需要精確控制牽引力和制動力的配合,防止因牽引力過大導(dǎo)致列車突然加速,或者因制動力過大引起乘客不適。在坡道上啟動時,對駕駛員的操作技能和心理素質(zhì)要求較高。
因此,建議在此種情況下取消分割信號機Sc1、Sr1和Xr2、Xc2,避免列車在鐵路橋上停車,消除安全風(fēng)險和隱患。
根據(jù)以上分析,綜合考慮后,確定在二層發(fā)車方向上取消信號機Sc2、Sr2、Xr2、Xc2和Sc1、Sr1,聯(lián)鎖系統(tǒng)室外布置示意圖如下圖二所示。
3 列車接發(fā)車能力分析
場段內(nèi)列車接發(fā)車能力的定量或定性評價,是為場段運營優(yōu)化、設(shè)備升級、作業(yè)流程改進及聯(lián)鎖系統(tǒng)布置等提供數(shù)據(jù)支持和決策的重要依據(jù)。
接車方向上,當(dāng)列車在Xr/Xc信號機前完成駕駛模式轉(zhuǎn)換后,越過Xr/Xc信號機駛?cè)胲噲鰞?nèi)向前行駛,當(dāng)列車越過Xc1/Xr1信號機后即可進行下一趟接車作業(yè)。因此只需計算列車從Xr/Xc信號機到越過Xc1/Xr1解鎖相應(yīng)區(qū)段的時間就是列車的接車能力。
根據(jù)現(xiàn)場條件,以信號樓為坐標(biāo)原點可以計算出Xr/Xc信號機的坐標(biāo)值為932,Xc1/Xr1信號機的坐標(biāo)值為774。列車從段內(nèi)運行的最大速度按照25km/h考慮,列車從轉(zhuǎn)換軌上停車切換駕駛模式的登記和啟動時間約為13s,列車車長為118m,列車常用制動率為0.8m/s?,列車速度從0→25km/h(6.94m/s?)的平均加速度為0.87m/s?,進路辦理時間及道岔轉(zhuǎn)換時間為10s,列車反應(yīng)時間為2s。因此,利用速度公式推出:
t=(Vt-V0)/a? ? ? ? (1)
其中:t表示時間(s),Vt表示末速度,V0表示初速度;a表示加/減速度。
由此可以計算出列車速度從0→25km/h用時約8s,走行距離可用以下公式計算得出:
S=V0t+(at?)/2? ? ? ? (2)
其中:t表示時間(s),V0表示初速度;a表示加/減速度。
計算得出列車速度從0→25km/h是走形的距離約為27.85m。因此列車經(jīng)過加速后勻速行駛的接車距離(以Xc和Xc1為例)約為(Xc-Xc1+車長-27.85)得251米,此段距離列車走行的時間為37s。因此,列車越過Xc1并出清的總時間為45s。
另外當(dāng)列車越過Xc/Xr信號機并出清后,下一趟車即可到達轉(zhuǎn)換軌指定位置,進行列車駕駛模式切換,等到辦理接車進路了。即列車走行118m后即可,通過計算出清時間約為21s。因此,列車的接車作業(yè)橫道圖如圖3所示。
理論計算得出列車入場的接車能力能達到57s,滿足與正線接車能力相適應(yīng)的要求。
同理可計算列車出場的發(fā)車能力,但因一層和二層發(fā)車作業(yè)行駛的距離不同,將逐一對其進行分析。
對于停車場一層的列車,列車從車庫發(fā)車越過進路分割信號機Sc3/Sr3后,即可辦理下一趟發(fā)車進路。但因Sc3/Sr3距離出場信號機Sc/Sr的距離較遠(yuǎn),是否等待出場需要進行具體的計算。
由圖4結(jié)果可以看出,列車從Sc3/Sr3繼續(xù)行駛出清Sc/Sr的時間是66s,小于列車從辦理發(fā)車進路開始到出清Sc3/Sr3的時間,因此,一層列車的發(fā)車間隔為76s,同樣滿足與正線發(fā)車能力相適應(yīng)的要求。
對于停車場二層的列車,因中途沒有進路分割信號機,則列車需要出清Sc/Sr信號機才能辦理下一趟車的發(fā)車作業(yè),具體的分析計算見下表所示。
由圖5結(jié)果可以看出,從二層發(fā)車的發(fā)車間隔為124s,無法與正線的行車間隔109s相適應(yīng)。
如果將一層列車和二層列車的發(fā)車作業(yè)交替進行,如圖6所示,列車的最大發(fā)車間隔因為首趟車發(fā)車時的間隔,為103s,此后發(fā)車間隔將因首層列車至分割信號機Sc3/Sr3不受二層列車至信號機Sc/Sr,可以同時進行而遞減。因此,間隔發(fā)車的能力滿足與正線行車間隔相匹配的要求。
4 結(jié)論
本研究以城市軌道交通雙層場段這一獨特構(gòu)造為研究背景,緊密貼合聯(lián)鎖系統(tǒng)信號平面設(shè)計的根本法則,對列車進出雙層場段的運能特性進行了深入細(xì)致的探討。成果表明在雙層場段聯(lián)鎖系統(tǒng)的室外設(shè)備布置設(shè)計時不僅需要考慮調(diào)車延續(xù)進路的設(shè)計和長大坡道停車的風(fēng)險,更應(yīng)注意列車出入場能力對信號機布置的影響。研究的成果不僅對雙層停車場的信號平面布置提供了理論指導(dǎo),而且對國內(nèi)雙層停車場的聯(lián)鎖系統(tǒng)室外設(shè)備布置具有直接的實踐價值,對我國城市軌道交通雙層停車場的建設(shè)和運營具有重要的參考價值和指導(dǎo)意義。
參考文獻:
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[3] GB 50517-2013 地鐵設(shè)計規(guī)范[S].