蔡涵哲

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司, 廣東 廣州 510010)

市域快線長(zhǎng)大區(qū)間故障救援與配線設(shè)置探討

蔡涵哲

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司, 廣東 廣州 510010)

市域快線站間距通常遠(yuǎn)大于常規(guī)地鐵線路，在市域快線長(zhǎng)大區(qū)間中采用常規(guī)地鐵的故障救援模式及救援速度可能導(dǎo)致救援時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。為了提高市域快線長(zhǎng)大區(qū)間故障救援效率，以廣州市規(guī)劃的首條160 km時(shí)速市域快線為例，在分析常規(guī)地鐵故障救援流程、救援速度和救援時(shí)間的基礎(chǔ)上，對(duì)市域快線故障救援速度進(jìn)行探討，進(jìn)而設(shè)計(jì)了長(zhǎng)大區(qū)間設(shè)置渡線和設(shè)置停車線2類方案，與無(wú)配線方案在救援時(shí)間、后續(xù)堵塞列車疏散效率等關(guān)鍵指標(biāo)上進(jìn)行綜合比選，最后提出不同的區(qū)間停車線形式并進(jìn)行了對(duì)比分析。研究表明： 在長(zhǎng)大區(qū)間設(shè)置停車線的方案救援功能較好，建議在工程條件允許時(shí)優(yōu)先采用；不同的區(qū)間停車線形式各有優(yōu)劣，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮運(yùn)營(yíng)功能和工程規(guī)模后選擇。

市域快線； 長(zhǎng)大區(qū)間； 故障救援； 故障停車線

0 引言

近年來(lái)國(guó)內(nèi)市域快線發(fā)展較快，多個(gè)城市都在規(guī)劃和建設(shè)市域快線。市域快線(市域快速軌道交通)屬于主要服務(wù)于城市郊區(qū)和周邊新城、城鎮(zhèn)與中心城區(qū)，并具有通勤客運(yùn)服務(wù)功能的中、長(zhǎng)距離的大運(yùn)量城市軌道交通系統(tǒng)[1]，速度目標(biāo)值相比常規(guī)地鐵線路更高，站間距較大。而軌道交通故障救援作為運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的突發(fā)事件，一旦發(fā)生將造成線路堵塞，影響線路正常運(yùn)營(yíng)，對(duì)乘客出行的影響也越來(lái)越大。

針對(duì)軌道交通故障救援問(wèn)題，國(guó)內(nèi)學(xué)者做了大量的研究。文獻(xiàn)[2]對(duì)造成故障救援事件的原因進(jìn)行了分析，指出救援事件主要由有接點(diǎn)控制電路、牽引及電制動(dòng)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和車門系統(tǒng)故障引起。文獻(xiàn)[3-5]對(duì)城市軌道交通列車故障救援作業(yè)流程、救援行車組織和故障車存放模式進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[6-7]針對(duì)故障狀態(tài)下多列車的追蹤運(yùn)行過(guò)程建立模型與算法，建立了列車故障影響分析仿真系統(tǒng)。文獻(xiàn)[8-10]對(duì)故障停車線、渡線的布局及具體形式進(jìn)行了探討。文獻(xiàn)[11]通過(guò)借鑒城市軌道交通經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)城際軌道交通故障救援流程和故障車存放模式進(jìn)行了研究。

由于市域快線站間距通常遠(yuǎn)大于常規(guī)地鐵線路，存在較多長(zhǎng)大區(qū)間；同時(shí)市域快線以滿足通勤客流需求為主，高峰行車間隔較城際軌道線路更密，在長(zhǎng)大區(qū)間易出現(xiàn)多列車追蹤運(yùn)行的情況。因此，針對(duì)市域快線長(zhǎng)大區(qū)間的故障救援需加強(qiáng)研究。當(dāng)列車在長(zhǎng)大區(qū)間由于牽引、制動(dòng)系統(tǒng)及其他機(jī)電設(shè)備等出現(xiàn)故障導(dǎo)致車輛失去動(dòng)力而停車時(shí)(本文涉及的故障均指此類情況)，采用常規(guī)地鐵的救援模式及救援速度可能導(dǎo)致救援時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。本文以廣州新一輪建設(shè)規(guī)劃中的18號(hào)線為例，針對(duì)長(zhǎng)大區(qū)間的故障救援，從救援流程、救援速度、救援策略和區(qū)間配線設(shè)置等方面進(jìn)行研究。

18號(hào)線為廣州首條160 km時(shí)速市域快線，連通南沙新區(qū)與廣州主城區(qū)，運(yùn)營(yíng)全長(zhǎng)約60.8 km，設(shè)站9座，平均站間距7.6 km，擬選用8輛編組市域D型車，采用快慢車運(yùn)營(yíng)模式[12]。根據(jù)站點(diǎn)布設(shè)和開(kāi)行方案，橫瀝—番禺廣場(chǎng)區(qū)間長(zhǎng)達(dá)26 km，遠(yuǎn)期高峰單向區(qū)間內(nèi)最多有5列車追蹤運(yùn)行，設(shè)置2座緊急疏散救援點(diǎn)以應(yīng)對(duì)火災(zāi)等緊急情況。廣州市軌道交通18號(hào)線示意圖如圖1所示。

1 故障救援流程與救援速度分析

1.1故障救援流程與救援時(shí)間

1.1.1 故障停車至故障車動(dòng)車(動(dòng)車時(shí)間)

1)故障列車自救時(shí)間。列車故障停車后，列車司機(jī)向值班主任和調(diào)度部門通報(bào)故障信息，調(diào)度及時(shí)扣停后續(xù)列車在后方車站，同時(shí)通知備用車司機(jī)上備用車。故障列車嘗試自救，當(dāng)確認(rèn)故障列車不能動(dòng)車或達(dá)到必須救援時(shí)間界限，由值班主任決定救援，該段時(shí)間通常取5～7 min[13]。

2)救援列車接近故障車時(shí)間。與故障地點(diǎn)、發(fā)生時(shí)段及行調(diào)規(guī)則有關(guān)。在平低峰時(shí)段(行車間隔5～8 min)，后續(xù)救援列車與故障車的距離通常較遠(yuǎn)，所需時(shí)間相對(duì)高峰時(shí)段有所延長(zhǎng)。救援列車可在故障車進(jìn)行自救的同時(shí)低速運(yùn)行，適當(dāng)減小與故障車距離。結(jié)合不同情況與實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，該時(shí)間按3～5 min考慮。

3)救援列車與故障車連掛，確認(rèn)安全及進(jìn)路開(kāi)放，通常為3 min。

綜上，動(dòng)車時(shí)間可按照11～15 min考慮。

當(dāng)列車停在區(qū)間，容易引起乘客不安，因此需要盡快動(dòng)車。在廣州地鐵現(xiàn)行的運(yùn)營(yíng)規(guī)章制度下，一般需要救援的故障，從故障停車到救援列車連掛故障列車動(dòng)車，所需時(shí)間控制在15 min內(nèi)。目前實(shí)際運(yùn)營(yíng)各線的故障救援考核中，也是重點(diǎn)對(duì)動(dòng)車時(shí)間進(jìn)行考核。

1.1.2 救援走行時(shí)間

救援走行時(shí)間主要受救援距離與救援速度的影響，可表示如下：

式中：t走行為救援走行時(shí)間；s救援為故障停車點(diǎn)離最近故障車存車線或段場(chǎng)接軌站的距離；v救援為救援列車推送或牽引故障車運(yùn)行的最大速度；t附為列車起停附加時(shí)分和進(jìn)入停車線的附加時(shí)分等。

其中，救援距離主要與線路停車線的設(shè)置相關(guān)，救援速度則與線路的正常運(yùn)營(yíng)旅速、車輛性能和信號(hào)系統(tǒng)等相關(guān)。

1.1.3 清客、故障車退出正線時(shí)間

1)若僅故障車清客，通常取2 min；若故障車和救援車2列車清客，取5 min。

2)救援車摘鉤后回到正線運(yùn)營(yíng)，或救援車帶故障車回段場(chǎng)，時(shí)間受配線形式影響。當(dāng)停車線設(shè)置為雙列位長(zhǎng)時(shí)，可有效節(jié)省救援時(shí)間。

1.2救援速度

1.2.1 常規(guī)地鐵現(xiàn)狀

對(duì)于常規(guī)地鐵線路，《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》[14]和《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》[15]從提高救援效率和保證列車的運(yùn)行安全2方面綜合考慮，在一般線路旅行速度的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低，提出推送救援速度不宜大于30 km/h，進(jìn)而規(guī)定設(shè)有停車線的車站間距為8～10 km，救援走行時(shí)間控制在20 min以內(nèi)。

目前廣州1、2、8號(hào)線(6A，80 km/h)列車推送救援速度為30 km/h、牽引救援速度為45 km/h。3號(hào)線(6B，120 km/h)列車推送救援速度為40 km/h。

表1 常規(guī)地鐵現(xiàn)狀救援速度

1.2.2 對(duì)市域快線的建議

1)市域快線旅行速度通常遠(yuǎn)高于常規(guī)地鐵，如18號(hào)線采用160 km/h列車，站站停列車旅行速度約90 km/h；相應(yīng)的救援速度需要在常規(guī)地鐵的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高，以盡量減小故障救援影響。

2)參考中國(guó)鐵路總公司下發(fā)的鐵總運(yùn)2016第37號(hào)《CRH系列動(dòng)車組相互救援暫行作業(yè)辦法》，對(duì)于連掛后救援車能夠控制故障車常用制動(dòng)且整列救援列車無(wú)車輛空氣制動(dòng)切除時(shí)救援限速為120 km/h，其余情況下限速60 km/h。

3)救援速度的確定需要考慮車輛設(shè)備的能力，包括車鉤強(qiáng)度、牽引和制動(dòng)能力等[4]。

綜上分析，市域快線列車救援速度應(yīng)結(jié)合正常運(yùn)營(yíng)旅速、線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和車輛設(shè)備性能等因素綜合確定。18號(hào)線救援速度建議在正常運(yùn)營(yíng)旅行速度90 km/h的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低，按60～80 km/h考慮，相較于常規(guī)地鐵有大幅提高。相應(yīng)地，在車輛功能和相關(guān)系統(tǒng)配備上應(yīng)考慮相應(yīng)措施，如通過(guò)車鉤電氣連接實(shí)現(xiàn)救援車控制故障車常用制動(dòng)(目前廣州地鐵已運(yùn)營(yíng)線路救援列車僅能控制故障車緊急制動(dòng))、推送過(guò)程中實(shí)現(xiàn)后車司機(jī)可實(shí)時(shí)接收車前信息、在道岔區(qū)域安裝高清攝像頭等，以保證救援過(guò)程的安全。

1.2.3 最大救援距離和救援時(shí)間

在60～80 km/h的救援速度條件下，最大救援距離(即設(shè)置停車線的間距)建議為15～18 km，救援走行時(shí)間可控制在20 min以內(nèi)，總的救援時(shí)間可控制在40 min以內(nèi)。

2 長(zhǎng)大區(qū)間故障救援方案

以18號(hào)線橫瀝—番禺廣場(chǎng)區(qū)間為例，對(duì)市域快線長(zhǎng)大區(qū)間故障救援方案進(jìn)行分析。該區(qū)間長(zhǎng)達(dá)26 km，正常情況下列車區(qū)間運(yùn)行時(shí)間約11 min，遠(yuǎn)期高峰單向區(qū)間內(nèi)最多有5列車追蹤運(yùn)行，設(shè)置2座緊急疏散救援點(diǎn)以應(yīng)對(duì)火災(zāi)等緊急情況。

2.1救援策略

1)考慮到市域快線列車速度高，長(zhǎng)大區(qū)間內(nèi)列車間距較大(18號(hào)線最小2.5 min間隔時(shí)的列車間距約6.7 km)，當(dāng)某列車故障需要救援時(shí)，由于距離遠(yuǎn)，采用“前車?yán)钡姆绞捷^難實(shí)現(xiàn)，建議采用“后車推”的方式。若后車已進(jìn)入?yún)^(qū)間，不具備清客條件時(shí)，可采用后車載客推送救援模式。

2)在長(zhǎng)大區(qū)間列車故障導(dǎo)致區(qū)間堵塞時(shí)，在線路其余地段應(yīng)視情況組織臨時(shí)交路運(yùn)營(yíng)，盡量減小對(duì)全線運(yùn)營(yíng)的影響。

3)正常運(yùn)營(yíng)模式下該區(qū)間運(yùn)行時(shí)間已達(dá)11 min，故障模式下最不利情況的救援走行時(shí)間超過(guò)25 min，總的救援時(shí)間達(dá)45～50 min，耗時(shí)較長(zhǎng)，因此建議在區(qū)間設(shè)置配線。具體考慮以下2類方案。

第1類方案： 區(qū)間設(shè)置渡線，為故障列車或后續(xù)堵塞列車提供轉(zhuǎn)往對(duì)向的進(jìn)路，如圖2所示。

第2類方案： 區(qū)間設(shè)置停車線，區(qū)間故障列車可被救援至停車線，如圖3所示。

長(zhǎng)大區(qū)間不同救援方案對(duì)比如表2所示。

由表2可知： 1)區(qū)間停車線方案的救援過(guò)程對(duì)于另一方向的行車影響較小，救援時(shí)間節(jié)省更為明顯，救援效率較高。2)在工程代價(jià)方面，若長(zhǎng)大區(qū)間位于地面或高架段，則設(shè)置配線的工程規(guī)模相對(duì)不大，實(shí)施較為容易；若位于地下段，設(shè)置配線(特別是停車線)的主體長(zhǎng)度較大，工程規(guī)模大，建議結(jié)合區(qū)間風(fēng)井或盾構(gòu)井設(shè)置，并盡可能選擇埋深較小的區(qū)段，以減少土建規(guī)模。3)從提高救援功能的角度考慮，建議在工程條件允許時(shí)，優(yōu)先采用在區(qū)間設(shè)置停車線的方案。

2.2區(qū)間停車線形式分析

對(duì)于區(qū)間停車線的設(shè)置，既要方便故障期間的救援，又要盡量減少對(duì)正常運(yùn)營(yíng)期間的影響(主要針對(duì)地下隧道)，同時(shí)要考慮建設(shè)期間的工程投資。

1)從兼顧上、下行方向救援的角度出發(fā)，考慮在2條正線之間設(shè)置停車線，在停車線與1條正線間設(shè)置救援站臺(tái)，如圖4所示。由于救援站臺(tái)僅臨靠1條正線，故障車乘客下車后只能由1個(gè)方向的列車進(jìn)行救援。該形式寬度較小，工程規(guī)模相對(duì)較小。以18號(hào)線地下隧道為例，區(qū)間盾構(gòu)段正線間距16.6 m，停車線區(qū)段可保持16.6 m線間距不加寬，救援站臺(tái)可做到7.7 m寬。

(a) 故障車停在橫瀝—渡線①

(b) 故障車停在渡線①—番禺廣場(chǎng)

圖3 橫瀝—番禺廣場(chǎng)區(qū)間設(shè)置停車線后故障救援示意圖

區(qū)間配線設(shè)置方案無(wú)配線 設(shè)置2處渡線設(shè)置1處停車線故障列車單方向(以上行方向?yàn)槔?救援進(jìn)路推送至番禺廣場(chǎng)站清客 故障列車未過(guò)渡線①，經(jīng)渡線轉(zhuǎn)至下行方向，牽引回橫瀝站清客；故障列車已過(guò)渡線①，推送至番禺廣場(chǎng)站清客 推送至區(qū)間停車線或番禺廣場(chǎng)站清客最不利故障點(diǎn)出橫瀝站后(空車推送救援)過(guò)渡線①后(載客推送救援)過(guò)區(qū)間停車線后(載客推送救援)最長(zhǎng)救援時(shí)間/min約47(15+27+2+3)約42．5(15+21．5+5+1)約37(15+16+5+1)上、下行之間的影響上下行不連通，互不影響 故障列車經(jīng)渡線轉(zhuǎn)至對(duì)側(cè)方向，需占用對(duì)側(cè)方向股道，相互影響 故障列車救援進(jìn)路不直接占用對(duì)側(cè)方向股道，影響較小后續(xù)堵塞列車 1)需等故障列車救援完成退出正線后才能恢復(fù)運(yùn)營(yíng)；2)或考慮反向運(yùn)行，但需確保行車安全，調(diào)度較為困難；3)疏散效率較低 部分堵塞列車可利用渡線轉(zhuǎn)至對(duì)側(cè)方向，提高列車疏散效率 部分堵塞列車可利用區(qū)間停車線轉(zhuǎn)至對(duì)側(cè)方向，提高列車疏散效率

注： 表中的救援時(shí)間組成為動(dòng)車時(shí)間，取15 min； 走行時(shí)間，救援速度取60 km/h； 清客時(shí)間，空車救援時(shí)取2 min，載客救援時(shí)取5 min； 退出正線時(shí)間，在故障車于番禺廣場(chǎng)站清客后需推送、換端、牽引回車場(chǎng)，取3 min，在故障車和救援車于番禺廣場(chǎng)站清客后直接牽引回車場(chǎng)，取1 min。

2)考慮上下行方向均可靈活救援，在停車線形式1的基礎(chǔ)上改為設(shè)置2個(gè)救援站臺(tái)，如圖5所示。該形式寬度較大，工程規(guī)模相比形式1有所增加。以18號(hào)線為例，圖示2個(gè)站臺(tái)分別為5 m寬和7 m寬，正線間距需加大至19 m。

3)為進(jìn)一步考慮減少救援過(guò)程對(duì)正線的占用時(shí)間，在停車線形式2的基礎(chǔ)上改為雙列位長(zhǎng)停車線，如圖6所示。救援車推送故障車進(jìn)入停車線，后續(xù)救援過(guò)程(摘鉤、救援車上客等)不再占用正線，救援相對(duì)高效。但由于停車線加長(zhǎng)，工程規(guī)模相比形式2顯著增加。

圖4 區(qū)間停車線形式1——正線中間設(shè)停車線，單島(單位： m)

圖5 區(qū)間停車線形式2——正線中間設(shè)停車線，雙島(單位： m)

圖6區(qū)間停車線形式3——正線中間設(shè)停車線，雙列位長(zhǎng)(單位： m)
Fig. 6 Vehicle parking line form 3(double train length)(unit: m)

4)此外，也可以考慮在正線外側(cè)設(shè)置停車線，并在2條正線間設(shè)置單渡線；設(shè)置2個(gè)救援站臺(tái)，其中2個(gè)正線間的站臺(tái)用于火災(zāi)等緊急情況下的疏散救援，正線外側(cè)站臺(tái)用于列車故障情況下的救援，如圖7所示。由于停車線設(shè)置在正線外側(cè)，對(duì)于某一方向的列車故障需利用渡線推送至對(duì)側(cè)方向的停車線，占用上、下行正線，救援功能相對(duì)較差。若在長(zhǎng)大區(qū)間采用該形式，則建議設(shè)置2處(設(shè)置在不同側(cè))，互為補(bǔ)充，提升救援功能。

圖7 區(qū)間停車線形式4——正線外側(cè)停車線(單位： m)

針對(duì)地下隧道段，該形式由于2條正線間僅1處聯(lián)通，且可設(shè)隔斷門，正常運(yùn)營(yíng)期間上、下行列車高速交會(huì)時(shí)的隧道壓力波影響較小，乘客舒適度相對(duì)較好。

工程規(guī)模方面，該形式寬度較大，工程規(guī)模相對(duì)較大。若設(shè)置2處，則工程規(guī)模大于前3種形式。

長(zhǎng)大區(qū)間停車線形式對(duì)比如表3所示。

表3 長(zhǎng)大區(qū)間停車線形式對(duì)比

注： 表中工程規(guī)模以18號(hào)線地下段為例，其中主體結(jié)構(gòu)高度為16 m。

3 結(jié)論與討論

在市域快線的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，由于線路服務(wù)距離較長(zhǎng)，且服務(wù)較多的通勤需求，線路在功能定位時(shí)通常有較高的時(shí)空目標(biāo)，在線站位規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)容易出現(xiàn)長(zhǎng)大區(qū)間。以廣州市規(guī)劃的首條160 km時(shí)速市域快線為例，對(duì)長(zhǎng)大區(qū)間故障救援模式進(jìn)行研究，主要結(jié)論有： 1)市域快線列車故障救援速度應(yīng)結(jié)合正常運(yùn)營(yíng)旅速、線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和車輛性能等因素綜合確定，建議在常規(guī)地鐵的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高； 2)在長(zhǎng)大區(qū)間設(shè)置停車線的方案救援功能較好，建議在工程條件允許時(shí)優(yōu)先采用； 3)不同的區(qū)間停車線形式各有優(yōu)劣，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮運(yùn)營(yíng)功能和工程規(guī)模后選擇。文章關(guān)于故障救援的探討對(duì)于地下區(qū)間、地面和高架區(qū)間均適用，其中不同停車線形式的工程規(guī)模分析側(cè)重于地下隧道的情況，供市域快線長(zhǎng)大區(qū)間設(shè)計(jì)時(shí)參考。

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StudyofBreakdownRescueandSidingSettingforLongTunnelSectionofUrbanRailRapidTransitLine

CAI Hanzhe

(GuangzhouMetroDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd.,Guangzhou510010,Guangdong,China)

The station spacing of urban rail rapid transit line is usually much larger than that of conventional metro, and the breakdown rescue model and rescue speed of conventional metro for long tunnel section may lead to long rescue period. In order to improve the efficiency of breakdown rescue in long tunnel section of urban rail rapid transit line, the first 160 km/h urban rail rapid transit line in Guangzhou is taken as an example; the rescue speed of urban rail rapid transit line is analyzed and two schemes of setting up crossover line and vehicle parking line are designed based on analyzing the conventional metro rescue process, rescue speed and time consumption; a comprehensive selection is made on the key indices such as the rescue time consumption and the subsequent train evacuation efficiency. Finally, different vehicle parking lines are proposed and compared. The study results show that the setting up vehicle parking line in long tunnel is good for rescue; and it is recommended to be adopted in priority when it is allowable. Meanwhile, different types of vehicle parking lines have advantages and disadvantages; it should be selected according to the actual situation such as operation functions and project scales.

urban rail rapid transit line; long tunnel; breakdown rescue; vehicle parking line

2017-06-29;

2017-09-26

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助(2017YFB1201204)

蔡涵哲(1988—)，男，湖南株洲人，2012年畢業(yè)于北京交通大學(xué)，交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理專業(yè)，碩士，工程師，從事軌道交通規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作。E-mail： csu_cai@126.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.10.017

U 451+.3

A

1672-741X(2017)10-1322-06