李曉飛 張佩竹 王文波

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300308)

引言

軌道交通是一種緩解城市交通擁堵的有效手段,根據(jù)線網(wǎng)規(guī)劃、分期建設(shè)規(guī)劃及行車組織交路設(shè)計(jì)要求,需要在起、終點(diǎn)站設(shè)置列車折返線。為滿足故障運(yùn)行工況,一般每隔5～6座車站(8～10 km)設(shè)置停車線,停車線之間每隔2～3座車站(3～5 km)加設(shè)渡線[1]。對(duì)于預(yù)留延伸條件的臨時(shí)端點(diǎn)車站,或折返能力要求不高的永久端點(diǎn)車站,經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后,常采用站前渡線折返方案。已有許多學(xué)者開展相關(guān)研究,王京峰等對(duì)站前折返設(shè)計(jì)中站型選擇以及折返能力計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析[2];梁九彪以北京地鐵亦莊線宋家莊站為例,對(duì)站前折返能力進(jìn)行計(jì)算[3];李瓊對(duì)站前交叉渡線折返的技術(shù)過(guò)程、影響因素進(jìn)行分析,并對(duì)如何提升折返能力提出建議[4];張雨潔等調(diào)研國(guó)內(nèi)外地鐵端點(diǎn)站折返方案,總結(jié)影響折返能力的因素,并提出提高系統(tǒng)能力的方案[5];陳駿等以南寧地鐵2號(hào)線二期工程壇澤站為例,對(duì)設(shè)置站前交叉渡線的近遠(yuǎn)期折返能力適應(yīng)性進(jìn)行研究[6];徐大興等以廣州地鐵5號(hào)線滘口站為例,提出既有線站前折返能力優(yōu)化措施[7]。

目前,已有研究多基于直線地段站前岔區(qū)正線與車站正線位于同一直線或平行直線,并對(duì)車站折返能力進(jìn)行分析、計(jì)算,并未對(duì)站前直線段長(zhǎng)度不足以布置折返線情況下的合理設(shè)置進(jìn)行深入研究。在曲線地段,折返線遠(yuǎn)離車站站臺(tái)不符合安全運(yùn)行管理和行車組織的要求。因此,需根據(jù)車站周邊條件、站前線路條件及區(qū)間線間距,結(jié)合折返能力要求,尋求折返安全、快捷且經(jīng)濟(jì)合理的站前折返方案。

1 站前單渡線

若車站采用島式站臺(tái),區(qū)間采用大線間距,受道路線形、控制性管線、線網(wǎng)錨固點(diǎn)等因素控制,車站緊鄰曲線端部,此時(shí)車站站臺(tái)端部的直線長(zhǎng)度不足以設(shè)置折返渡線。當(dāng)需要在車站站臺(tái)臨近曲線側(cè)設(shè)置折返渡線時(shí),可結(jié)合站前曲線設(shè)置站前單渡線[8],以避免折返渡線距離站臺(tái)較遠(yuǎn)、折返能力較低的問(wèn)題,站前單渡線平面布置見圖1。

圖1 站前單渡線平面示意Fig.1 Single crossing line plane in front of the station

1.1 線路設(shè)計(jì)

折返渡線為曲線時(shí),渡線兩端分別連接線路左線、右線。折返渡線作為載客運(yùn)行的線路,應(yīng)按正線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),折返渡線圓曲線半徑不小于兩端接軌道岔導(dǎo)曲線半徑,緩和曲線長(zhǎng)度按不低于兩端接軌道岔側(cè)向列車自動(dòng)防護(hù)(ATP)/列車自動(dòng)運(yùn)行(ATO)限制速度設(shè)置[9]。

折返渡線長(zhǎng)度與接軌道岔轍叉角度、車站區(qū)段線間距、區(qū)間線間距有關(guān)[10]。

折返渡線的曲線總長(zhǎng)度為

(1)

圓曲線長(zhǎng)度為

(2)

式中,LZF為折返渡線的曲線總長(zhǎng)度;LZF.Y為折返渡線的圓曲線長(zhǎng)度;RZF為折返渡線的圓曲線半徑;αZF為折返渡線的偏角;lZF為折返渡線的緩和曲線長(zhǎng)度。

在一定的速度下,圓曲線半徑越大,其相應(yīng)的緩和曲線長(zhǎng)度越短,當(dāng)圓曲線半徑增大到一定程度時(shí),緩和曲線長(zhǎng)度不再變短。由式(1)、式(2)可知,在一定的線路偏角下,圓曲線半徑越大,折返渡線長(zhǎng)度越長(zhǎng),列車折返走行路徑越長(zhǎng),折返能力越低。因此,選定折返渡線通過(guò)速度后,在滿足圓曲線半徑、最小長(zhǎng)度等技術(shù)要求的前提下,應(yīng)盡量縮短折返渡線的長(zhǎng)度。

根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求[11-14],對(duì)不同線路偏角、不同道岔型號(hào)及類型情況下的折返渡線總長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算,主要計(jì)算參數(shù)如下。

①車站和區(qū)間線間距為15 m。

②9號(hào)、12號(hào)道岔中心至有效站臺(tái)端部的距離分別為22,26.7 m。

③接軌道岔采用9號(hào)道岔時(shí),折返渡線通過(guò)速度按30 km/h考慮,采用12號(hào)道岔時(shí),通過(guò)速度按45 km/h考慮。

④9號(hào)道岔后長(zhǎng)按15.73 m考慮,12號(hào)道岔后長(zhǎng)按26.6 m考慮[15]。

折返渡線總長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 折返渡線總長(zhǎng)度

1.1 折返能力分析

(1)技術(shù)作業(yè)流程

站前單渡線車站布置見圖2。

圖2 站前單渡線車站布置Fig.2 Station layout of single crossing line in front of station

圖2中,A點(diǎn)為列車進(jìn)站點(diǎn)位置,B、C、F為軌道區(qū)段的分界點(diǎn),D為故障列車停車位置,E為上、下行列車停車位置,S1、S2、S3、S4為信號(hào)機(jī)。

第1列車沿BC方向進(jìn)入E側(cè)站臺(tái)停車并辦理上下客作業(yè)。辦理第1列車的出站進(jìn)路,第1列車沿CF方向出站,列車出清F點(diǎn)后,開放進(jìn)站信號(hào),辦理第2列車的接車進(jìn)路,第2列車沿BC方向進(jìn)站并?？縀側(cè)站臺(tái),由此形成往復(fù)循環(huán)。站前單渡線折返作業(yè)流程見圖3。

圖3 站前單渡線折返作業(yè)流程Fig.3 Operation flow of single return crossing line in front of station

(2)折返能力分析

根據(jù)站前單渡線折返作業(yè)流程,站前單渡線折返能力由進(jìn)路辦理時(shí)間、進(jìn)站作業(yè)時(shí)間、停站上下客時(shí)間、出站作業(yè)時(shí)間所決定。折返作業(yè)時(shí)間計(jì)算式為

T折返=T進(jìn)路+T進(jìn)站+T停站+T出站

(3)

為避免列車在站前區(qū)間非正常制動(dòng)或停車,計(jì)算進(jìn)站作業(yè)時(shí)間還應(yīng)考慮追蹤列車距離進(jìn)站道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)的最小距離L進(jìn),最小距離計(jì)算式為

L進(jìn)=L信號(hào)+L制動(dòng)+L安全+L列車/2

(4)

式中,L信號(hào)為信號(hào)設(shè)備響應(yīng)延遲的走行距離,設(shè)備相應(yīng)延遲時(shí)間取2 s;L制動(dòng)為列車制動(dòng)距離,并附加制動(dòng)空走距離,空走時(shí)間取1 s;L安全為安全防護(hù)距離,各信號(hào)設(shè)備廠家不盡相同,綜合考慮取50 m。

(3)折返能力計(jì)算

根據(jù)站前單渡線與站臺(tái)端部的最小距離,對(duì)不同道岔型號(hào)、不同車輛編組情況下的站前單渡線折返能力進(jìn)行計(jì)算,主要計(jì)算參數(shù)如下。

①列車最高運(yùn)行速度80 km/h,計(jì)算速度取75 km/h。

②9號(hào)道岔側(cè)向允許通過(guò)速度35 km/h,12號(hào)道岔側(cè)向允許通過(guò)速度50 km/h,時(shí)取45 km/h[16-17]。

③停站時(shí)間按40 s考慮。

④A型車6輛編組,站臺(tái)長(zhǎng)度為140 m。

⑤B型車6輛編組,站臺(tái)長(zhǎng)度為118 m。

⑥直線電機(jī)車輛6輛編組(6L),站臺(tái)長(zhǎng)度為102 m。

考慮10%儲(chǔ)備量后,折返能力計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 折返能力計(jì)算

由表2可知,當(dāng)線路偏角較小,折返渡線長(zhǎng)度較短,折返能力較高。采用圖1站前單渡線布置形式及12號(hào)道岔,可以實(shí)現(xiàn)約20對(duì)/h的折返能力。

2 站前交叉渡線

車站采用島式站臺(tái),區(qū)間采用小線間距,受外部因素控制,車站緊鄰曲線端部,且曲線端部至車站站臺(tái)端部的直線長(zhǎng)度不足以設(shè)置折返渡線。當(dāng)需要在車站站臺(tái)臨近曲線側(cè)設(shè)置折返渡線,且曲線偏角與9號(hào)或12號(hào)道岔的轍叉角度基本相當(dāng)時(shí),可按照?qǐng)D4設(shè)置站前交叉渡線。

圖4 站前交叉渡線平面示意Fig.4 Cross crossing plane in front of station

2.1 線路設(shè)計(jì)

根據(jù)線路轉(zhuǎn)向及偏角,左線連接交叉渡線的直股,右線連接交叉渡線的側(cè)股,左線曲線的偏角等于道岔角度。

左線曲線貼近站臺(tái)端部設(shè)置,曲線半徑及緩和曲線按照不低于道岔側(cè)向容許通過(guò)速度設(shè)置。

道岔至有效站臺(tái)端部的走行距離與道岔轍叉角度、車站區(qū)段線間距、交叉渡線線間距有關(guān)。當(dāng)左線曲線端部貼近站臺(tái)端部時(shí)[18],有

(5)

(6)

(7)

式中,L左為左線站臺(tái)端部至交叉渡線的距離;L右為右線站臺(tái)端部至交叉渡線的距離;D1為車站地段線間距;D2為交叉渡線線間距;T為左線曲線的切線長(zhǎng)度;R為左線曲線的圓曲線半徑;L為左線曲線的緩和曲線長(zhǎng)度;α為左線曲線的偏角。

為滿足技術(shù)規(guī)范要求,左線曲線端部與交叉渡線道岔端部的直線距離不應(yīng)小于5 m。當(dāng)區(qū)間線間距為6 m,圓曲線長(zhǎng)度不小于25 m時(shí),交叉渡線與站臺(tái)端部的最小距離見表3。

表3 交叉渡線道岔距離站臺(tái)端部的最小距離 m

2.2 折返能力分析

根據(jù)技術(shù)作業(yè)特征,站前交叉渡線折返可分為單股道折返和雙股道交替折返,由于交叉渡線距離站臺(tái)較遠(yuǎn),折返能力較低[19-20]。因此,本次僅對(duì)雙股道交替折返進(jìn)行分析。

(1)技術(shù)作業(yè)流程

圖5中,A點(diǎn)為列車進(jìn)站點(diǎn)位置;B、C、F、G為軌道區(qū)段的分界點(diǎn);D、E為站臺(tái)停車位置;S1、S2、S3、S4、S5為信號(hào)機(jī)。

圖5 站前交叉渡線車站布置Fig.5 Station layout of cross crossing line in front of station

第1列車沿BF方向進(jìn)入E側(cè)站臺(tái)停車并辦理上下客作業(yè);進(jìn)站信號(hào)機(jī)開放,辦理第2列車的接車進(jìn)路,第2列車沿BC方向進(jìn)入D側(cè)站臺(tái)停車并辦理上下客作業(yè);辦理第1列車的出站進(jìn)路,第1列車沿FG方向出站,列車出清G點(diǎn)后,開放進(jìn)站信號(hào),辦理第3列車的進(jìn)站進(jìn)路,第3列車沿BF方向進(jìn)站并?？縀側(cè)站臺(tái);辦理第2列車的出站進(jìn)路,第2列車沿CG方向出站,出清G點(diǎn)后開放進(jìn)站信號(hào),辦理第4列車的進(jìn)站進(jìn)路,第4列車沿BC方向進(jìn)站?？緿側(cè)站臺(tái),由此形成往復(fù)循環(huán)。站前交叉渡線雙股道折返作業(yè)流程見圖6。

圖6 站前交叉渡線雙股道交替折返作業(yè)流程Fig.6 Alternate reentry process of double crossing line in front of station

(2)折返能力分析

根據(jù)站前交叉渡線折返作業(yè)流程,站前交叉渡線折返能力由進(jìn)路辦理時(shí)間、進(jìn)站作業(yè)時(shí)間、出站作業(yè)時(shí)間所決定。折返作業(yè)時(shí)間的計(jì)算公式為

T折返=2×T進(jìn)路+T進(jìn)站+T出站

(8)

各參數(shù)計(jì)算要求與單渡線相同。

(3)折返能力計(jì)算

根據(jù)站前交叉渡線與站臺(tái)端部的最小距離,對(duì)不同道岔型號(hào)、不同車輛編組、不同車站區(qū)段線間距情況下的站前交叉渡線折返能力進(jìn)行計(jì)算,主要計(jì)算參數(shù)如下。

①列車最高運(yùn)行速度80 km/h,計(jì)算時(shí)取75 km/h。

②9號(hào)道岔側(cè)向允許通過(guò)速度35 km/h,12號(hào)道岔側(cè)向允許通過(guò)速度50 km/h,計(jì)算時(shí)取45 km/h。

③A型車6輛編組,站臺(tái)長(zhǎng)度為140 m。

④B型車6輛編組,站臺(tái)長(zhǎng)度為118 m。

⑤直線電機(jī)車輛6輛編組,站臺(tái)長(zhǎng)度為102 m。

考慮10%儲(chǔ)備量后,折返能力計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 折返能力計(jì)算結(jié)果

由表4可知,采用圖4所示站前交叉渡線布置形式及12號(hào)道岔,可以實(shí)現(xiàn)約22對(duì)/h的折返能力。

3 兩種站前折返方案的適用性

對(duì)于軌道交通常見的列車編組(6A、6B),根據(jù)線路偏角和道岔型號(hào)的不同,站前單渡線布置形式可以達(dá)到13～20對(duì)/h的折返能力,根據(jù)車站線間距和道岔型號(hào)的不同,站前交叉渡線布置形式可以達(dá)到19～25對(duì)/h的折返能力。對(duì)于直線電機(jī)地鐵系統(tǒng)及其采用短編組的中低運(yùn)量系統(tǒng),站前折返布置形式的折返能力將進(jìn)一步提升。

單渡線布置形式僅適用于區(qū)間采用大線間距的地段,對(duì)于提高運(yùn)營(yíng)靈活性的單渡線亦可參照本研究成果進(jìn)行設(shè)置。

交叉渡線折返能力較單渡線有較大程度地提高,但研究的交叉渡線布置方案僅適用于線路偏角與道岔型號(hào)相當(dāng),且區(qū)間采用小線間距的地段。

4 結(jié)論

在島式車站站前折返研究中,當(dāng)站前曲線與站臺(tái)之間的直線長(zhǎng)度無(wú)法滿足折返渡線布置時(shí),可以根據(jù)區(qū)間線間距及線路偏角情況靈活布置單渡線或交叉渡線。若進(jìn)一步釋放線路通過(guò)能力,站前折返能力基本能滿足大運(yùn)量系統(tǒng)初、近期和中低運(yùn)量系統(tǒng)遠(yuǎn)期的折返要求,能直接有效地降低工程(初期)投資及運(yùn)營(yíng)成本。

曲線地段站前折返研究的站前單渡線、交叉渡線方案均為尋求工程經(jīng)濟(jì)合理的優(yōu)化需求,可在規(guī)劃、前期方案研究階段提供有益借鑒和理論支撐。當(dāng)采用站前折返形式,但站前折返能力不滿足遠(yuǎn)期行車組織要求時(shí),應(yīng)明確線路延伸的建設(shè)時(shí)機(jī),在工程設(shè)計(jì)階段,還應(yīng)根據(jù)實(shí)際線路情況、牽引速度曲線及信號(hào)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)折返能力計(jì)算。