上海北翟路車輛段列車出入段能力研究

丁建中 王喜軍

(1.上海申通地鐵集團有限公司,201103,上海;2.鐵道第三勘察設計院集團有限公司,300251,天津∥第一作者,高級工程師)

在城市軌道交通運營中,車輛段的列車出入段能力是指單位時間內由車輛段進入到正線的列車對數,或由正線進入到車輛段的列車對數。列車的出入段能力需要與正線的運營能力相匹配,與正線列車的運行間隔相適應。

1 北翟路車輛段存在的問題

北翟路車輛段是上海市軌道交通2號線西延伸線的配套工程。由于受上海市軌道交通網絡化規劃整體方案的影響,北翟路車輛段的建設和2號線西延伸線正線建設相脫節。正線于2006年年底開通,而車輛段于2008年才開始工程設計。北翟路車輛段和2號線西延伸線正線的聯絡線長度為1.6 km。對于這種長大聯絡線,如果正線和車輛段同步建設,常規的設計方案是將正線的ATC(列車自動控制)系統延伸到車輛段與正線的分界點。目前,北翟路車輛段存在的主要問題是:早高峰時,列車的出段能力和正線列車的運營能力不匹配;由于聯絡線太長,不能滿足信號樓值班員的瞭望需求;受列車出入車輛段效率要求的影響,車輛段內的調車作業需要增加一定的靈活性。

由于客流壓力很大,上海軌道交通各條線的車輛配屬基本處于飽和狀態。為了改善聯絡線運能欠缺的現狀,上海軌道交通運營公司對正線運營能力進行了深層挖掘,采用提前1 h發車的辦法,提早讓列車進入正線。

2 解決北翟路車輛段問題的方案

為改善北翟路車輛段的列車出入庫能力達到列車出入段能力與正線列車的運行間隔相適應的效果,可采取如下不同的方案。

2.1 增加總出站信號機的方案

北翟路車輛段與2號線西延伸線正線聯絡線長度為1.6 km,車輛在段內的走行時間較長,單純增加總出站信號機,雖從一定程度上能夠緩解矛盾,但列車出段能力仍不能滿足正線列車的運行間隔。

2.2 延伸ATC系統的方案

上海軌道交通2號線正線采用USSI(美國聯合道岔與信號國際公司)的系統設備,車輛段與正線之間的聯絡線采用數字軌道電路,使列車具備ATP(列車自動保護)功能。在ATP系統模式下,列車能以60 km/h的速度駛往正線,能夠保證列車安全、準點。

采用延伸ATC系統的方案,在城市軌道交通中較為普遍。這一方案之所以沒引起注意,是由于車輛段與正線的聯絡線較短,一般在350～450 m之間,作為局部延伸,其工程造價和諸多矛盾等問題暴露得不充分。上海軌道交通4號線浦匯塘車輛段就采用了這種方案。但是,北翟路車輛段與2號線西延伸線正線聯絡線長度為1.6 km,不僅工程造價大,而且還有一些技術問題難以實現。比如:目前從停車庫到總出發信號機需運行 5 min,而USSI的方案要求為2 min;同時,延伸工程對運行的干擾大,USSI提出每天晚上必須給4h的調試時間。

2.3 擴大車輛段聯鎖的方案

擴大車輛段聯鎖方案,是將車輛段與正線的聯絡線納入車輛段,將聯絡線軌道電路進行劃分,增加若干條調車進路,通過段內調車的形式使出段列車呈隊列排列,提高列車出段的效率,達到了和正線運行間隔相匹配的效果。圖1為北翟路車輛段和正線聯絡線平面布置圖;表1為列車的走行時間和走行速度對照表。由北翟路車輛段正線轉換軌起點分界點(X22或者X24)起,將聯絡線分為411 m、450 m、450 m、475 m共4段。區段劃分及對應的列車走行時間和走行速度分別見圖1和表1。

圖1 北翟路車輛段和正線聯絡線平面布置圖

表1 列車走行時間和行駛速度對照表

表1中,列車的行駛速度為平均速度。實際上,《上海軌道交通2號線運營管理辦法》中規定:列車在車輛段內的最高行駛速度為20 km/h。

在方案的研討過程中,設計院、申通研究所、申通機電事業部等單位的技術專家都肯定了該方案的模型,但是,對人工駕駛時防護距離的長度、列車以某一速度行駛時的有效制動距離、在滿足隊列式出段情況下的最小制動距離等安全問題非常關注。列車在按隊列形式出段時,是在人工駕駛模式下行駛。本文按照人工駕駛模式的預設參數,對列車在某一速度下行駛時的制動距離進行計算。

人工駕駛模式下的防護距離:

式中:

當一句話即便是在解歧和指派之后，其規約意義仍不能表達一個語義或概念上完整的真值條件命題時，理解話語就需要通過概念填充來產生完整的句子命題，這個過程稱作“補足”。如語語(4)。

v——列車制動之前的速度;

tk——列車制動空走時間(暫取1 s);

a——列車制動減速度值。

人工駕駛模式下,列車的行駛速度與制動防護距離對照表見表2。

北翟路車輛段與正線的聯絡線,線路情況復雜,存在坡道、彎道等制動的制約參數,因此其實際數值應在表2數值的基礎上作一定的修正。

表2 列車的行駛速度與制動防護距離對照表

由表2可以看出,北翟路車輛段如果采用擴大車輛段聯鎖方案,能夠滿足在最不利情況下的列車制動要求,能夠滿足列車在段內的運行速度和作業要求。若通過制定周密的列車運行計劃,該方案是能夠付諸實施的。

3 影響方案設計的因素和先決條件

3.1 線路條件

線路和站場條件對工程的影響,主要是指坡度、曲線兩大因素。坡度按最大坡度計算,制動率按照車輛最差制動率計算,以保證在最惡劣的線路條件下,列車實施制動措施后能夠停穩。從設計的角度來講,列車通過曲線一般需要限速,限速將導致效率低下。為了既能保證安全,又能提高效率,曲線半徑在2 000 m以上時可不限速。停車場或車輛段的轉彎半徑一般較小,在200～800 m之間。

3.2 氣候條件

在不同的天氣狀況下,列車的制動率是不一樣的。如雨、雪、潮、濕等天氣,都會對列車的制動產生一定的影響。

3.3 方案設計的合理性和適應性

方案設計的合理性主要取決于對方案評價的適應性。對于2號線西延伸線北翟路車輛段而言,受工期和規劃布局的制約,本著因地制宜、合理利用的原則,將聯絡線納入車輛段,采用擴大車輛段聯鎖的方案就是合理的。該方案既適應2號線運營的需求,又滿足工程建設的需要,方案的合理性和適應性達到了科學的統一。

3.4 運營管理的模式和方法

提升運力的關鍵是要求運營管理水平的提高。在北翟路車輛段與正線的聯絡線上增設攝像機,有利于調度員隨時觀察列車在聯絡線上的走行情況,實時掌握列車的實際運行情況,提高列車調度管理水平。

4 建議

按照《上海軌道交通2號線運營管理辦法》的規定,列車在停車庫內行駛時,速度不得超過5 km/h;在車輛段內調車作業時,速度不得超過20 km/h。各條線進入設計中的遠期階段后,客流增加,運營線路車輛增多,列車運營間隔縮短,車輛段的列車出入庫能力可能已不能滿足正線列車發車間隔的要求;另外,在運營高峰時段,往正線添車時,添車時機在一定程度上也受到車輛出入段能力的制約。

改善的意見和建議:在有條件的情況下,建議車輛段內適當增加調車信號機,以增加調車的靈活性;在必要的情況下,應該挖掘咽喉區的調車能力,列車出段時可以形成隊列,以提高發車效率;在確保行車安全的情況下,適當提高車輛段內列車出入段的速度和提高段內區域的調車速度,滿足發車時間間隔的要求。

[1] 劉志義,楊立新,崔彥凱,等.地鐵設計實踐與探索[M].北京:中國鐵道出版社,2009.

[2] 吳汶麒.軌道交通運行控制與管理[M].上海:同濟大學出版社,2004.

上海軌道交通11號線列車