軌道交通終點(diǎn)站折返能力分析及改進(jìn)研究

王志海

(上海申通地鐵集團(tuán)有限公司，201103，上海∥高級(jí)工程師)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，軌道交通客流快速增長(zhǎng)與線路運(yùn)能供應(yīng)不足的矛盾是運(yùn)營(yíng)企業(yè)面臨的主要問(wèn)題，而千方百計(jì)增加運(yùn)能供應(yīng)、滿足客流需求則一直是運(yùn)營(yíng)管理工作的重中之重。

1 影響線路能力的因素分析

在列車(chē)配備充足、列車(chē)編組恒定的情況下，軌道交通線路運(yùn)輸能力的提高依賴于線路追蹤能力和折返車(chē)站折返能力的提高。

1.1 線路追蹤能力

線路上前后兩列車(chē)之間必須具有一定的間隔以保證列車(chē)運(yùn)行安全。此距離間隔可換算為時(shí)間間隔，稱為線路追蹤能力。其控制值通常取決于列車(chē)停站作業(yè)過(guò)程，此時(shí)的最小列車(chē)追蹤間隔時(shí)分下可達(dá)線路最大追蹤能力。

上海軌道交通已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的各條線路基本都采用了自動(dòng)信號(hào)設(shè)備，線路追蹤間隔時(shí)間一般不超過(guò)120 s(見(jiàn)表1)。

表1 上海軌道交通各線路追蹤間隔時(shí)間 min

1.2 折返站折返能力

列車(chē)到達(dá)折返站后，從停穩(wěn)開(kāi)始計(jì)時(shí)，進(jìn)行開(kāi)關(guān)門(mén)、上下客、轉(zhuǎn)換列車(chē)運(yùn)行方向(俗稱調(diào)頭)等作業(yè)后向?qū)ο騾^(qū)間發(fā)車(chē)，這一過(guò)程所用時(shí)間稱為列車(chē)折返作業(yè)時(shí)間。

列車(chē)通過(guò)折返作業(yè)并向同向線路區(qū)間連續(xù)發(fā)車(chē)的時(shí)間間隔稱為折返站折返能力。折返能力與車(chē)站配線布置形式、咽喉區(qū)長(zhǎng)度、列車(chē)長(zhǎng)度、運(yùn)行速度、辦理進(jìn)路時(shí)間和車(chē)載ATO(列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行)動(dòng)作時(shí)間等有關(guān)。此外，折返能力還與折返模式有關(guān)，如站前折返、站后折返、多線折返等。因此，提高折返能力的途徑有兩種:一種是壓縮折返過(guò)程的作業(yè)時(shí)間，實(shí)施緊交路折返作業(yè);另一種是采用靈活的折返形式，如增加折返列車(chē)數(shù)等。

上海軌道交通已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的11條線路中，在終端折返站基本采用單線站后折返，折返時(shí)間均不小于3 min(見(jiàn)表2)。

1.3 線路行車(chē)能力

軌道交通線路的行車(chē)能力由線路追蹤能力和折返能力共同制約，二者之間較小的一個(gè)就是線路最大行車(chē)能力。由于自動(dòng)信號(hào)和移動(dòng)閉塞的廣泛采用，線路追蹤能力一般可達(dá)到90 s甚至更低，故折返能力決定一條線路的最大行車(chē)能力。表3為上海軌道交通各線行車(chē)能力。

表2 上海軌道交通各線折返站圖定折返時(shí)間 min

從表3可以看出，目前上海軌道交通各線路的行車(chē)能力還未達(dá)到設(shè)計(jì)行車(chē)能力，運(yùn)能有進(jìn)一步提高的空間。而通過(guò)提高折返能力可顯著提高線路行車(chē)能力。

表3 上海軌道交通各線行車(chē)間隔時(shí)間 min

2 折返車(chē)站布置形式

2.1 站臺(tái)形式

列車(chē)在到達(dá)站臺(tái)后，需進(jìn)行開(kāi)關(guān)門(mén)、上下客等作業(yè)，然后根據(jù)信號(hào)進(jìn)行折返作業(yè)或發(fā)車(chē)作業(yè)。在軌道交通線路中，車(chē)站站臺(tái)一般分為側(cè)式和島式兩種。

站臺(tái)形式的選取主要考慮客流量、地形條件、配線設(shè)置、工程造價(jià)等。相對(duì)而言，側(cè)式站臺(tái)承受的客流壓力較小，單站臺(tái)面積較小;島式站臺(tái)承受的客流壓力較大，站臺(tái)面積也較大。

如車(chē)站設(shè)有存車(chē)線、避讓線等配線，或本站可進(jìn)行與其他線路的換乘作業(yè)，站臺(tái)也可采用側(cè)式與島式混合的形式，可根據(jù)行車(chē)需求和客運(yùn)組織需求靈活布置，如一島一側(cè)、一島雙側(cè)等。

2.2 折返線形式

根據(jù)站臺(tái)與折返線的相對(duì)位置，可分為站前折返(見(jiàn)圖1)和站后折返(見(jiàn)圖2)。

圖1 站前折返站布置圖

圖2 站后折返站布置圖

采用站后折返，列車(chē)在折返時(shí)與后續(xù)列車(chē)進(jìn)站無(wú)干擾，安全系數(shù)高，且上下客作業(yè)都是分開(kāi)進(jìn)行沒(méi)有交叉，客流組織方便。因此，大多數(shù)折返站都采用站后折返。但由于列車(chē)折返駛?cè)胝鄯祬^(qū)需一定的時(shí)間，且列車(chē)調(diào)頭與上下客不能平行作業(yè)，故站后折返在一定程度上限制了折返能力。

采用站前折返，列車(chē)發(fā)車(chē)進(jìn)路與后續(xù)列車(chē)進(jìn)站有交叉，必須緊湊作業(yè)才能保證后續(xù)列車(chē)正常進(jìn)站;上下客作業(yè)在同一側(cè)站臺(tái)進(jìn)行，客流容易產(chǎn)生交叉;當(dāng)采用雙線折返時(shí)，列車(chē)不固定停靠在哪一個(gè)站臺(tái)，給車(chē)站客流組織帶來(lái)混亂。但站前折返占地面積小，建設(shè)工程量小，因此在作為過(guò)渡性質(zhì)的臨時(shí)折返站一般采用該種折返方式。2號(hào)線的中山公園站、張江高科站就屬于此種類型。

3 折返能力分析

本節(jié)闡述的折返站能力基于列車(chē)長(zhǎng)度、信號(hào)制式、列車(chē)運(yùn)行速度、司機(jī)操作時(shí)間、上下客作業(yè)時(shí)間等基本要素都相同的情況，是不同折返模式下，折返車(chē)站向上行區(qū)間連續(xù)發(fā)出2列車(chē)的最短時(shí)間間隔。

3.1 站前折返

3.1.1 單線折返

僅利用上行站臺(tái)或下行站臺(tái)進(jìn)行折返，另一條折返線作為備用或存車(chē)線。整個(gè)作業(yè)過(guò)程為:第1列車(chē)出發(fā)——2/4號(hào)道岔置反位——第2列車(chē)進(jìn)站——第2列車(chē)上下客——第2列車(chē)出發(fā)……折返車(chē)站作業(yè)流程圖如圖3所示。

折返車(chē)站的單線折返能力為:

式中:

t1——列車(chē)從上行站臺(tái)動(dòng)車(chē)，出清道岔聯(lián)鎖區(qū)域時(shí)間;

t2——進(jìn)路辦理時(shí)間;

t3——列車(chē)從4號(hào)道岔外按正常速度進(jìn)入上行站臺(tái)時(shí)間;

t4——列車(chē)上下客、關(guān)門(mén)作業(yè)準(zhǔn)備出發(fā)時(shí)間。

圖3 站前單線折返作業(yè)流程圖

3.1.2 雙線折返

利用上下行站臺(tái)同時(shí)進(jìn)行折返，車(chē)站始終保留至少一列折返列車(chē)，初始狀態(tài)為車(chē)站上下行站臺(tái)各停一列車(chē)。

整個(gè)作業(yè)流程為:第1列車(chē)出發(fā)——1/3、2/4號(hào)道岔置反位——第3列車(chē)進(jìn)站——第2列車(chē)出發(fā)——1/3、2/4 號(hào)道岔置定位——第 4 列車(chē)進(jìn)站——第3列車(chē)出發(fā)……在此過(guò)程中，列車(chē)上下客、掉頭作業(yè)都與其他平行作業(yè)。

通過(guò)折返流程分析，可計(jì)算出雙線折返能力為:

比較式(1)、(2)可以看出，對(duì)于站前折返模式，其雙線折返能力大于單線折返能力，且雙線折返列車(chē)上下客作業(yè)時(shí)間充裕，便于車(chē)站客運(yùn)組織管理。

3.2 站后折返

3.2.1 單線折返

僅利用一條折返線進(jìn)行折返，另一條折返線作為備用或存車(chē)線。選取圖2中折2線作為折返線，初始狀態(tài)為折2線停放一列車(chē)。

整個(gè)作業(yè)流程為:第1列車(chē)駛出折返線——第1列車(chē)出發(fā)，2/4號(hào)道岔置反位——第2列車(chē)進(jìn)折返線——1/3、2/4號(hào)道岔置定位——第2列車(chē)駛出折返線——第2列車(chē)出發(fā)，2/4號(hào)道岔置反位……

通過(guò)折返流程分析，可計(jì)算出折返能力為:

式中:

t'1——進(jìn)路辦理時(shí)間;

t'2——列車(chē)從折返線駛?cè)胝九_(tái)時(shí)間;

t'3——列車(chē)調(diào)頭時(shí)間;

t'4——列車(chē)從站臺(tái)駛?cè)胝鄯稻€時(shí)間。

單線站后折返必要的作業(yè)環(huán)節(jié)很多，且大多不能平行作業(yè)，故提高折返能力只能通過(guò)壓縮列車(chē)走行時(shí)間、列車(chē)調(diào)頭時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，效果有限。

3.2.2 雙線折返

利用兩條折返線折返，折返線內(nèi)始終保留至少一列車(chē)，初始狀態(tài)為兩條折返線均停有列車(chē)。

整個(gè)作業(yè)流程為:第1列車(chē)駛出折2線——1/3、2/4號(hào)道岔置反位，第1列車(chē)上客出發(fā)——第3列車(chē)進(jìn)站下客——第3列車(chē)進(jìn)折2線——第2列車(chē)駛出折1線——1/3、2/4號(hào)道岔置定位，第2列車(chē)上客出發(fā)——第4列車(chē)進(jìn)站下客——第4列車(chē)進(jìn)折1線……

通過(guò)折返流程分析可計(jì)算出折返能力為:

式中:

t''3——下客時(shí)間;

其余符號(hào)同前。

比較式(3)、(4)可以看出，在站后折返模式下，雙線折返和單線折返能力相差不大，都要受限于列車(chē)駛?cè)搿Ⅰ偝稣鄯稻€的時(shí)間。與站前折返模式相比較，站后折返所用時(shí)間甚至更長(zhǎng)，折返能力也相對(duì)較低。站后雙線折返唯一的方便之處是在折返線內(nèi)列車(chē)有更多的轉(zhuǎn)換控制時(shí)間。

4 實(shí)例分析

上海軌道交通已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的11條線路中，1號(hào)線的運(yùn)能運(yùn)量矛盾最為突出。為此，1號(hào)線已將原有的6節(jié)編組列車(chē)全部更新為8節(jié)編組以增加運(yùn)能。但在目前條件下，很難通過(guò)縮短行車(chē)間隔實(shí)現(xiàn)運(yùn)能增加。1號(hào)線在2005年底將早高峰行車(chē)間隔縮短到約3 min，此后長(zhǎng)時(shí)間保持在3 min水平難以取得重大突破，這與折返站能力限制有關(guān)。

4.1 莘莊站實(shí)際折返能力

莘莊站配線布置如圖4所示，為站后折返站。莘莊站使用折2線進(jìn)行單線折返作業(yè)，折1線備用。列車(chē)停靠站臺(tái)約30 s，折返走行需46 s;列車(chē)進(jìn)路由自動(dòng)信號(hào)控制，道岔動(dòng)作及進(jìn)路排列時(shí)間為20 s;列車(chē)轉(zhuǎn)換控制方向由2名司機(jī)操作，調(diào)頭作業(yè)需要40 s。

圖4 莘莊站配線圖

如使用單線折返，莘莊站的折返能力為:

如果使用雙線折返，其折返能力為:

上述單、雙線折返條件下莘莊站的折返能力僅是理論上的數(shù)據(jù)，是以道岔動(dòng)作及進(jìn)路排列及時(shí)、司機(jī)嚴(yán)格按規(guī)定程序操作、乘客上下車(chē)及時(shí)不影響列車(chē)發(fā)車(chē)等條件為前提的，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中常常有一定偏差。因此，早高峰時(shí)，需要各個(gè)環(huán)節(jié)密切配合緊湊作業(yè)，才能基本滿足3 min的行車(chē)間隔。

4.2 設(shè)置站前交叉渡線提高折返能力

通過(guò)分析比較可以看出，折返站采用站前折返能減少列車(chē)進(jìn)入折返線走行時(shí)間，節(jié)約折返作業(yè)時(shí)分，從而提高折返能力。根據(jù)莘莊站區(qū)間線路條件，可在莘莊站前加裝交叉渡線，列車(chē)在上下行站臺(tái)原地調(diào)頭后，發(fā)車(chē)駛?cè)肷闲袇^(qū)間。但該措施也有明顯的弊端，莘莊站是側(cè)式站臺(tái)，使用雙車(chē)折返作業(yè)將給客流組織帶來(lái)較大的困難。加裝交叉渡線后，雖然線路的行車(chē)間隔達(dá)到了2.5 min，但對(duì)于莘莊站的乘客來(lái)說(shuō)單側(cè)站臺(tái)的行車(chē)間隔將是5 min，這對(duì)該站的服務(wù)水平有一定的影響，尤其是在早高峰時(shí)段，該站上行方向客流很大，在該種折返模式下，客運(yùn)部門(mén)要在站廳做好客流引導(dǎo)工作，避免一側(cè)站臺(tái)的客流壓力過(guò)大，影響正常運(yùn)營(yíng)。

4.3 延長(zhǎng)折返線提高列車(chē)走行速度

列車(chē)進(jìn)入到折返線的走行時(shí)間是制約折返能力提高的重要因素，通過(guò)延長(zhǎng)折返線長(zhǎng)度、提高列車(chē)走行速度來(lái)縮短走行時(shí)間不失為一個(gè)好的途徑。但該改進(jìn)措施需要對(duì)莘莊站的信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行改造，同時(shí)需要?jiǎng)舆w一定數(shù)量的民房，工程造價(jià)較大。

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