地鐵車輛段站場設計相關問題研究

李桂桂,馮太群

(西南交通大學交通運輸與物流學院，成都 610031)

1 概述

國外大城市的成功經驗表明,大力發展城市軌道交通是解決城市內交通堵塞日益嚴重的最有效的途徑,而地鐵的運行離不開車輛段。地鐵車輛段是地鐵系統工程重要組成部分,承擔著運營車輛的管理、運用、維修保養和檢修,保證按時提供技術狀態良好的車輛,是保證地鐵系統安全運行的總后勤部。車輛段占地大、投資多,對地鐵工程建設的影響大,其設計的優劣關系到日后使用的方便性、靈活性及運營效率。從地鐵車輛段出入線設計、平面布置、洗車線設計等幾個方面入手,探討地鐵車輛段設計過程中幾個關鍵問題。

2 車輛段出入線設計分析

出入線是連接地鐵正線與車輛段的通路,其布置形式應該在滿足接發列車能力需求、安全、經濟的前提下,結合實際工程狀況來確定。車輛段、停車場出入線的設計應保證列車進入正線或由正線回段時安全、可靠、迅速,且運行合理、經濟。

2.1 接軌站位置選擇

(1)接軌站的選擇應本著方便運營、減少列車出入的空走時間、降低運營成本的原則,根據列車運行交路選擇接軌站。

(2)車輛段接軌點站址應該符合城市規劃部門的要求,其建設應避免對城市環境和景觀造成負面影響,同時應避免出入線平縱斷面設計過于復雜。

(3)車輛段接軌站點應考慮多線共址的可能性,以實現車輛段資源共享,減少工程投資。

(4)接軌站點應接近規劃商業中心,便于進行車輛段上蓋物業開發,形成規模效應,帶動車輛段周圍區域經濟的發展,提高城市的活力。

2.2 接軌形式分類及分析

《規范》第22.2.7條規定：車輛段出入線應按雙線雙向運行設計,并避免切割正線,有條件時可結合段型布置,實現列車調頭轉向功能。車輛段列車出入頻繁,為保證列車出入安全可靠、迅速,車輛段出入線原則上應按雙線雙向運行設計,以確保在事故狀態下,其中一條線路發生故障時,另一條線路仍可保證列車出入作業,出入線接軌方式主要有以下幾種形式。

(1)按照出入線與正線相交形式可以分為平交與立交2種接軌方式,如圖1所示。

圖1 出入線接軌方式

a類布置形式采用平面交叉方式,其工程量較小,費用較低,但出入段作業影響正線列車運行,高峰小時出入段行車能力受到限制,一般不宜采用該種交叉方式。

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b類布置形式采用立體交叉方式,可避免列車出入段作業對正線行車的干擾,滿足出入線高峰小時通過能力需求,但其工程量及費用較大。應根據交叉點地質情況、地形條件、工程量以及高峰小時出入線能力要求等方面進行比較評價后,選擇經濟合理交叉方式。

(2)按照接軌位置可以分為折返站站后接軌和區間接軌。折返站站后接軌形式,根據配線的不同有多種形式,現分析比較常見的2種方案,如圖2所示。

圖2 折返站站后接軌形式

方案分析：方案a的優點：①折返站站后接軌有利于運營管理及維修；②避免切割正線,保證正線列車運行不受干擾；③出入線之間采用交叉渡線相連,使每條線都能進行收發列車作業,增加了收發車靈活性。缺點：①出入線兩正線間引出,增大了正線線間距,增大了車站規模及工程投資；② 出入線之間采用交叉渡線,道岔個數增多,增加了養護與維修費用。

方案b是站后兩正線間分別設渡線與入段線接軌,入段線可兼作折返線使用,出入線之間不設交叉渡線,兩線隔開設置,列車出段作業與折返作業完全隔開。優點：①、②同方案a；③出段線前端設置安全線,保證出段作業安全。缺點：①同方案a；②入段線承擔列車折返與入段作業,出段線只承擔列車出段作業,2條線作業負荷不均衡；③出入段線不連通,靈活性比較差。

區間接軌根據配線具有多種形式,大致可以分為兩大類,如圖3所示。

圖3 區間接軌形式

方案分析：a類方案一般在車輛段用地受到限制且站間距過大的情況下采用,優點為可以避免出入線過長且保證出入線順直,減少工程投資。缺點：①出入線區間接軌,不利于運營管理；②早間發車及夜間收車不靈活,更不利實現雙向收發車；③車輛段段內不設置回轉線時,無法實現列車調頭轉向功能,更會造成車輛輪對偏磨問題；④出入線需要上跨或者下穿正線,不利于列車運行且施工困難,增加工程投資。

b類方案一般在車輛段垂直于正線,車站為地面站,兩站距離不太遠的情況下采用,優點：①可實現列車調頭轉向功能,避免設置回轉線,解決車輛輪對偏磨的問題；②收發列車比較方便,運營組織靈活。缺點：①同方案a；②出入段線分開走行,工程拆遷量較大；③2處設信號設備,增加投資,管理不方便。

2.3 出入線長度及坡度設計

《規范》規定車輛段出入線設計,應根據行車和信號的要求,留有必要的信號轉換作業長度。設計時應在滿足行車和信號作業要求的前提下盡量縮短出入線長度,減少空車走行距離,降低工程投資。

規范規定出入線最大坡度不宜大于40‰,設計中應該盡量放緩。由于車輛制動性能、加速度、速度、線路條件等方面的限制,設計坡度不宜超過35‰。當入段線需要作為折返線使用時,應在靠近車站位置處設計1段長度為列車長度加40 m,隧道內的坡度不宜大于2‰,地面和高架橋上坡度不宜大于1.5‰的下坡道；出入線過長時,應避免出現坡度超過30‰的過長或連續大坡度,一段大坡度長度最好控制在500 m以內,大坡度之間最好設置小于20‰的較緩過渡坡度。

3 車輛段總平面布置形式研究

《地鐵設計規范》第22.2.9條規定：車輛段的總平面設計,應根據車輛運用和檢修的作業要求,并綜合考慮維修中心、物資總庫和培訓中心等其他設施的布局及道路、管線、綠化、消防、環保等要求,以及考慮當地氣象條件等,合理布置。車輛段總平面主要由股道、道路、運用檢修主廠房、輔助生產廠房、生產辦公房屋、生活房屋及綠化等要素組成,車輛段總平面設計過程中應盡量優化其布置形式及各要素,建設用地節約型車輛段基地,減少征地及工程投資。

3.1 按主廠房、運用庫及停車庫的位置關系

根據車輛段檢修主廠房、運用庫及停車庫的位置關系,地鐵車輛段總平面布置形式一般可分為并列式、縱列式及復合式3種。

并列式是三者并列布置,該形式布置緊湊,作業集中,便于管理,但是對場地寬度有一定的要求,距離廠前區較遠,走行距離較大,工藝不如縱列式流暢。

縱列式主要用于狹長地形,宜采用倒裝式布置形式,將檢修部分與運用部分逆向布置,利用調車線或走行線將兩部分連接。其優點是檢修設施與運用設施相對獨立,車輛在段內運用作業和檢修作業相互干擾小,列車走行順暢,洗車線和試車線布置容易,且可有效利用占地面積,但是不方便管理。

復合式布置根據組合方式不同,一般有2種形式,一種是運用庫與檢修主廠房并列布置,與停車庫縱列布置,該布置形式運用檢修作業集中,方便管理；另一種是停車庫與運用庫并列布置,與檢修主廠房縱列布置,該形式將運用與檢修作業分開,作業安全。復合式綜合了并列式與縱列式布置的優點,受地形限制較小,是普遍采用的布置方式。

3.2 按車間、廠房組合形式布置

地鐵車輛段的總平面布置按廠房組合形式可分為集中式和分散式2種。集中式布置將性質相近的車間合并成聯合廠房,該布置的優點主要是廠房集中方便管理,工藝路線短,線路布置容易,但由于廠房面積大,自然采光和通風條件較差,消防設計較為復雜。分散式布置為各主要車間獨立設置或集中程度較小,其優缺點與集中式布置相反。

3.3 按站段關系布置

地鐵車輛段的總平面布置按站段關系分為貫通式和盡端式2種。貫通式車輛段在段的兩端均設有咽喉區并與正線連接,使得車輛進出段作業,特別是雙方向收發車作業十分方便。盡端式是只有一處出入段設施與正線連接。列車出、入段與進行其他作業列車或調機交叉干擾的幾率較貫通式大一些。在站段關系及地形條件允許的情況下,車輛段宜采用貫通式布置方案。

4 洗車線設計形式研究

車輛段應設機械洗車設施,一般包括洗車線、洗車機、生產房屋和設施(水池和給排水系統)。根據國內車輛段設計實踐及相關研究表明,常用的洗車線基本布置形式主要有貫通式和盡頭式兩大類。

(1)貫通式分為咽喉區貫通式和運用庫貫通式。咽喉區貫通式宜布置在入段線側,停車列檢庫前咽喉區前部,兩端與入段線順向連通；運用庫貫通式宜并聯布置在停車列檢庫外側,與前后咽喉區的入段線和牽出線連接,并設走行線。

(2)盡頭式分為一般盡頭式和往復盡頭式2種。一般盡頭式洗車布置比較靈活,一般布置在運用庫一側,與入段線相連；往復盡頭式兩端接入段線,并列布置在運用庫咽喉區前,應保證兩端線路牽出有效長不小于1列車長。

應根據車輛技術條件、洗車任務量以及總平面圖布置形式等因素選擇洗車線布置形式,盡量保證洗車作業時不影響其他線路的進路和段內道路的通行。車輛段總平面布置是車輛段設計的主要組成部分,設計時各項設備設施宜分區布置,性質相同或相近房屋合并布置,生活辦公房屋宜集中,布置齊整美觀；設計應初、近、遠期結合,統一規劃,分期實施。

5 結語

地鐵車輛段設計是一項非常重要且復雜的系統工程,涉及專業多、牽涉面廣、接口多,對工程投資及行車運用效率有直接影響。設計時要準確定位其功能需求及運營需要；出入線設計應結合段址的選擇、線路條件、車輛的技術條件和接軌站的條件進行經濟技術比較,選擇較為合理的接軌站和接軌方案；總平面的布置形式應根據檢修工藝、外部條件和設計規模等因素合理選擇及優化,減少工程投資,提高運營效率。

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