折返能力對提高軌道交通線路運能的影響

王冠軍

(北京城建設計發展集團重慶分院 重慶 401147)

折返能力對提高軌道交通線路運能的影響

王冠軍

(北京城建設計發展集團重慶分院 重慶 401147)

為了解決城市軌道交通運能供給與需求的矛盾，我國各大城市最近新建的軌道交通線路紛紛選擇運能更大的A型車。經過分析認為，目前制約城市軌道交通線路運輸能力的瓶頸為車站的折返能力，進而提出站前雙折返站型，并計算理論折返能力，分析該站型的技術經濟性。最后，提出新線可按站前雙折返站建設，以便為將來全線線路運輸能力的提升提供保證。

城市軌道交通;追蹤間隔;折返能力;站前雙折返中圖分類號 U231+.92 文獻標志碼 A

1 問題的提出

目前，我國已成為世界上城市軌道交通發展最迅速的國家。然而，在實際運營中，很多城市軌道交通線路出現近期客流初期到、遠期客流近期到，早、晚高峰乘客上不了車的情況。鑒于此，各大城市新建的軌道交通線路紛紛選擇了運量更大的A型車。軌道交通具有快速、便捷、準點、舒適等諸多優點，使得地面公交的客流快速轉移到軌道交通。同時，軌道交通沿線房地產開發的強度太大，規劃線路建設速度又跟不上發展需求，無法分擔既有線路的客流，周邊地區居民只有通過公交橫向接駁軌道交通，客觀上加大了既有線路的客流負擔。盡管軌道交通是一種大運量客運交通系統，但目前運能與運量不相適應的矛盾仍是各大城市面臨的主要問題。千方百計增加運能供應，是軌道交通運營企業運營管理工作的重心之一。

2 影響線路運輸能力的因素分析

城市軌道交通通過能力是指在特定的線路、信號系統、車輛類型、列車編組、交路形式、站線配置條件下，單位時間內通過某斷面的最大列車對數，其能力大小主要取決于列車區間追蹤間隔、終點站及中間折返站的折返能力、行車交路。列車區間追蹤間隔是指采用一定的閉塞方式條件下，前行列車與后行到車之間的行車間隔時分(t)，取決于線路所采用的閉塞方式及信號系統。列車折返能力主要取決于列車在折返站的到達及出發間隔，一般情況下按照出發間隔進行折返能力計算。

在列車配備充足、編組恒定的情況下，軌道交通線路運輸能力的提高依賴于區間的追蹤能力以及折返站的折返能力。

2.1 追蹤能力

在軌道交通系統中，列車在線路上高速運行，前后兩列車之間必須具有一定的距離間隔以保證列車運行安全，并確保后行列車的正常運行不受前行列車的影響，不產生非正常的制動減速和停車，此距離間隔可以換算為時間間隔，成為列車追蹤間隔時分，即線路追蹤能力，如圖1所示。

圖1 區間列車追蹤間隔示意

圖1中:Sse為列車常用制動距離，Ssa為常用制動停車點到安全制動距離的差，Su為前行車的位置誤差。

在實際運營中，列車在中間站要經過進站減速、上下客、開關門、出站加速等作業過程，因此線路的最小追蹤間隔時分的控制值通常發生在列車停站作業過程中，當前行列車進行停站作業時，后行列車與前行列車必須具有足夠的距離間隔，此作業過程中要求的列車追蹤間隔時分最大，此時的最小列車追蹤間隔時分為線路最大追蹤能力。在移動閉塞信號系統中，通過先進的通信手段來提高對列車的定位精度，實現車-地間的雙向數據傳輸，在提高列車通過能力的同時，縮短列車運行間隔。目前，國內移動閉塞信號控制技術的最小追蹤間隔可以達到90 s。據此計算，采用移動閉塞信號控制系統的線路，其通過能力可以達到40對。車站區域列車追蹤間隔示意見圖2，其中St為列車長度。

圖2 車站區域列車追蹤間隔示意

2.2 折返能力

折返能力是軌道交通線路運輸能力的關鍵環節，折返能力與線路信號制式、車站配線布置形式、咽喉區長度、列車長度、道岔號、列車運行速度、技術作業時間等因素均有密切的關系。國內常見的折返形式有站前折返、站后折返兩種方式，下面以線路采用基于通信的移動閉塞系統分別計算兩種折返形式的能力。

2.2.1 基礎資料

1)車輛參數。車輛最高運行速度為vmax=78 km/h=21.67 m/s;常用制動平均減速度為b=1.0 m/s2;常用啟動平均加速度在額定載客情況下，列車速度從啟動加速到40 km/h，不小于0.9 m/s2;0 ～80 km/h，平均加速度不小于0.5 m/s2;制動空走時間 tk=1.5 s;列車長度為120 m;計算車站站臺寬度為10 m。

2)道岔參數。列車側向通過9號道岔限速30 km/h，12號道岔為45 km/h。按城市軌道交通工程項目建設標準，允許列車瞬時超速5 km/h。因此，列車進入折返線的速度可按最大速度計算，不再打折扣。

3)信號參數。辦理進路及信號開放時間按14 s計;折返時駕駛室轉換時間按20 s計。

4)列車在折返站作業時間。折返時駕駛室轉換時間按20 s計;列車進站時間，按最小追蹤間隔在牽引計算圖上查取;列車出站時間，根據出站距離長短在牽引計算圖上查取;列車進出折返線的時間，由牽引計算圖上查取。

2.2.2 折返能力計算

下面以島式車站站前、站后折返為例，計算目前國內常用站型最大理論折返能力，其余站型，如側式車站站前、站后折返能力大同小異，本文不再贅述。

1)站前折返。單渡線折返適用于分段開通的臨時折返站，或在故障情況下供列車臨時折返。也可用于維修車輛轉線。按假定條件，計算島式車站站前單股道折返理論折返能力為29.27對。經計算(見圖3)，島式車站站前交叉折返能力與單股道折返能力基本相當，本文不再贅述。

2)站后折返。站后設交叉渡線和兩條折返線，列車折返基本上固定使用與出發正線貫通的折返線，另一條折返線可作故障列車停留線或存車線使用，站后折返不受列車到站或出發的干擾。圖4是典型站后折返能力計算圖。按假定條件，計算島式車站站后折返理論折返能力為31.03對。

2.2.3 折返能力評價

以上計算值為目前國內常用站型最大理論折返能力，而在實際運營中，受車站寬度增加、列車供電電壓、乘客人數、天氣狀態以及駕駛員操作等影響，理論折返能力往往無法實現。目前，我國各大地鐵運營城市線路折返能力普遍在30對左右。

圖3 典型站前單股道折返能力計算

圖4 典型站后折返能力計算

3 提高折返能力的思考

一般情況下，普通的站前和站后折返形式可以滿足系統通過能力最大為30對的折返能力需求。但在實際系統設計中，經常會遇到一些較復雜的情況，如受客流斷面、車站規模、建筑結構形式、工程地質條件等因素的影響和限制，以及列車編組長度的增加延長了列車折返走行距離，所有這些因素都會對折返能力產生不利影響，造成采用簡單的站前折返或站后折返形式難以滿足折返能力的需求，或折返能力儲備不足。此外，相對于最小追蹤間隔來講，折返能力是真正制約線路運輸能力提高的最大瓶頸。目前，國內各大城市軌道交通線路運能的供給與需求不相適應，很有必要研究提高線路的折返能力，千方百計地增加運能供給。

業內有專家學者提出:通過改用12號道岔提高折返列車過岔速度，從而提高折返能力約15%。筆者旨在另辟蹊徑，從車站配線形式著手，提出站前雙折返配線方案。

3.1 站前雙折返站配線方案

在原站前交叉渡線折返基礎上，增加一條立交聯絡線，將站前平面交叉進路改為立體交叉，如圖5所示。該站型車站在站前具備兩條獨立折返進路，列車可以交錯使用兩條進路折返，互不干擾，從而提高車站的折返能力。

3.2 站前雙折返作業流程

站前雙折返站型在站前具有兩組接車進路與兩組發車進路，各進路之間相互獨立，基本無作業干擾。具體作業流程為:列車1直向進站，辦理完車站作業后，由聯絡線出站，進入下行方向正線;列車2側向進站，辦理完車站作業后，直向出站。依次交替使用島式站臺兩側進行折返作業，作業流程見圖6。

3.3 站前雙折返土建可行性

站前雙折返站型除聯絡線外與常規站前折返站相同。聯絡線的設置需要完成聯絡線與上行正線的立體交叉，進而通過道岔接入下行正線。經過分析，交叉點處保證軌面高差12 m，可滿足高架與地下敷設立交的可行性，由此推斷聯絡線長度可控制在700 m左右。該長度小于常規的軌道車站站間距，具有可行性。在實際運用時，還應結合站間距離、地質條件、地形變化和線路縱斷面綜合比選。折返能力計算見圖7。

圖5 站前雙折返配線

圖6 站前雙折返作業流程

圖7 站前雙折返能力計算

3.4 折返能力評價

站前交叉渡線折返最大的問題在于接車進路與發車進路相互干擾，交叉折返時尤其嚴重。站前雙折返站型通過進路立體化，有效地解決了車站接車與發車之間的沖突干擾，折返作業相對獨立。經圖表法計算(見圖7)，其理論折返能力可以達到驚人的60對，其車站的接車時間間隔、發車時間間隔為60 s，均小于信號系統最小追蹤間隔。

可以說，正是因為站前雙折返站型較常規車站增加了一段聯絡線區間長度，使車站折返能力大大提高，在土建上為全線運輸能力的大幅提高提供了硬件支持。

4 站前雙折返技術經濟分析

為實現進路立體交叉，需增加一段約700 m的區間聯絡通道，考慮到列車在區間運營的速度，區間接軌采用12號或以上道岔。估算增加投資約6 000萬元。

假定線路車輛為A6編組，按遠期30對/h、設計運能為5.58萬人次;采用站前雙折返配線形式后，按信號最小追蹤間隔90 s，即遠期40對/h、設計運能為7.44萬人次。運能增加1.86萬人次，提高33.3%。

綜上分析，對地鐵線路來講，若兩端折返站采用站前雙折返線形式，全線工程投資較常規方案增加1.2億元，但全線運能可以提高33.3%，技術經濟效益非常顯著。

5 結論與建議

5.1 結論

1)目前，制約我國地鐵運輸能力提高的關鍵因素為線路折返能力瓶頸問題，隨著設備系統的更新發展，最小追蹤間隔與折返能力的矛盾將越來越大，嚴重制約線路運輸能力的提升，制約我國地鐵運營管理水平的提高。

2)筆者提出的站前雙折返站型，增加了一條聯絡線，對車站土建、設備系統均沒有大的影響。經分析計算，可以達到40對/h及以上行車能力的折返需求，適

合在客流斷面、車站規模、實施條件、折返能力有需求的情況下選用。

5.2 建議

地鐵工程為百年大計，一般設計按照線路開通運營25年后為遠期設計運輸能力及土建規模。25年乃至50年之后，線路客流需求是什么情況?線路折返能力是否還滿足運營需求?等等，存在很多的不確定性。因此，建議新設計建設的軌道交通線路，其兩端折返站形式可采用站前雙折返設計，車站預留40對/h折返能力，為將來全線路運輸能力的提升提供保證。

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Influence of Turnback Capability on Improving Transport Capacity of Rail Transit

Wang Guanjun
(Chongqing branch，Beijing Urban Construction Design ＆ Development Group Co.，Ltd.，Chongqing 401147)

Abstract:In order to solve the contradiction between supply and demand of urban rail transit capacity, the model A train with greater capacity was chosen in the new rail transit lines of big cities in our country recently. Analysis shows that the bottleneck restricting transport capacity of urban rail transit is the station’s turnback capability. This paper puts forward the concept of“double station - end turnback station”, and calculates the turnback capacity theoretically, and analyzes technical economy of this type station. Finally, the paper suggests that stations in new lines could be constructed as the double turnback stations to ensure improving transport capacity of rail transit for the future.

Key words:urban rail transit; tracking interval; turnback capacity; double station - end turnback station

1672－6073(2014)03－0039－04

10.3969/j.issn.1672 －6073.2014.03.010

收稿日期:2013－08－06

2013－10－08

作者簡介:王冠軍，男，大學本科，工程師，從事城市軌道交通行車、線路、站場工作，wgj0308@163.com

(編輯:曹雪明)