上海軌道交通5號(hào)線莘莊站站后折返能力改進(jìn)分析

劉 建

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，200070，上海//工程師)

上海軌道交通5號(hào)線既有線信號(hào)系統(tǒng)按當(dāng)時(shí)遠(yuǎn)期行車(4 節(jié)編組)間隔163 s 設(shè)計(jì)。新一輪上海城市軌道交通規(guī)劃要求既有5號(hào)線及5號(hào)線南延伸建成后，初、近期行車間隔約為150 s，遠(yuǎn)期為120 s。因此，既有5號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)已不能滿足未來5號(hào)線南延伸接入后貫通運(yùn)營的需求，需對(duì)既有5號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)同步進(jìn)行CBTC(基于通信的列車控制)改造。莘莊站作為大小交路的折返點(diǎn)，其折返能力對(duì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營交路至關(guān)重要。本文就如何提高莘莊站折返能力進(jìn)行分析與探討。

1 工程條件

1.1 運(yùn)營組織

根據(jù)5號(hào)線南延伸工程初步的行車組織要求，5號(hào)線全線遠(yuǎn)期開行對(duì)數(shù)為30 對(duì)/h，如圖1所示。因此，莘莊站作為大小交路的折返點(diǎn)，折返能力需達(dá)到30 對(duì) /h 及以上。

圖1 5號(hào)線初、近、遠(yuǎn)期行車交路圖

1.2 站臺(tái)擴(kuò)建

既有5號(hào)線莘莊站有效站臺(tái)長度為80 m。根據(jù)5號(hào)線南延伸初步站臺(tái)擴(kuò)建方案，5號(hào)線莘莊站將按照遠(yuǎn)期接發(fā)6 節(jié)編組列車要求進(jìn)行站臺(tái)“4 改6”擴(kuò)建，下行站臺(tái)向西擴(kuò)建40 m，上行站臺(tái)向東擴(kuò)建14 m、向西擴(kuò)建26 m，如圖2所示。

1.3 仿真參數(shù)

仿真分析和實(shí)際折返能力計(jì)算表明，由于4 節(jié)編組列車走行距離較短，其折返能力一般優(yōu)于6 節(jié)編組列車折返能力。因此，本文主要針對(duì)6節(jié)編組列車折返能力進(jìn)行分析。6 節(jié)編組列車仿真參數(shù)如下:

圖2 莘莊站初步站臺(tái)擴(kuò)建方案

·線路最高運(yùn)行速度:80 km/h;

·站臺(tái)限速:60 km/h;

·既有直線尖軌道岔側(cè)向限速:30 km/h;

·更換曲線尖軌道岔側(cè)向限速:35 km/h;

·列車折返安全防護(hù)距離:50 m;

·列車平均加速度:列車速度從0～30 km/h 時(shí)為 0.97 m/s2，從 0～80 km/h 時(shí)為 0.60 m/s2;

·最小保證緊急制動(dòng)率:隧道段水平軌道為0.89 m/s2，地上段水平軌道為 0.72 m/s2;

·仿真沖量:0.75 m/s3;

·常用制動(dòng)率:1 m/s2;

·常用制動(dòng)延時(shí):2 s;

·牽引切除時(shí)間:0.2 s;

·自0 至90%的EB(緊急制動(dòng))等效建立時(shí)間:1.6 s;

·既有直線尖軌道岔轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間:11 s;

·更換曲線尖軌道岔轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間:9 s;

·列車自動(dòng)換端時(shí)間:20 s;

·列車模式轉(zhuǎn)換時(shí)間:10 s。

2 既有線路折返能力分析

既有5號(hào)線莘莊站站后設(shè)置交叉渡線，列車折返可采用直進(jìn)側(cè)出、側(cè)進(jìn)直出和交替折返3 種方式。一般來講，側(cè)進(jìn)直出折返方式比其他兩種的折返能力高，且在實(shí)際運(yùn)營過程中較為常用。因此，本文對(duì)莘莊站6 節(jié)編組列車采用側(cè)進(jìn)直出折返方式的折返能力進(jìn)行仿真分析。

為了盡量減少對(duì)既有線路和運(yùn)營的影響，本方案從增加下行站臺(tái)站后長度角度出發(fā)，縮短站臺(tái)與既有道岔岔尖的間距，提高既有線路的折返能力。如圖3所示。

根據(jù)站場布置，利用初步的仿真參數(shù)，對(duì)莘莊站折返能力進(jìn)行了仿真計(jì)算，如表1所示。

圖3 利用既有線路延長折返方案

表1 莘莊站折返能力計(jì)算1

通過仿真計(jì)算，莘莊站初步的追蹤折返間隔為135.5 s，不能滿足初期 133 s 的需求。

3 影響折返能力的關(guān)鍵因素

從折返能力分析可以看出，影響莘莊站折返能力提升的關(guān)鍵因素主要包括:

(1)進(jìn)站安全防護(hù)距離。根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)要求，列車進(jìn)站一般需要50 m 的安全防護(hù)距離。對(duì)于6 節(jié)編組列車，進(jìn)站需要鎖閉折返道岔，后車需要等待前車出清岔區(qū)，且道岔轉(zhuǎn)至定位鎖閉后才能進(jìn)站，兩車的折返間隔受到道岔影響。若能夠通過移動(dòng)站臺(tái)或道岔，使得列車進(jìn)站不鎖閉道岔，則折返能力可得到提升。

(2)道岔側(cè)向限速。既有5號(hào)線莘莊站站后交叉渡線道岔的側(cè)向限速為30 km/h，列車在ATP(列車自動(dòng)防護(hù))下的實(shí)際過岔速度只有22 km/h，導(dǎo)致列車走行時(shí)間較長，影響了折返能力的提升。若能改為側(cè)向限速35 km/h 的道岔，列車實(shí)際過岔速度可達(dá)到27 km/h，從而縮短列車走行時(shí)間，提高折返能力。

(3)站后折返軌曲線限速。既有莘莊站站后折返軌存在一段半徑300 m 的曲線，曲線限速為30 km/h，列車進(jìn)入限速區(qū)域后運(yùn)行速度為22 km/h，影響了折返時(shí)間。若該曲線拉直或限速為35 km/h，列車進(jìn)入限速區(qū)域后至少可根據(jù)道岔側(cè)向限速按27 km/h的速度行駛，列車折返能力將得到提升。

試驗(yàn)地設(shè)在南昌市南昌工程學(xué)院生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)基地。南昌工程學(xué)院位于南昌市東部，緊鄰艾溪湖濕地公園和瑤湖森林公園。南昌市地處江西中部偏北，贛江、撫河下游，瀕臨鄱陽湖西南岸，位于東經(jīng)115°27′～116°35′、北緯28°09′～29°11′，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)型氣候，氣候濕潤溫和，日照充足，降雨量充沛，夏季多偏南風(fēng)，冬季多偏北風(fēng)，年無霜期長、冰凍期短。

(4)停站時(shí)間。5號(hào)線南延伸后，莘莊站停站時(shí)間按照設(shè)計(jì)要求為40 s，也是影響折返能力的因素，適當(dāng)縮短停站時(shí)間，將會(huì)提升列車折返能力。

4 折返能力改進(jìn)分析

由仿真分析和實(shí)際折返能力計(jì)算可知，對(duì)于進(jìn)站列車需鎖閉站后折返道岔的情況，當(dāng)停站時(shí)間大于35 s 時(shí)，折返能力達(dá)到120 s 比較困難。適當(dāng)縮短停站時(shí)間雖可有效縮短折返間隔，提高折返能力，但會(huì)對(duì)運(yùn)營能力造成較大影響，故本文主要從改進(jìn)其余3 個(gè)關(guān)鍵因素出發(fā)進(jìn)行仿真分析。

4.1 道岔不動(dòng)，減少站臺(tái)與道岔間距，折返軌拉直延伸

為盡量減少對(duì)既有線運(yùn)營的影響，本方案利用既有道岔，將下行站臺(tái)與既有道岔岔尖的間距縮短，以增加下行站臺(tái)站后側(cè)的長度，減少列車折返走行距離;同時(shí)將站后折返線拉直延長，提高折返軌限速，達(dá)到盡量提高折返線折返能力的目的，如圖4所示。

圖4 利用既有道岔折返方案

根據(jù)修改后的站場布置，利用初步的仿真參數(shù)，對(duì)莘莊站折返能力進(jìn)行了重新計(jì)算分析，如表2所示。

根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果，初步折返能力約為28 對(duì)/h，滿足初期運(yùn)營需求;同時(shí)，此方案中停站時(shí)間對(duì)折返能力影響較大，近、遠(yuǎn)期可通過縮小停站時(shí)間適當(dāng)提高折返能力。

表2 莘莊站折返能力計(jì)算2

4.2 更換道岔，增加站臺(tái)與道岔間距，提高過岔速度，折返軌拉直延伸

為增加進(jìn)站安全防護(hù)距離，將既有交叉渡線往站后移動(dòng)，使得站臺(tái)與道岔岔尖距離滿足安全防護(hù)距離不小于50 m 的要求;同時(shí)，將既有直線尖軌道岔更換為曲線尖軌道岔，使得折返道岔側(cè)向限速達(dá)到35 km/h;再者，為了提高站后折返軌曲線限速，將站后折返線拉直延長。如圖5所示。

圖5 更換道岔折返方案

根據(jù)修改后的站場布置，利用初步的車輛參數(shù)，對(duì)莘莊站折返能力進(jìn)行了重新計(jì)算分析，如表3所示。

本方案設(shè)計(jì)需更換交叉渡線，工作量較大;同時(shí)站后折返線長度要求較長，對(duì)土建用地提出了更高的要求。但是，更換并移動(dòng)道岔后，道岔岔尖與站臺(tái)邊距離滿足了列車進(jìn)站的安全防護(hù)距離，使得列車進(jìn)站時(shí)道岔防護(hù)在直向或側(cè)向都不會(huì)影響已進(jìn)入折返線的折返列車，且提高了道岔側(cè)向限速和折返線限速，從而大大提高了折返能力。根據(jù)上述仿真計(jì)算，停站時(shí)間對(duì)折返間隔不造成影響。

表3 莘莊站折返能力計(jì)算3

5 建議

本文分析了上海軌道交通5號(hào)線莘莊站改造過程中影響折返能力的關(guān)鍵因素，對(duì)幾種典型的改進(jìn)方案進(jìn)行仿真計(jì)算。結(jié)果表明;

(1)如果終端站土建條件比較寬松，且對(duì)列車折返能力要求較高，建議將站后交叉渡線移出CBTC 列車進(jìn)站防護(hù)區(qū)，使得列車進(jìn)站不用鎖閉道岔;同時(shí)，提高折返軌和折返道岔側(cè)向限速，以縮短走行時(shí)間。此方案既能保證停站時(shí)間，又能使終端站的折返能力達(dá)到最大。

(2)如果終端站土建條件比較困難，且對(duì)列車折返能力要求相對(duì)寬松，建議盡量縮短站臺(tái)與折返道岔的間距，減少列車走行距離;同時(shí)，提高折返軌側(cè)向限速，以縮短走行時(shí)間，并且縮短列車停站時(shí)分。此方案可利用最有限的資源達(dá)到最大的折返能力。

莘莊站作為1、5、17號(hào)線的3 線換乘車站，在上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)中起著至關(guān)重要的作用。對(duì)于5號(hào)線而言，受寶成路下穿立交影響，莘莊站站后折返線可延伸長度有限，不能滿足6 節(jié)編組列車的臨時(shí)過渡折返。考慮到初期折返線改造對(duì)CBTC 改造和開通的影響較大，同時(shí)為盡量減少初期停運(yùn)改造對(duì)運(yùn)營的影響，建議初期采用不移動(dòng)道岔方案，在近期選擇合適的時(shí)機(jī)提前對(duì)交叉渡線進(jìn)行相關(guān)的改造工作。

［1］劉濤.城市軌道交通折返能力的估算及影響因素［J］.鐵道通信信號(hào)，2008，44(12):17.

［2］苗沁，周天星.城市軌道交通折返站折返能力分析［J］.城市軌道交通研究，2010(11):57.

［3］劉循.城市軌道交通折返能力的匹配性設(shè)計(jì)研究［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2012(5):64.

［4］王志海.軌道交通終點(diǎn)站折返能力分析及改進(jìn)研究［J］.城市軌道交通研究，2012(4):86.