地鐵站前交叉渡線時空資源占用分析

曹文慧

摘 要：目前地鐵在終點站的折返多采用站后折返模式，但場地受到限制或是該站不作為永久終點站時，采用站前折返也可以解決列車折返問題。本文以島式車站采用站前交叉渡線為研究對象，將站前折返分為5個工況，并從時空資源占用角度出發，通過移動“距離-時間”曲線分析多種工況銜接轉換的控制點，以及不同工況下的緊接續下的最小理論折返時間，本文認為采用站前交替折返可獲得較大的折返能力。同時，折返能力主要受到信號轉換以及側向和直向進出站的影響，在此基礎上，采用不同影響因素參數分析不同影響因素對站前折返能力的影響，進一步提出提升站前折返能力的建議。

關鍵詞：城市軌道交通;站前折返;時空資源;折返能力

中圖分類號：U231.4 文獻標識碼：A

0 前言

目前，地鐵終點站多采用站后折返模式[1，2]，但當車站尾部受到建筑物或地形條件的限制時，可采用將折返渡線至于站前，以達到實現列車折返和減少土建規模的目的。此種折返方式對運輸組織有較高的要求，但卻可以解決實際設計時遇到的如站后無設置折返線條件、減少與線網中其他線路的換乘距離等問題[3]。目前我國地鐵車站，約有32%的車站采用站前折返，德國約有27%，莫斯科有24%[4]，我國較為典型的站前折返車站有北京地鐵的13號線西直門站、6號線五路居站和亦莊線的宋家莊站、西安地鐵9號線的紡織城站和重慶1號線的朝天門站。

學者對折返能力的研究較多，但由于站前折返在實際運營中實現120 s較為不易[5]和在列車折返中可能存在進路干擾[6]等一些缺點，對站前折返的研究較少，部分學者提出采用站前交替折返的折返能力大于單渡線折返[7]，而當站前交叉渡線配合協調的運營組織時，其折返能力可大于站后折返[8]。在應用針對性上，梁九彪提出在兩條地鐵線路呈T型交叉時，為減少乘客換乘時間，車站配線布置一般采用站前折返形式[9]。在站前折返能力提升上，張雨潔提出在站前增加停車線、采用大號道岔和改造島式站臺來減少敵對進路的方法[10]。

站前交叉渡線折返站根據行車密度的不同，可采用單股道折返和雙股道折返，其中單股道折返又分為側進直出及直進側出兩種方式。本文以站前交叉渡線島式車站為研究對象，車站布置如圖1所示。對列車走行距離與占用時間構建“距離-時間”曲線，從時空資源占用角度，通過不斷移動該曲線，分析站前折返的多種工況。

1 站前折返工況

本文從“第一列上行列車側向進站至II站臺—第二列上行直向進站至I站臺—II站臺列車直向出站—I站臺列車側向出站”兩列車完全不存在任何干擾的工況出發，通過移動列車的進站時間，對列車占據的空間和時間資源進行分析，找到控制列車折返能力的約束點和最優折返工況。

在研究過程中，假定I站臺和II站臺的側向進（出）站時間大于直向進（出）站時間，列車停站時間大于信號轉換時間和列車折返轉換時間，列車在站臺I和II的停站時間不固定。假設側向進站至II站臺的第一列上行列車為列車1;直向進站至I站臺的第一列上行列車為列車2。

1.1 工況1

工況1是行列車1側向進站至II站臺—II站臺列車1直向出站—列車2直向進站至I站臺—I站臺列車2側向出站”兩列車完全不存在任何干擾，前車完全出清車站后，后車才被允許開放進站信號。本文建立距離-時間曲線圖，以列車預備開啟進站信號為橫坐標-時間周期的起點，以列車的制動點為縱坐標-距離的起點，來描述列車從制動點位置起至列車停穩到站臺的運行過程。

1.2 工況2

工況2是通過向前移動列車2（上行直向進入I站臺的）進站時間，得到當前車在進行II站臺直向出站的時候可以平行進行后車在I站臺直向進站作業。

工況2具體作業為：列車1側向進站至II站臺—列車2直向進站至I站臺和II站臺列車1直向出站平行作業—I站臺列車2側向出站。但此工況對第三列進站列車有一個控制點：需要列車2完成側向出清I站臺后列車3才可開始發進站進路。

1.3 工況3

工況3是在工況2的基礎上，持續移動列車2進站時間，第二列車在此工況的進站時間由和工況2中的列車1的出站作業提前至列車1完成進站作業，與列車1進行旅客上下車和列車折返時間作業同步進行。

此時存在三個控制點：

控制點1：列車2的進站時間控制點為列車1必須完成側向進入II站臺的作業;控制點2：列車2在I站臺的側向出站作業必須在列車1完成在II站臺的直向出站作業后控制點3：列車3側向進入II站臺的作業必須在列車2完成在I站臺側向出站作業。

1.4 工況4

工況4是在工況3的基礎上向前移動列車2（直向進入站臺I的列車）進站時間，在此過程中存在列車1側向進站作業與列車2的直向進站作業產生時間、空間資源干擾的不可行情況。直至列車2（直向進入站臺I的列車）提前列車1（側向進入站臺II的列車）進站，此刻將列車1成為列車1’，因此工況的控制點是：

控制點1：列車1’進站時間控制點為列車2必須完成直向進入站臺I的作業;控制點2：列車2側向出站時間的控制點為列車1’必須完成側向進入站臺II的作業;平行作業：列車1’直向出站與列車3直向進站平行作業（如圖6）。

1.5 工況5

工況5是在工況4的基礎上，不斷移動列車2的進站時間，最后得到列車2和列車1’完全沒有干擾的情況。

1.6 不同工況折返時間分析

1.7 小結

通過分析各工況情況，可以發現列車到/發的控制點主要在：前車的側向進站與后車的直向進站作業、前車的直向出站與后車的側向出站作業、前車的側向出站與后車的側向進站作業。在平行作業上一般是前車直向出站與后車的直向進站作業。

從計算公式看，折返時間間隔與信號轉換、側向進出站時間、直向進出站時間和停站時間有密切關系。從深層來看，影響上述時間的具體因素是折返站站型、列車速度以及列車的控制方式，其中列車限速是較為重要的影響因素，此與列車類型、坡度、停車制動曲線和道岔限速有關。

2 折返能力計算實例

2.1 計算參數取值

計算參數參考ERTMS/ETCS列車模型標準。主要參數如下：

（1）列車最高運行速度80 km/h，信號ATO推薦速度75 km/h，列車總長120 m;

（2）信號轉換時間15 s;

（3）站臺I和II停站時間60 s，同時包含折返時間;

（4）采用9號道岔，列車過岔限速35 km/h，采用12號道岔，列車過岔限速45 km/h。

2.2 測算結果

采用9號道岔工況1平均折返時間約為168 s、工況2平均折返時間約為152.5 s、工況3平均折返時間約為128 s，工況4平均折返時間約為87 s，工況5平均折返時間約為168 s;采用12號道岔工況1平均折返時間約為160.5 s、工況2平均折返時間約為144 s、工況3平均折返時間約為121.5 s，工況4平均折返時間約為83.5 s，工況5平均折返時間約為160.5 s。從中可以看出12號道岔相較于9號道岔平均減少6.7 s，對不同工況而言，采用站前交替折返的折返可獲得較大的折返能力，工況4的平均折返時間均小于120 s，當能充分完成各項進路及折返作業緊接續時，工況4可獲得較大的折返能力。

3 結論

對比不同工況，采用站前直向和側向交替進站，在緊工序情況下具有較大的折返能力，平均折返時間小于120 s，可以保證30對折返能力。對比不同道岔型號，12號道岔折返時間平均小于9號道岔6.7 s，折返能力約可提升8對。在日常運營及設計中，可根據行車密度，選用不同工況，當行車密度需求更高時，可采用大號碼道岔來提升雙股道的折返能力，保證正常運營。

參考文獻：

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[11]徐小亮，柴慧君，薛強.地鐵列車站前折返效率影響因素分析[J].城市軌道交通研究，2014（10）：119-121.