一島一側(cè)站臺(tái)布置形式折返能力研究

周曉玲

(1.甘肅新宇城市建設(shè)有限公司，蘭州 730030； 2.蘭州大學(xué)，蘭州 730000)

在大中型城市，客流持續(xù)高位運(yùn)行對(duì)城市軌道交通線網(wǎng)運(yùn)輸能力提出了新要求。擴(kuò)大線網(wǎng)運(yùn)輸能力一般可從兩個(gè)方面入手，一方面是擴(kuò)展線網(wǎng)增加運(yùn)營(yíng)線路，另一方面是提高線路的輸送能力和通過(guò)能力[1-2]。已有學(xué)者開(kāi)展相關(guān)研究，李瓊等以站前交叉渡線和站前單渡線為例對(duì)站前折返形式進(jìn)行了系統(tǒng)分析，認(rèn)為采用站前單渡線折返的形式雖然在一定程度上解決了場(chǎng)地受限時(shí)列車的折返問(wèn)題，但折返能力大打折扣[3-6]；苗沁等以站后雙存車線和站后單存車線為例，認(rèn)為站后雙存車線的折返能力大于站后單存車線的折返能力，同時(shí)站后雙停車線的折返能力可達(dá)30對(duì)/h以上，最大為36對(duì)/h[7-8]；陳垚等認(rèn)為中間站折返能力為限制線路通過(guò)能力的關(guān)鍵因素，通過(guò)對(duì)中間站的站后交叉渡線的折返能力與站前折返能力的對(duì)比分析，認(rèn)為站后交叉渡線的折返能力大于站前折返能力[9]；方惠通過(guò)改變折返線與站端的距離、折返線長(zhǎng)度和道岔類型對(duì)站后雙存車線的折返能力進(jìn)行論證，認(rèn)為折返線距離站端越近，折返能力越大；折返線長(zhǎng)度越長(zhǎng)列車出站間隔越大，工程投資也越大[10]；陳垚等通過(guò)對(duì)中間站的站前折返和站后折返能力進(jìn)行對(duì)比分析，得出站后折返的能力大于站前折返，合理安排列車在中間站的到站時(shí)間才能保證高效的作業(yè)[11-13]；徐意等分別以不同城市不同形式的折返站為例，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真、對(duì)比分析、數(shù)學(xué)建模等方法對(duì)車站的折返能力進(jìn)行了分析[14-15]。李俊芳通過(guò)對(duì)中間站和終點(diǎn)站的站前折返和站后折返分別進(jìn)行了研究，最終認(rèn)為采用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)設(shè)備縮短站前列車制動(dòng)點(diǎn)到道岔的距離、優(yōu)先使用大號(hào)碼道岔提高列車的過(guò)岔速度可有效提高折返站的通過(guò)能力[16]。不難看出，以往文獻(xiàn)多針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)折返站形式進(jìn)行研究，對(duì)折返站的改進(jìn)研究相對(duì)較少。

車站折返能力是限制線路通過(guò)能力的一個(gè)主要因素，提高折返能力的主要方式是采取靈活的折返形式。基于既有研究，從提高車站折返線的通過(guò)能力入手，提出了一島一側(cè)站臺(tái)布置的折返形式，并對(duì)其通過(guò)能力進(jìn)行深入研究。

1 折返形式

目前，我國(guó)軌道交通所采取的折返形式主要有兩種：一種是站前單渡線、站前交叉渡線折返；另一種是站后折返，主要包括站后雙停車線折返、站后單停車線折返、站后單渡線折返以及站后“燈泡線”折返。

站前折返是指列車載客從站前單渡線進(jìn)行折返，雖然占地小、投資少，但接車和發(fā)車存在敵對(duì)進(jìn)路，交叉干擾較大，一般不采用。站后折返是指采用站后盡端折返線進(jìn)行折返。為了提高全線的通過(guò)能力，除了改進(jìn)信號(hào)設(shè)備和電器設(shè)備之外，另一個(gè)重要的途徑就是盡可能提高折返站的通過(guò)能力。在既有研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)具有站前、站后雙折返功能的一島一側(cè)站臺(tái)折返線，并對(duì)折返能力進(jìn)行研究。其中，一島一側(cè)站臺(tái)折返線的布置示意如圖1所示。

圖1 一島一側(cè)站臺(tái)折返示意

2 一島一側(cè)站臺(tái)布置形式列車的折返過(guò)程

一島一側(cè)折返站的列車可以采用站前折返和站后折返兩種形式，西安地鐵信號(hào)機(jī)與計(jì)軸布置情況如圖2所示。

圖2 一島一側(cè)車站信號(hào)機(jī)與計(jì)軸布置

圖2中，A、B、C、D、E、F點(diǎn)分別為信號(hào)機(jī)布置位置。只有列車的尾部分別出清A、B、C、E、F點(diǎn)時(shí)，下一列車才可以辦理列車進(jìn)路。一島一側(cè)站臺(tái)的折返作業(yè)過(guò)程如下。

(1)上行到達(dá)列車進(jìn)車站Ⅰ道停車，在Ⅰ道辦理完下客作業(yè)后，由ATO自動(dòng)駕駛進(jìn)Ⅳ道折返，再進(jìn)入車站Ⅱ道辦理上客作業(yè)，再轉(zhuǎn)換車號(hào)為下行列車并發(fā)車。

(2)上行到達(dá)列車進(jìn)車站Ⅲ道停車，在Ⅲ道辦理完上下客作業(yè)后，再轉(zhuǎn)換車號(hào)為下行列車并發(fā)車。

相鄰兩列車之間重要控制點(diǎn)如下。

(1)當(dāng)1號(hào)列車尾部出清F點(diǎn)后，2號(hào)列車進(jìn)行進(jìn)Ⅲ道停車作業(yè)。

(2)當(dāng)1號(hào)列車尾部出清A點(diǎn)后，3號(hào)列車進(jìn)行進(jìn)Ⅰ道停車作業(yè)。

(3)當(dāng)1號(hào)列車尾部出清B點(diǎn)后，3號(hào)列車可以開(kāi)始辦理后續(xù)列車進(jìn)入折返線Ⅳ道的進(jìn)路。

(4)當(dāng)1號(hào)列車出清站臺(tái)C點(diǎn)后，2號(hào)列車進(jìn)行出站作業(yè)。

(5)當(dāng)2號(hào)列車出清站臺(tái)C點(diǎn)后，3號(hào)列車進(jìn)行出站作業(yè)。

(6)當(dāng)3號(hào)列車出清站臺(tái)E點(diǎn)后，4號(hào)列車進(jìn)行進(jìn)站停車作業(yè)。

3 折返作業(yè)時(shí)間的計(jì)算

列車的作業(yè)過(guò)程可以分為3個(gè)子過(guò)程：接車作業(yè)、折返作業(yè)以及發(fā)車作業(yè)。其中，列車在折返站的折返能力主要取決于接車能力、折返能力和發(fā)車能力當(dāng)中占用時(shí)間最長(zhǎng)的作業(yè)時(shí)間，即

t間隔=max{t接，t折返，t發(fā)}

(1)

折返能力的計(jì)算公式為

n=3 600/t間隔

(2)

接車時(shí)間包括：辦理接車進(jìn)路、車載設(shè)備的反應(yīng)時(shí)間，列車從制動(dòng)點(diǎn)到站臺(tái)端部停車所用時(shí)間和列車從站臺(tái)啟動(dòng)到尾部出清站臺(tái)末端計(jì)軸設(shè)備時(shí)間，即

t接=t反應(yīng)+t作業(yè)+t進(jìn)站+t反應(yīng)+t作業(yè)+t出清信號(hào)機(jī)

(3)

折返時(shí)間包括：辦理接車進(jìn)路、車載設(shè)備反應(yīng)時(shí)間，列車從站臺(tái)啟動(dòng)到折返線上停車和列車從折返線上啟動(dòng)到列車尾部出清折返線末端計(jì)軸設(shè)備時(shí)間，即

t折返=t作業(yè)+t反應(yīng)+t進(jìn)折返線+t反應(yīng)+t出清信號(hào)機(jī)

(4)

發(fā)車時(shí)間包括：辦理接車進(jìn)路、車載設(shè)備的反應(yīng)時(shí)間，列車從折返線啟動(dòng)到站臺(tái)停車時(shí)間、再次辦理接車進(jìn)路、車載設(shè)備反應(yīng)時(shí)間，列車從站臺(tái)端部啟動(dòng)到尾部出清站臺(tái)末端計(jì)軸設(shè)備時(shí)間，即

t發(fā)=t作業(yè)+t反應(yīng)+t進(jìn)站+t作業(yè)+t反應(yīng)+t出站+t出清信號(hào)機(jī)

(5)

式中，t接為接車作業(yè)時(shí)間；t折返為折返作業(yè)時(shí)間；t發(fā)為發(fā)車作業(yè)時(shí)間；t出清信號(hào)機(jī)為列車尾部出清信號(hào)機(jī)時(shí)間；t作業(yè)為道岔解鎖及列車辦理進(jìn)路時(shí)間；t反應(yīng)為列車ATO響應(yīng)時(shí)間。

4 實(shí)例

西安地鐵二號(hào)線是西安地鐵客流量大、最為重要的線路之一[17]。二號(hào)線貫通西安市南北主軸線，一期工程的北端位于未央?yún)^(qū)的北客站，南端位于長(zhǎng)安區(qū)的韋曲南。該線采用6輛編組的B型車，根據(jù)第三部分對(duì)折返能力的分析，基于西安地鐵二號(hào)線列車的基本參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其中列車、站臺(tái)以及道岔等基本參數(shù)如表1所示。

表1 基本參數(shù)

列車在0～40 km/h時(shí)，加速度取0.83 m/s2，而在速度高于40 km/h時(shí)，加速度會(huì)隨著速度的升高而降低。因此，為了更加精確地計(jì)算列車的發(fā)車能力，采用牽引計(jì)算軟件模擬列車的啟動(dòng)過(guò)程。其中，牽引工況如圖3所示。

注：紅線為速度曲線，藍(lán)線為時(shí)間曲線，綠線為電流曲線。圖3 列車牽引計(jì)算工況

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，目前城市軌道交通的最小追蹤間隔為85 s[18]。為方便計(jì)算，列車的最小追蹤間隔取值90 s。據(jù)此，一島一側(cè)站臺(tái)布置形式下的列車折返作業(yè)程序如圖4所示。

注：出清為列車尾部離開(kāi)該位置。圖4 折返作業(yè)的技術(shù)作業(yè)程序

該模式提高了列車的折返能力，其連續(xù)折返間隔為90 s，可達(dá)到系統(tǒng)能力40對(duì)/h；該方案折返能力受控于區(qū)間追蹤間隔，能夠滿足系統(tǒng)能力需求。

而傳統(tǒng)的站后雙停車線的信號(hào)機(jī)與計(jì)軸布置情況如圖5所示。

圖5 島式車站信號(hào)機(jī)與計(jì)軸布置

折返作業(yè)過(guò)程為：正常情況下，上行到達(dá)列車進(jìn)車站Ⅰ道停車，在Ⅰ道辦理完下客作業(yè)后，由ATO自動(dòng)駕駛進(jìn)Ⅲ道折返，再進(jìn)入車站Ⅱ道辦理上客作業(yè)，轉(zhuǎn)換車號(hào)為下行列車并發(fā)車。相鄰兩列車之間重要控制點(diǎn)如下。

①當(dāng)前車尾部出清A點(diǎn)后，后續(xù)列車進(jìn)行進(jìn)站停車作業(yè)。

②當(dāng)前車尾部出清B點(diǎn)后，可以開(kāi)始辦理后續(xù)列車進(jìn)入折返線Ⅲ道的進(jìn)路。

③當(dāng)前車出清站臺(tái)區(qū)域C點(diǎn)后，后續(xù)列車進(jìn)行進(jìn)站停車作業(yè)。

如圖6所示，受發(fā)車能力的影響，站后雙停車線的島式車站連續(xù)折返間隔為98 s，可以達(dá)到系統(tǒng)能力36對(duì)/h，小于一島一側(cè)折返線的折返能力。

圖6 島式車站站后雙停車線折返能力計(jì)算

5 結(jié)論

對(duì)西安二號(hào)線的資料進(jìn)行收集，采用其基本參數(shù)研究一島一側(cè)站臺(tái)折返能力，并對(duì)比傳統(tǒng)的站后雙停車線的折返形式，得到以下結(jié)論。

(1) 一島一側(cè)的折返能力可以達(dá)到40對(duì)/h，而傳統(tǒng)的島式站后雙停車線車站的折返能力為36對(duì)/h，一島一側(cè)的折返能力較常規(guī)的站后雙停車線有所提高。

(2) 一島一側(cè)折返形式折返能力主要受控于列車的追蹤間隔，如果采用更加先進(jìn)的信號(hào)設(shè)備和電器設(shè)備，縮短列車追蹤間隔還可以繼續(xù)提高列車折返能力；而傳統(tǒng)的站后雙停車線島式車站的折返能力受到發(fā)車能力限制，在不改變車站形式的條件下，折返能力基本沒(méi)有提升空間。

(3)市域快線既要滿足不同城市中心間的快速聯(lián)系，又要兼顧沿線的發(fā)展。由于中心城區(qū)設(shè)站較密、旅速較低，會(huì)在一定程度上影響到外圍組團(tuán)進(jìn)入城區(qū)的時(shí)間。為滿足這種有差別的復(fù)合需求，市域線快慢車組合運(yùn)營(yíng)模式也應(yīng)運(yùn)而生。為了保證服務(wù)頻率快、慢車的運(yùn)營(yíng)組織，對(duì)列車的追蹤間隔以及折返能力提出了更高的要求，而一島一側(cè)站臺(tái)布置形式對(duì)快慢車的運(yùn)營(yíng)組織提供了更大的包容性。

(4)限制列車折返作業(yè)的時(shí)間有一部分來(lái)自于列車停站上下客，在一島一側(cè)的站臺(tái)布置形式下，島式站臺(tái)可以優(yōu)化作業(yè)組織流程，避免站臺(tái)擁堵造成上下車時(shí)間延長(zhǎng)，進(jìn)而影響和列車的折返能力。

(5)選用具有較高折返能力的車站以及配線布置形式(如一島一側(cè)站臺(tái)及配線布置形式)，可以減少因折返能力受限造成的列車通過(guò)能力損失。同時(shí)，該種方案具有較大包容性，今后在信號(hào)設(shè)備具有更高的反應(yīng)效率時(shí)，線路通過(guò)能力還可以進(jìn)一步提高。