烏魯木齊軌道交通1號(hào)線(xiàn)不同折返方式下折返能力計(jì)算與分析*

安志龍 馬 麗 馬 斌

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，714025，渭南；2.烏魯木齊城市軌道集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，830057，烏魯木齊∥第一作者，工程師)

烏魯木齊軌道交通1號(hào)線(xiàn)北至國(guó)際機(jī)場(chǎng)站，南到三屯碑站，貫穿城市主城區(qū)，規(guī)劃遠(yuǎn)期日客運(yùn)量超過(guò)100萬(wàn)人次，屆時(shí)運(yùn)力的提升將由列車(chē)最小行車(chē)間隔決定。城市軌道交通行車(chē)間隔的大小主要是由折返站的折返能力決定。文獻(xiàn)[1]以北京地鐵5號(hào)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)2 min列車(chē)運(yùn)行間隔為目標(biāo)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度提出縮短列車(chē)折返追蹤間隔的技術(shù)手段和措施。文獻(xiàn)[2]以中間折返站為研究對(duì)象，計(jì)算了單渡線(xiàn)折返和雙渡線(xiàn)折返方式下的列車(chē)運(yùn)行間隔。文獻(xiàn)[3]提出了站前雙折返站型,并計(jì)算了理論折返能力。文獻(xiàn)[4]通過(guò)對(duì)島式車(chē)站列車(chē)折返時(shí)間的計(jì)算,揭示了城市軌道交通列車(chē)折返的一般特點(diǎn)。文獻(xiàn)[5]通過(guò)對(duì)站前折返車(chē)站的運(yùn)營(yíng)方式、折返能力進(jìn)行分析和計(jì)算,確定了影響站前折返能力的原因。

筆者以烏魯木齊軌道交通1號(hào)線(xiàn)國(guó)際機(jī)場(chǎng)站為例，基于移動(dòng)閉塞方式下的行車(chē)組織理論分析不同折返作業(yè)方式下的折返能力及適應(yīng)性。

1 列車(chē)折返能力的計(jì)算

烏魯木齊軌道交通1號(hào)線(xiàn)國(guó)際機(jī)場(chǎng)站為側(cè)式站臺(tái)，設(shè)置有站后交叉渡線(xiàn)與站前單渡線(xiàn)，線(xiàn)路示意圖如圖1所示。圖1中，F(xiàn)3、F6、F5、F7、F10和F8為防護(hù)信號(hào)機(jī)，XC為下行出站信號(hào)機(jī)，SC為上行出站信號(hào)機(jī)，Z3和Z4為阻擋信號(hào)機(jī)。列車(chē)可以在該站進(jìn)行站前折返、站后折返和混合式折返作業(yè)。

圖1 國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站線(xiàn)示意圖

依據(jù)站線(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖，運(yùn)用圖解法對(duì)站前單渡線(xiàn)折返、站后單渡線(xiàn)折返、站前站后交替折返和站后雙渡線(xiàn)交替折返這4種作業(yè)方式進(jìn)行研究分析。

1.1 站前單渡線(xiàn)折返能力計(jì)算

1.1.1 站前單渡線(xiàn)折返作業(yè)過(guò)程

國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站前只有單渡線(xiàn)，折返方式只能用站前單渡線(xiàn)折返。如圖2所示，站前折返路徑為:F6→F5→XC。其作業(yè)過(guò)程為：

圖2 國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站前折返路徑示意圖

1)列車(chē)經(jīng)過(guò)F6→F5進(jìn)路到達(dá)國(guó)際機(jī)場(chǎng)站下行站臺(tái)，乘客下車(chē)。

2)列車(chē)運(yùn)行至國(guó)際機(jī)場(chǎng)站下行站臺(tái)停穩(wěn)后，司機(jī)換端，乘客上車(chē)，XC信號(hào)機(jī)開(kāi)放。

3)確認(rèn)乘客上車(chē)，車(chē)門(mén)關(guān)閉，列車(chē)從下行站臺(tái)發(fā)車(chē)。

1.1.2 站前單渡線(xiàn)折返作業(yè)時(shí)間計(jì)算

站前列車(chē)折返時(shí)間可分為進(jìn)站時(shí)間、停站時(shí)間和出站時(shí)間。站前折返進(jìn)程如圖3所示。

1)進(jìn)站時(shí)間：列車(chē)從F6運(yùn)行至B點(diǎn)時(shí)間為t1，出清B點(diǎn)運(yùn)行至車(chē)站下行站臺(tái)停穩(wěn)時(shí)間為t2，當(dāng)列車(chē)出清B點(diǎn)后，可實(shí)現(xiàn)出站進(jìn)路的辦理。

2)停站時(shí)間：停站時(shí)間包含列車(chē)開(kāi)關(guān)門(mén)時(shí)間、乘客乘降時(shí)間、司機(jī)換端時(shí)間及冗余時(shí)間。Tz表示列車(chē)到站停穩(wěn)到起動(dòng)時(shí)間。

3)出站時(shí)間：列車(chē)從站臺(tái)起動(dòng)到出清C點(diǎn)時(shí)間為t3。

假設(shè)冗余時(shí)間為T(mén)r1，進(jìn)路建立時(shí)間為T(mén)j。從圖3、圖4中可知列車(chē)出站準(zhǔn)備時(shí)間Tb與t2+Tz在同一時(shí)間段內(nèi)，故列車(chē)站前單渡線(xiàn)折返時(shí)間T=t1+t2+Tz=110 s。

圖3 國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站前折返作業(yè)進(jìn)程示意圖

圖4 國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站前折返能力計(jì)算圖

1.1.3 站前單渡線(xiàn)折返能力計(jì)算

當(dāng)前行折返列車(chē)出清C點(diǎn)后，后續(xù)列車(chē)進(jìn)站進(jìn)路方可辦理，其時(shí)間包含了F6→F5進(jìn)路建立時(shí)間與冗余時(shí)間之和。由圖4可知，折返作業(yè)發(fā)車(chē)間隔時(shí)間。T折隔=t1+t2+tz+t3+Tr2+Tj=157 s，則折返能力N折=3 600/T折隔=22.92列/h。

1.2 站后單渡線(xiàn)折返

1.2.1 站后單渡線(xiàn)折返作業(yè)過(guò)程

從圖2可知，列車(chē)在站后利用單渡線(xiàn)進(jìn)行折返時(shí)，可采用折返線(xiàn)1進(jìn)行折返，也可采用折返線(xiàn)2，由于折返線(xiàn)1與折返線(xiàn)2的折返能力相同，因此本文只針對(duì)折返線(xiàn)1進(jìn)行分析。如圖5所示，站后折返路徑為:F6→SC→Z3→F7→XC，其作業(yè)過(guò)程為：

圖5 國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站后單渡線(xiàn)折返示意圖

1)列車(chē)經(jīng)過(guò)F6→SC進(jìn)路到達(dá)國(guó)際機(jī)場(chǎng)站上行站臺(tái)，乘客下車(chē)。

2)列車(chē)經(jīng)過(guò)SC→Z3進(jìn)路到達(dá)折返線(xiàn)1，司機(jī)換端，建立進(jìn)路F7→XC。

3)列車(chē)運(yùn)行至國(guó)際機(jī)場(chǎng)站下行站臺(tái)，確認(rèn)乘客上車(chē)，車(chē)門(mén)關(guān)閉，列車(chē)從下行站臺(tái)發(fā)車(chē)。

1.2.2 站后單渡線(xiàn)折返作業(yè)時(shí)間計(jì)算

站后單渡線(xiàn)折返采用彎進(jìn)直出方式，其包含進(jìn)入折返線(xiàn)1的時(shí)間、折返線(xiàn)1換端時(shí)間、折返線(xiàn)1至下行站臺(tái)間的時(shí)間和出站時(shí)間，該折返作業(yè)進(jìn)程如圖6所示。

1)進(jìn)入折返線(xiàn)1的時(shí)間：列車(chē)從SC運(yùn)行至H點(diǎn)時(shí)間為t1，出清H點(diǎn)運(yùn)行至車(chē)站下行站臺(tái)停穩(wěn)時(shí)間為t2。當(dāng)前行列車(chē)出清H點(diǎn)后，可實(shí)現(xiàn)F7-XC進(jìn)路的辦理。

2)折返線(xiàn)1換端時(shí)間：從列車(chē)在折返線(xiàn)1停穩(wěn)開(kāi)始計(jì)算，包含列車(chē)停穩(wěn)、乘客乘降時(shí)間、司機(jī)換端時(shí)間及冗余時(shí)間。Tz表示列車(chē)到站停穩(wěn)到起動(dòng)時(shí)間。

3)折返線(xiàn)1到下行站臺(tái)時(shí)間：列車(chē)出清G點(diǎn)到下行站臺(tái)停穩(wěn)，整個(gè)過(guò)程中列車(chē)完成加速運(yùn)行、勻速運(yùn)行和減速運(yùn)行，其時(shí)間為t3。

4)停站時(shí)間：乘客乘車(chē)時(shí)間。這個(gè)過(guò)程可實(shí)現(xiàn)出站進(jìn)路的辦理。

5)出站時(shí)間：列車(chē)從下行站臺(tái)到出清C點(diǎn)的時(shí)間。

從圖6、圖7中可知，列車(chē)從上行站臺(tái)運(yùn)行至下行站臺(tái)方可完成折返，故列車(chē)站后單渡線(xiàn)折返時(shí)間T=t1+t2+Tz=120 s。

圖6 國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站后單渡線(xiàn)折返作業(yè)進(jìn)程示意圖

圖7 國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站后單渡線(xiàn)折返能力計(jì)算

1.2.3 站后單渡線(xiàn)折返能力計(jì)算

當(dāng)列車(chē)出清E點(diǎn)后，后續(xù)列車(chē)的進(jìn)站進(jìn)路F6-SC方可辦理。當(dāng)前行列車(chē)出請(qǐng)G點(diǎn)后，后續(xù)列車(chē)進(jìn)入折返線(xiàn)1的進(jìn)路方可辦理。由圖6、圖7可知：折返作業(yè)發(fā)車(chē)間隔時(shí)間T折隔=t1+t2+tz+t3+Tr2+Tj=137 s，則折返能力N折=3 600/T折隔=26.27列/h。

1.3 站前站后交替折返

1.3.1 站前站后單渡線(xiàn)折返作業(yè)過(guò)程

遵循站前折返列車(chē)后進(jìn)先出的原則。如圖8所示，站前站后交替折返路徑為:F6→SC→Z3(SC→Z3與F6→F5進(jìn)路同時(shí)進(jìn)行)→XC→F3。列車(chē)出清B點(diǎn)后F7→XC進(jìn)路建立，如此交替進(jìn)行。其作業(yè)過(guò)程為：

圖8 國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站前站后交替折返示意圖

1)站后折返列車(chē)經(jīng)過(guò)F6→SC進(jìn)路到達(dá)國(guó)際機(jī)場(chǎng)站上行站臺(tái)，乘客下車(chē)。

2)當(dāng)站后折返列車(chē)越過(guò)D點(diǎn)后，F(xiàn)6→F5進(jìn)路建立，站前折返列車(chē)運(yùn)行至國(guó)際機(jī)場(chǎng)站下行站臺(tái)，確認(rèn)乘客下車(chē)，司機(jī)換端，出站進(jìn)路建立。

3)站后折返列車(chē)運(yùn)行至折返線(xiàn)1，司機(jī)換端，等待F7→XC進(jìn)路建立。

4)站前折返列車(chē)越過(guò)B點(diǎn)后，F(xiàn)7→XC進(jìn)路建立，站后折返列車(chē)運(yùn)行至國(guó)際機(jī)場(chǎng)站下行站臺(tái)，確認(rèn)乘客上車(chē)，車(chē)門(mén)關(guān)閉，列車(chē)從下行站臺(tái)發(fā)車(chē)。

5)后續(xù)列車(chē)重復(fù)以上步驟。

1.3.2 站前站后交替折返作業(yè)時(shí)間計(jì)算

站前站后交替折返方式下，由于采用的是站前列車(chē)后進(jìn)的原則，因此在這個(gè)過(guò)程中，就包含2個(gè)折返作業(yè)時(shí)間，一個(gè)是站前折返作業(yè)時(shí)間T前折，另一個(gè)是站后折返作業(yè)時(shí)間T后折。從圖9可以看出，站前折返列車(chē)由于是后進(jìn)先出，其折返時(shí)間與單獨(dú)折返方式一致，T前折=110 s。對(duì)于站后折返列車(chē)，由于站前折返列車(chē)進(jìn)路的占用，增加了其在折返線(xiàn)1的等待時(shí)間，其Tz增大，其余作業(yè)過(guò)程時(shí)間與單渡線(xiàn)折返原理一致，故T后折=233 s。

1.3.3 站前站后交替折返能力計(jì)算

當(dāng)站后折返列車(chē)出清D點(diǎn)后，F(xiàn)6-F5進(jìn)路辦理，站前折返列車(chē)方可進(jìn)站進(jìn)行折返作業(yè)。當(dāng)站前折返列車(chē)出清B點(diǎn)后，F(xiàn)7-XC進(jìn)路辦理，如此循環(huán)。用圖解法求解，由圖9、圖10可知，T折隔=117 s，折返能力N折=3 600/T折隔=30.77列/h。

圖9 國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站后單渡線(xiàn)折返作業(yè)進(jìn)程示意圖

圖10 國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站前站后交替折返能力計(jì)算

1.4 站后雙線(xiàn)交替折返

1.4.1 站后雙渡線(xiàn)折返作業(yè)過(guò)程

國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站后為雙渡線(xiàn)，遵循折返列車(chē)交替折返原則，如圖11所示，其作業(yè)過(guò)程為：

圖11 國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站后雙線(xiàn)交替折返示意圖

1)利用折返線(xiàn)1折返列車(chē)，經(jīng)過(guò)F6→SC進(jìn)路達(dá)到國(guó)際機(jī)場(chǎng)站上行站臺(tái)，乘客下車(chē)。

2)確認(rèn)乘客下車(chē)完畢，列車(chē)?yán)谜鄯稻€(xiàn)1經(jīng)進(jìn)路SC→Z3運(yùn)行至折返線(xiàn)1，司機(jī)換端。

3)列車(chē)?yán)谜鄯稻€(xiàn)1越過(guò)E點(diǎn)后，F(xiàn)6→SC進(jìn)路建立；列車(chē)?yán)谜鄯稻€(xiàn)2達(dá)到國(guó)際機(jī)場(chǎng)站上行站臺(tái)，乘客下車(chē)。

4)列車(chē)?yán)谜鄯稻€(xiàn)2達(dá)到折返線(xiàn)2，列車(chē)停穩(wěn)，司機(jī)換端。

5)F7→XC進(jìn)路建立，列車(chē)?yán)谜鄯稻€(xiàn)1運(yùn)行至國(guó)際機(jī)場(chǎng)站下行站臺(tái)，確認(rèn)乘客上車(chē)，出站進(jìn)路建立，列車(chē)發(fā)出。

6)列車(chē)?yán)谜鄯稻€(xiàn)1尾部出清G點(diǎn)后，SC→Z3進(jìn)路建立，后續(xù)列車(chē)運(yùn)行至折返線(xiàn)1。

7)列車(chē)?yán)谜鄯稻€(xiàn)1尾部出清B點(diǎn)后，F(xiàn)10-XC進(jìn)路建立；列車(chē)?yán)谜鄯稻€(xiàn)2運(yùn)行至國(guó)際機(jī)場(chǎng)站下行站臺(tái)，確認(rèn)乘客上車(chē)，出站進(jìn)路建立，列車(chē)發(fā)出。

8)后續(xù)列車(chē)重復(fù)以上步驟。

1.4.2 站后雙線(xiàn)折返作業(yè)時(shí)間計(jì)算

站后雙線(xiàn)折返方式下，由于采用交替折返的原則，因此在這個(gè)過(guò)程中，利用折返線(xiàn)1與折返線(xiàn)2折返時(shí)間相同，因此由圖12、圖13可知：T1折=T2折=176 s。

圖12 國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站后雙線(xiàn)交替折返作業(yè)進(jìn)程示意圖

1.4.3 站后雙線(xiàn)折返能力計(jì)算

站后雙渡線(xiàn)折返時(shí)，由于交替使用折返線(xiàn)1和折返線(xiàn)2，大大提高了折返能力，由圖12、圖13得知；T折隔=103 s，折返能力N折=3 600/T折隔=34.95列/h。

圖13 國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站后雙線(xiàn)交替折返能力計(jì)算

2 運(yùn)能分析

通過(guò)對(duì)站前單渡線(xiàn)、站后單渡線(xiàn)、站前站后交替折返和站后雙渡線(xiàn)折返方式進(jìn)行分析，可知：在移動(dòng)閉塞方式下，站前單渡線(xiàn)折返發(fā)車(chē)作業(yè)間隔時(shí)間為157 s，站后單渡線(xiàn)折返發(fā)車(chē)作業(yè)間隔時(shí)間為137 s，站前站后交替折返發(fā)車(chē)作業(yè)間隔時(shí)間為117 s，站后雙渡線(xiàn)折返發(fā)車(chē)作業(yè)間隔時(shí)間為103 s。

烏魯木齊軌道交通1號(hào)線(xiàn)采用A型車(chē)，6輛編組，定員1 860人。列車(chē)折返發(fā)車(chē)作業(yè)時(shí)間間隔不同，折返能力也不同，則不同折返方式下，線(xiàn)路的運(yùn)能也不同。

1)在站前單渡線(xiàn)折返方式下，折返作業(yè)發(fā)車(chē)間隔時(shí)間為157 s，折返能力為22.92列/h，則其運(yùn)能為4.09萬(wàn)人次/h。

2)在站后單渡線(xiàn)折返方式下，折返作業(yè)發(fā)車(chē)間隔時(shí)間為137 s，折返能力為26.27列/h，則其運(yùn)能為4.88萬(wàn)人次/h。相比站前單渡線(xiàn)折返，其運(yùn)能增加了18%。

3)在站前站后交替折返方式下，折返作業(yè)發(fā)車(chē)間隔時(shí)間為117 s，折返能力為30.77列/h，則其運(yùn)能為5.72萬(wàn)人次/h。相比站前單渡線(xiàn)折返，其運(yùn)能增加了34%。

3 結(jié)論及建議

1)對(duì)于站前折返方式，由于列車(chē)在折返時(shí)進(jìn)路交叉，因此對(duì)行車(chē)安全不利，且運(yùn)能相對(duì)較少；此外，在同站臺(tái)折返、乘客乘降時(shí)會(huì)引起站臺(tái)秩序混亂。建議在無(wú)法實(shí)現(xiàn)站后折返時(shí)采用。

2)對(duì)于站前站后交替折返方式，雖比單獨(dú)實(shí)現(xiàn)站前折返能力強(qiáng)，由于其在行車(chē)組織過(guò)程中難度大，發(fā)生故障時(shí)不易恢復(fù)。建議當(dāng)列車(chē)作業(yè)折返間隔時(shí)間在[117,137)之間且站后只能單渡線(xiàn)折返時(shí)使用。

3)由于站后折返方式一般采用彎進(jìn)直出的方式，且行車(chē)作業(yè)比較流暢，發(fā)生故障后容易恢復(fù)，對(duì)全線(xiàn)造成影響較小，建議當(dāng)列車(chē)作業(yè)折返間隔時(shí)間大于137 s時(shí)，采用站后單渡線(xiàn)折返方式。

4)當(dāng)因運(yùn)能需要，列車(chē)作業(yè)折返間隔時(shí)間在[103,117)之間時(shí)，建議采用站后雙渡線(xiàn)折返方式，且實(shí)行AR(列車(chē)自動(dòng)折返模式)折返。