城市軌道交通島式站臺縱列式停車線長度設計研究

王海鑫

(廣州地鐵設計研究院股份有限公司，510010，廣州∥工程師)

城市軌道交通運營列車發生故障后，需及時離開正線，以確保其他列車正常運行。停車線可保證故障列車就近臨時停放，避免對正線運行的干擾。當故障列車距離車輛基地較遠時，停車線的合理設計尤為重要。GB 50157—2013《地鐵設計規范》規定，正線應每隔5～6座車站或8～10 km設置停車線，其間每相隔2～3座車站或3～5 km應加設渡線[1]。加設停車線后，車站工程量增大，特別是地下線路，其工程難度和造價都將大大增加。因此，在滿足規范及停車功能的情況下盡量減小停車線規模，就成為設計的關鍵。

1 停車線分類

按與車站有效站臺的位置關系，停車線可分為縱列式和橫列式。

1)縱列式停車線設置在車站的一端，與站臺縱列，能將乘客上下車與車輛技術作業的位置分開，有利于列車臨時停放與車輛檢查[2]。但縱列式停車線會使車站范圍加長，且對線路線型條件有一定要求。若不得已設置于曲線段，則設計為貫通式停車線的難度較大。縱列式停車線通常設置于運營交路的起終點，與折返線結合布置。

2)橫列式停車線設置在車站的一側，與站臺平行。該布置相對緊湊，在緊急情況下故障列車可到達停車線后再清客，以減少占用正線時間[2]。但橫列式停車線會使車站范圍加寬：如為高架車站，則增加施工難度；如為明挖施工的地下車站，則對道路交通影響較大，造成交通疏解困難。此外，橫列式停車線還會造成站臺分離，使上下行方向站臺不能直接連通，不便客流組織。橫列式停車線通常設置于非折返站，或縱列式停車線難以實施的車站。

由于橫列式停車線和側式站臺縱列式停車線在確定具體配線形式后，包括停車線長度在內的線路設計方案較為明確，因此本文僅對應用最廣泛的島式站臺縱列式停車線進行研究。

2 停車線長度

在實際工程設計中，因停車線與停車線之間間距不同，停車線與正線之間的間距也不同，故停車線長度存在差異。島式站臺縱列式停車線是最常用的停車線布置方式。本文以此類停車線為例，研究貫通式停車線影響因素并計算停車線長度。

2.1 雙停車線方案

縱列式停車線適用道岔前端計算方式，其有效站臺端部至岔心的距離僅與采用的道岔型號有關。GB 50157—2013《地鐵設計規范》規定，車站端部渡線宜采用9#道岔。當采用9#道岔時，其道岔前端，道岔中心至有效站臺端部距離不宜小于22.0 m，其道岔后端，道岔警沖標或出站信號機至有效站臺端部的距離不應小于5.0 m[1]。

在停車線末端，車站端墻位置同車擋尺寸及連接正線道岔的位置有關。考慮車擋安裝及維修空間，端墻與車擋的距離宜大于2.0 m。根據《地鐵設計規范》規定，貫通式停車線有效長度(不含車擋長度)不應小于遠期列車長度+60.0 m[1](包括50.0 m安全距離和10.0 m信號設計長度[3])。車擋前單渡線岔心距離車擋前端長度與道岔號數有關。正線一般采用道岔不小于9#，相應的車擋前單渡線岔心與端墻距離不宜小于53.0 m。根據《廣州市軌道交通新線工程設計技術標準》，當采用9#道岔時，站端道岔岔心與盾構管片起點距離不宜小于16.0 m[4]。停車線與正線線間距按可設置單渡線的最小線間距4.2 m計算[1]，則與停車線相連的單渡線岔心距離端墻不宜小于53.8 m，如圖1所示。由此可知，車站末端端墻的設置主要受停車線尾端道岔位置控制。

尺寸單位:m

確定道岔型號，就能確定有效站臺端部至停車線前端道岔岔心的距離；確定停車線尾端道岔位置，就能確定車站端墻的位置。因此，停車線長度計算需考慮有效站臺的近端岔心至遠端岔心的距離。如圖2所示，縱列式雙停車線長度L為：

圖2 縱列式雙停車線示意圖

L=L1+2L2+L3+L4

(1)

式中：

L1——按遠期規劃的列車長度；

L2——道岔前長、信號機與基本軌縫距離及司機瞭望距離之和；

L3——有效站臺的近端渡線水平長度；

L4——有效站臺的遠端渡線水平長度;

α——轍叉角；

s——正線線間距；

d1——停車線線間距。

其中，L1由遠期規劃的車輛選型及列車模塊確定，L2與道岔選型及信號設計有關，L3和L4同道岔選型及線間距有關，則：

(2)

L=L1+2L2+scotα

(3)

當車輛選型確定時，L與d1無關。s越大，則L越長；道岔型號越大，則L越長。

根據信號設計要求，計軸器與岔尖前基本軌縫的距離一般為1.2 m，司機瞭望距離一般為5.0 m，停車誤差一般為2.0 m，實際工程中的L2應根據具體城市及具體實施條件確定。根據《廣州市軌道交通新線工程設計技術標準》，當采用9#道岔時，L2取24.0 m；當采用12#道岔時，L2取值為26.0 m[4]。如選用8輛編組A型車、9#道岔，則L1=186.0 m，L2=24.0 m，cotα=9，則L=9s+234.0 m。圖3為雙停車線方案中L-s的關系曲線。

圖3 雙停車線方案中的L-s關系曲線

2.2 4條渡線單停車線方案

由于工程條件限制，在雙停車線實施難度較大的情況下，可采用單停車線設計，并在4個方向設置4條渡線與正線互通(見圖4)，以便列車進出。

圖4中的停車線長度L為：

注:d——停車線至左線間距。

L=L1+2L2+2max(L5,L6)

(4)

式中：

L5——渡線3的水平長度；

L6——渡線1在左線岔心至渡線3在停車線岔心的水平距離。

L5和L6與道岔選型及線間距有關，若道岔前長為a、道岔后長為b，則：

L5=(s-d)cotα

(5)

根據《地鐵設計規范》，配線中兩組道岔順向布置時插入鋼軌長度la=6 m。一般情況下軌縫距離為lb=8 mm，則：

L6=dcotα+a+b+la+lb

(6)

L=L1+2L2+2L5=

L1+2L2+2(s-d2)cotα

(7)

L=L1+2L2+2L6=

L1+2L2+2dcotα+2(la+lb)+2a+2b

(8)

在8輛編組A型車、9#道岔的條件下，L1=186.0 m，L2=24.0 m，cotα=9，a=13.84 m，b=15.73 m，代入式(7)和式(8)計算可知：當d≤0.5s-1.98 m時，有L=18s-18d+234.0 m；當d> 0.5s-1.98 m時，有L=18d+305.15 m。若按一般車站有效站臺寬度為11.0 m，則s為固定值(14.2 m)時，L-d關系曲線如圖5所示。

圖5 4條渡線單停車線的L-d關系曲線

由圖5，在s=14.2 m的情況下，當d=5.1 m時，L最小，4條渡線單停車線方案設計最優。

2.3 3條渡線單停車線方案

從工程實施影響及造價等方面考慮，3條渡線單停車線方案也較廣泛地應用在實際中。相對4條渡線單停車線，3條渡線單停車線方案減少了1條渡線，可適當減小車站規模，節省土建投資[5]。

渡線的設置需考慮行車方向及故障車推送需求。本文以車輛段在車站的上行方向為典型情況進行分析。典型渡線設置方式有2種，如圖6所示。

a)設置方式一

1)設置方式一。如果上行方向列車發生故障，則故障列車可先由渡線3推送入停車線，待維修恢復正常后，再由渡線4駛出繼續沿上行方向運行。如果下行方向的列車發生故障，則故障列車需先推送至站臺，再通過渡線1進入停車線，待維修恢復正常后，再由渡線1駛出繼續沿下行方向運行。故障列車若無法在短時間內恢復正常，則需在全線停止運營后，由渡線4返回車輛段。

2)設置方式二。如果上行方向的列車發生故障，可從渡線3推送故障列車進入停車線，維修正常后由渡線3至站臺折返后才能繼續沿上行方向運行，或直接由渡線1駛出沿下行方向運行。如果下行方向的列車發生故障，可從渡線2推送故障列車進入停車線，維修正常后由渡線1駛出繼續沿下行方向運行。若故障車短時間內無法恢復正常，需在全線停止運營后，由渡線3至站臺折返后返回車輛段。

不同渡線設置方式的運營情況對比見表1。

表1 不同渡線設置方式的運營情況對比表

在運營時段，列車故障救援會影響正線的正常運營，所以對列車進入停車線的時間要求較高。在設計時，除了考慮設置相鄰停車線的距離要求外，還應盡量保證上、下行列車均能不通過折返直接進入停車線，從而將正線行車中斷時間降到最低。在設置方式二中，上、下行方向的故障列車均能直接駛入停車線，雖然全線停止運營后故障列車返回車輛段需折返，耗時較長，但不影響正線運營，故推薦采用設置方式二。如圖6 b)所示，有：

L=L1+2L2+max(L5,L6)+L7

(9)

式中：

L7——渡線2的水平長度。

L7同停車線至左線間距以及道岔選型有關：

L7=dcotα

(10)

結合式(5)和式(6)，可得：

L=L1+2L2+L5+L7=L1+2L2+scotα

(11)

L=L1+2L2+L6+L7=

L1+2L2+2dcotα+a+b+la+lb

(12)

計算可得，在8輛編組A型車、9#道岔的條件下：當d≤0.5s-1.98 m時，L=9s+234.0 m；當d>0.5s-1.98 m時，L=18d+269.6 m。

若按一般車站有效站臺寬度為11 m考慮，則s為固定值(14.2 m)時，L-d關系曲線如圖7所示。

圖7 3條渡線單停車線方案L-d關系曲線

由圖7，在s=14.2 m的情況下，當d≤5.124 m 時，L=361.8 m，為最小值，則設3條渡線的單停車線方案設計最優。

2.4 取消站臺側安全線的單停車線

設置安全線的主要目的是為了防止停車線上的列車未經允許進入正線、與正線列車發生沖突，或者由于進路沒有開通時列車冒進導致列車擠占道岔、而發生列車出軌事故[6]。由于故障列車在進入停車線時的運行速度低，冒進概率小，且同時該區段正線暫停運營，故不存在故障列車與正線列車進路沖突的問題，可取消安全線。停車線縱坡在面向車擋或區間方向為2‰下坡，為防止停車線上的列車溜車，有必要在遠離車站的停車線末端設置安全線。綜合考慮，為節省工程及簡化停車線形式，可考慮取消站臺側安全線，如圖8所示。取消站臺側安全線后，有：

注:R——渡線1曲線半徑；x——道岔端部至曲線端部距離；l——渡線1曲線長度

L=L1+2L2+max(L5,L8)+L7

(13)

L8與曲線半徑R、道岔端部至曲線端部距離及道岔選型有關：

(14)

結合式(5)可得：

時，

L=L1+2L2+L5+L7=L1+2L2+scotα

(15)

時，

L=L1+2L2+L7+L8=L1+2L2+

(16)

本文按8輛編組A型車、9#道岔的條件進行分析。根據《地鐵設計規范》，當采用9#道岔時，道岔端部至平面曲線端或豎曲線端部的距離不應小于5.0 m，則x=5.0 m[1]。由于A型車圓曲線最小長度不宜小于25.0 m，則l≥25.0 m，且R≥225.9 m。

當L5=L8時，d=1.013s-0.013R-4.7 m。R按滿足規范的最小半徑取整考慮，取226 m。由此，當d≤1.013s-7.5 m時，L=9s+234.0 m，當d>1.013s-7.5 m時，L=8.889d+300.7 m。若按一般車站有效站臺寬度為11 m考慮，則s為固定值(14.2 m)時，L-d關系曲線如圖9所示。

圖9 取消站臺側安全線的3條渡線單停車線L-d關系曲線

由圖9計算可得，當d≤6.9 m時，L=361.8 m為最小值，且L=9s+234.0 m。

若以渡線1曲線半徑作為變量，當L5=L8時，R=81s-80d-374.3 m。當R≤81s-80d-374.3 m時，L=9s+234.0 m；當R>81s-80d-374.3 m時，L=0.111R+312.9 m。若按一般車站有效站臺寬度為11 m，s=14.2 m，停車線與左線間距取滿足規范的最小值(4.2 m)時，L-R的關系曲線如圖10所示。

由圖10計算可得：當R≤439.9 m 時，L=361.8 m，為最小值，且L=9s+234.0 m，為最小值。此時的取消站臺側安全線的3條渡線單停車線方案最優。

圖10 取消站臺側安全線的3條渡線單停車線L-R關系曲線圖

3 結語