城市軌道交通越行站站型研究

李 瓊

(中鐵二院華東勘察設計有限責任公司,310004,杭州∥高級工程師)

隨著城市軌道交通的發展,有必要設置具備快慢車會車條件的車站(以下簡稱“越行站”)。文獻[1]建議快慢車模式下越行站配線優選雙島正線內(外)側方案,文獻[2]對越行站的行車功能、越行速度及道岔、越行線安全防護距離等進行了分析。而鮮見有文獻從對快慢車運行效率影響的角度來分析站型優劣。為使越行站的建設更貼合“以人為本”的設計理念,并盡量保障運營的靈活性,需合理選擇越行站站型。為此,本文運用定性及定量分析相結合的方式,進一步探討越行站的站型優劣。

1 越行站的站型

已運營的日本京成本線、成都地鐵18號線、上海軌道交通16號線及臺州市域鐵路S1線越行站配線分別如圖1—圖4所示。

圖1 日本京成本線越行站配線示意圖[3]

圖2 成都地鐵18號線越行站配線示意圖

圖3 上海軌道交通16號線越行站配線示意圖[4]

圖4 臺州S1線越行站配線示意圖[5]

對上述項目的站型進行歸納,得到圖5中的a、b、c、d等4種越行站常用站型。

圖5 越行站常用站型示意圖

鑒于幾種站型均有運用實例且各有特點,本文擬從工程投資、運行效率及對運營的影響等方面對幾種越行站站型進行探討,以期深入分析各站型的優劣。

2 工程投資

從線路敷設方式與車站施工方法的關系來看,各站型各有特點。站型a、c的正線位于內側,且正線間距小,出站后的線路不宜采用盾構法施工,因此,高架線路較多選用站型a、c。站型b、d的正線外包車站,正線間距大,出站的線路較適用于盾構法施工,因此,站型b、d較適用于地下線路。

本文以站臺長度為120 m的某車站數據為例,當高架越行站采用站型a、c,地下越行站采用站型b、d時,分析得到不同站型的越行站主要工程規模指標的相關數據,見表1—表2。

表1 高架越行站主要工程規模指標的數據

表2 地下越行站主要工程規模指標的數據

分析表1及表2可知:

1) 對于高架越行站,與站型a相比,站型c的車站建筑面積和橋梁面積均更大,分別相差約1 000 m2及2 800 m2。對其土建投資進行估算,則站型a土建投資約為0.9億元,站型c土建投資約為1.1億元。站型c的投資比站型a投資僅多約2 000萬元。

2) 對于地下越行站,與站型b相比,站型d的車站長度和寬度增加較多,故其車站主體建筑面積也增加較多,故相應投資也更多。按表2數據計算,二者車站主體建筑面積相差約1.1萬m2,投資相差約1.3億元。

由上述分析可見:對于高架越行站,站型c與站型a投資差額較小,節省效果不明顯;對于地下越行站,站型b的投資節省效果明顯。

3 運行效率

當站型不同時,快車的越站速度不同,對快車及慢車的運行效率影響也不同,故對運行效率的影響也不同。

3.1 對快車運行效率的影響

3.1.1 越站速度的影響

以采用6節編組地鐵B型車、列車最高運行速度為120 km/h的某線路L為例,研究快車越站速度對快車運行效率的影響。以站站停運行方式為比較對象,計算得到不同越站速度下線路L的每座越行站節省時間,如表3所示。

表3 不同越站速度下線路L的越站節省時間

由表3可知:越站運行能有效提升快車運行效率;然而,當越站速度達到一定數值后,即使繼續提升越站速度,也無法明顯提升越行效率。

3.1.2 站型的影響

為更直觀地研究不同站型對快車運行效率的影響,以快車不停站的車站為比較對象,以線路L為例,計算其全日快車節省時間。

假設線路L全線設站20座,其中越行站及未設置避讓線的越行站(下簡稱“一般越行站”)分別為4、6座,越站節省時間按表3取值。高峰時段,全線快、慢車開行數量分別為4、16對/h;非高峰時段,全線快、慢車開行數量分別為4、8對/h。高峰、非高峰時段的越行站分別為4、2座。全日運營時間為18 h,其中高峰期為4 h。若越站需限速,則按80 km/h限速考慮,且每趟慢車被越行1次。

1) 情況一,線路L的越行站選用站型a、b。越行站的越行線遠離站臺,快車可不限速通過;一般越行站的越行線緊臨站臺,快車需限速通過。因此,若項目選用站型a、b,則全線快車全日節省時間需按越行站及一般越行站分別計算。根據表3數據計算可得,線路L的快車全日節省時間為26.72 h。

2) 情況二,線路L的越行站選用站型c、d。對于站型c、d的越行站以及一般越行站,越行線均緊鄰站臺,故快車均需限速通過。該情況下,全線的快車全日節省時間主要同越行點數量及快車的開行數量有關。經計算,線路L的快車全日節省時間為24.8 h。

由計算結果可見:快車通過越行,均極大地提升了線路的運行效率;快車不限速越站會進一步提升快車的運行效率;若越行站數量少,則快車運行效率的進一步提升優勢不太明顯。

對于線路L,因越行站數量少,快車不限速越站全日節省時間僅約1.92 h。可見,采用站型a、b對快車的運行效率的影響差別不大。此外,隨著越站速度的進一步提升,站型a、b對提升快車運行效率的優勢將進一步削弱。

3.2 對慢車運行效率的影響

在越行站,除慢車需停站待避引起運行效率降低外,慢車側向過岔進出站也會降低慢車的運行效率。

據測算,與直向過岔相比,慢車側向過岔的進站用時增加約9 s,出站用時也增加約9 s。

對此,本文不計慢車待避時間,僅討論待避慢車側向過岔對慢車運行效率的影響。

若慢車需待避,則無論哪種站型慢車均需側向過岔,從而均會降低運行效率。若慢車無需待避,則當選用站型a、b時,因站臺位于待避線一側,慢車仍需側向過岔,而當選用站型c、d時,站臺緊臨正線,慢車可選擇直向進出站。

由此可見,站型a、b會影響所有慢車的運行效率,而站型c、d僅影響需待避慢車。

仍以線路L為例,其越行站為4座。若選用站型a、b,則每趟慢車在4座越行站均需側向過岔;若選用站型c、d,則僅需待避慢車在相應的越行站側向過岔。

由此計算:當線路L的越行站均選用站型a、b時,則全線全日慢車因側向過岔進出站而延長的時間為7.04 h;若線路L越行站均選用站型c、d,則為1.76 h。

綜上所述,慢車側向過岔將進一步降低慢車的運行效率;站型a、b因所有慢車均需側向過岔,對慢車效率的進一步影響尤為明顯。以線路L為例,與站型c、d相比,采用站型a、b時的全日慢車運行時間將增加約5.28 h。

3.3 對運行效率的綜合影響

在城市軌道交通中,慢車的開行數量通常遠多于快車的開行數量,選用站型a、b,雖可在一定程度上提升快車的運行效率,但對慢車運行效率的降低更大。因此,在站型選擇時,除考慮提升快車運行效率外,還應盡量減少對慢車乘客的影響。當越行站選用站型a、b時,尤其應注意這一影響。

4 運營特點

4.1 運營靈活性

選用站型a、b時的運營靈活性差。表現在:

1) 列車發生故障時的運營靈活性不足。為節省工程投資,越行站配線通常兼具停車線功能。因站型a、b越行線遠離站臺,故若故障列車占用正線,則故障列車無法上下客;若故障車占用待避線,則運營列車無法上下客。

2) 慢車只能選擇側向過岔進出站。對與選用站型a、b的越行站,所有慢車均需側向過岔進出站。另外,若運營后不采用快慢車混合運行模式,則所有列車進出站均需側向過岔。

4.2 道岔維護工作量

從已運營的快慢車混合運行線路來看,仍以慢車開行為主,快車開行數量相對較少。例如上海軌道交通16號線,該線全日往滴水湖站方向的快車僅8列,其余均為慢車。

當越行站均選用站型a、b時,慢車進出站均需側向過岔,且慢車開行對數多,故道岔切換定位、反位的頻率高,這將增大道岔維護工作量,道岔故障率也會隨之升高,對運營的影響加大。

當越行站選用站型c、d時,雖待避慢車也會側向過岔,但非待避慢車可選擇直向過岔,此時可有效降低道岔切換定位、反位的頻率,也有利于減輕道岔維護工作量,降低道岔故障率。

5 結語

越行站是提升快車運行效率的重要硬件設施,它不僅直接影響前期建設投資,還對慢車乘客的出行效率產生影響,也關系到運營的靈活性。研究表明,在慢車開行數量大于快車開行數量的系統中:

1) 若選用站型a、b,不能提升線路整體的運行效率,不利于靈活地組織運營,反而會使道岔頻繁地轉向,增大了道岔故障的幾率,增加了影響運營的概率。

2) 對于高架越行站,鑒于站型 a 在運營功能上存在不足,且站型c 的投資增加有限,故建議高架越行站優先選用站型c。

3) 對于地下越行站,站型 b 的運營功能存在不足,而站型 d 的土建投資較大。若站型 d 的待避線兼停車線功能,為保障運營的靈活性,則選用站型 d 更為有利。