曹文慧

摘 要：目前地鐵在終點(diǎn)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(diǎn)站時(shí)，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(duì)象，將站前折返分為5個(gè)工況，并從時(shí)空資源占用角度出發(fā)，通過移動(dòng)“距離-時(shí)間”曲線分析多種工況銜接轉(zhuǎn)換的控制點(diǎn)，以及不同工況下的緊接續(xù)下的最小理論折返時(shí)間，本文認(rèn)為采用站前交替折返可獲得較大的折返能力。同時(shí)，折返能力主要受到信號(hào)轉(zhuǎn)換以及側(cè)向和直向進(jìn)出站的影響，在此基礎(chǔ)上，采用不同影響因素參數(shù)分析不同影響因素對(duì)站前折返能力的影響，進(jìn)一步提出提升站前折返能力的建議。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;站前折返;時(shí)空資源;折返能力

中圖分類號(hào)：U231.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 前言

目前，地鐵終點(diǎn)站多采用站后折返模式[1，2]，但當(dāng)車站尾部受到建筑物或地形條件的限制時(shí)，可采用將折返渡線至于站前，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)列車折返和減少土建規(guī)模的目的。此種折返方式對(duì)運(yùn)輸組織有較高的要求，但卻可以解決實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)遇到的如站后無設(shè)置折返線條件、減少與線網(wǎng)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(hào)線西直門站、6號(hào)線五路居站和亦莊線的宋家莊站、西安地鐵9號(hào)線的紡織城站和重慶1號(hào)線的朝天門站。

學(xué)者對(duì)折返能力的研究較多，但由于站前折返在實(shí)際運(yùn)營中實(shí)現(xiàn)120 s較為不易[5]和在列車折返中可能存在進(jìn)路干擾[6]等一些缺點(diǎn)，對(duì)站前折返的研究較少，部分學(xué)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(dāng)站前交叉渡線配合協(xié)調(diào)的運(yùn)營組織時(shí)，其折返能力可大于站后折返[8]。在應(yīng)用針對(duì)性上，梁九彪提出在兩條地鐵線路呈T型交叉時(shí)，為減少乘客換乘時(shí)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(hào)道岔和改造島式站臺(tái)來減少敵對(duì)進(jìn)路的方法[10]。

站前交叉渡線折返站根據(jù)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(cè)進(jìn)直出及直進(jìn)側(cè)出兩種方式。本文以站前交叉渡線島式車站為研究對(duì)象，車站布置如圖1所示。對(duì)列車走行距離與占用時(shí)間構(gòu)建“距離-時(shí)間”曲線，從時(shí)空資源占用角度，通過不斷移動(dòng)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(cè)向進(jìn)站至II站臺(tái)—第二列上行直向進(jìn)站至I站臺(tái)—II站臺(tái)列車直向出站—I站臺(tái)列車側(cè)向出站”兩列車完全不存在任何干擾的工況出發(fā)，通過移動(dòng)列車的進(jìn)站時(shí)間，對(duì)列車占據(jù)的空間和時(shí)間資源進(jìn)行分析，找到控制列車折返能力的約束點(diǎn)和最優(yōu)折返工況。

在研究過程中，假定I站臺(tái)和II站臺(tái)的側(cè)向進(jìn)（出）站時(shí)間大于直向進(jìn)（出）站時(shí)間，列車停站時(shí)間大于信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)間和列車折返轉(zhuǎn)換時(shí)間，列車在站臺(tái)I和II的停站時(shí)間不固定。假設(shè)側(cè)向進(jìn)站至II站臺(tái)的第一列上行列車為列車1;直向進(jìn)站至I站臺(tái)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(cè)向進(jìn)站至II站臺(tái)—II站臺(tái)列車1直向出站—列車2直向進(jìn)站至I站臺(tái)—I站臺(tái)列車2側(cè)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(jìn)站信號(hào)。本文建立距離-時(shí)間曲線圖，以列車預(yù)備開啟進(jìn)站信號(hào)為橫坐標(biāo)-時(shí)間周期的起點(diǎn)，以列車的制動(dòng)點(diǎn)為縱坐標(biāo)-距離的起點(diǎn)，來描述列車從制動(dòng)點(diǎn)位置起至列車停穩(wěn)到站臺(tái)的運(yùn)行過程。

1.2 工況2

工況2是通過向前移動(dòng)列車2（上行直向進(jìn)入I站臺(tái)的）進(jìn)站時(shí)間，得到當(dāng)前車在進(jìn)行II站臺(tái)直向出站的時(shí)候可以平行進(jìn)行后車在I站臺(tái)直向進(jìn)站作業(yè)。

工況2具體作業(yè)為：列車1側(cè)向進(jìn)站至II站臺(tái)—列車2直向進(jìn)站至I站臺(tái)和II站臺(tái)列車1直向出站平行作業(yè)—I站臺(tái)列車2側(cè)向出站。但此工況對(duì)第三列進(jìn)站列車有一個(gè)控制點(diǎn)：需要列車2完成側(cè)向出清I站臺(tái)后列車3才可開始發(fā)進(jìn)站進(jìn)路。

1.3 工況3

工況3是在工況2的基礎(chǔ)上，持續(xù)移動(dòng)列車2進(jìn)站時(shí)間，第二列車在此工況的進(jìn)站時(shí)間由和工況2中的列車1的出站作業(yè)提前至列車1完成進(jìn)站作業(yè)，與列車1進(jìn)行旅客上下車和列車折返時(shí)間作業(yè)同步進(jìn)行。

此時(shí)存在三個(gè)控制點(diǎn)：

控制點(diǎn)1：列車2的進(jìn)站時(shí)間控制點(diǎn)為列車1必須完成側(cè)向進(jìn)入II站臺(tái)的作業(yè);控制點(diǎn)2：列車2在I站臺(tái)的側(cè)向出站作業(yè)必須在列車1完成在II站臺(tái)的直向出站作業(yè)后控制點(diǎn)3：列車3側(cè)向進(jìn)入II站臺(tái)的作業(yè)必須在列車2完成在I站臺(tái)側(cè)向出站作業(yè)。

1.4 工況4

工況4是在工況3的基礎(chǔ)上向前移動(dòng)列車2（直向進(jìn)入站臺(tái)I的列車）進(jìn)站時(shí)間，在此過程中存在列車1側(cè)向進(jìn)站作業(yè)與列車2的直向進(jìn)站作業(yè)產(chǎn)生時(shí)間、空間資源干擾的不可行情況。直至列車2（直向進(jìn)入站臺(tái)I的列車）提前列車1（側(cè)向進(jìn)入站臺(tái)II的列車）進(jìn)站，此刻將列車1成為列車1’，因此工況的控制點(diǎn)是：

控制點(diǎn)1：列車1’進(jìn)站時(shí)間控制點(diǎn)為列車2必須完成直向進(jìn)入站臺(tái)I的作業(yè);控制點(diǎn)2：列車2側(cè)向出站時(shí)間的控制點(diǎn)為列車1’必須完成側(cè)向進(jìn)入站臺(tái)II的作業(yè);平行作業(yè)：列車1’直向出站與列車3直向進(jìn)站平行作業(yè)（如圖6）。

1.5 工況5

工況5是在工況4的基礎(chǔ)上，不斷移動(dòng)列車2的進(jìn)站時(shí)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(shí)間分析

1.7 小結(jié)

通過分析各工況情況，可以發(fā)現(xiàn)列車到/發(fā)的控制點(diǎn)主要在：前車的側(cè)向進(jìn)站與后車的直向進(jìn)站作業(yè)、前車的直向出站與后車的側(cè)向出站作業(yè)、前車的側(cè)向出站與后車的側(cè)向進(jìn)站作業(yè)。在平行作業(yè)上一般是前車直向出站與后車的直向進(jìn)站作業(yè)。

從計(jì)算公式看，折返時(shí)間間隔與信號(hào)轉(zhuǎn)換、側(cè)向進(jìn)出站時(shí)間、直向進(jìn)出站時(shí)間和停站時(shí)間有密切關(guān)系。從深層來看，影響上述時(shí)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(dòng)曲線和道岔限速有關(guān)。

2 折返能力計(jì)算實(shí)例

2.1 計(jì)算參數(shù)取值

計(jì)算參數(shù)參考ERTMS/ETCS列車模型標(biāo)準(zhǔn)。主要參數(shù)如下：

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

（2）信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)間15 s;

（3）站臺(tái)I和II停站時(shí)間60 s，同時(shí)包含折返時(shí)間;

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

2.2 測算結(jié)果

采用9號(hào)道岔工況1平均折返時(shí)間約為168 s、工況2平均折返時(shí)間約為152.5 s、工況3平均折返時(shí)間約為128 s，工況4平均折返時(shí)間約為87 s，工況5平均折返時(shí)間約為168 s;采用12號(hào)道岔工況1平均折返時(shí)間約為160.5 s、工況2平均折返時(shí)間約為144 s、工況3平均折返時(shí)間約為121.5 s，工況4平均折返時(shí)間約為83.5 s，工況5平均折返時(shí)間約為160.5 s。從中可以看出12號(hào)道岔相較于9號(hào)道岔平均減少6.7 s，對(duì)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(shí)間均小于120 s，當(dāng)能充分完成各項(xiàng)進(jìn)路及折返作業(yè)緊接續(xù)時(shí)，工況4可獲得較大的折返能力。

3 結(jié)論

對(duì)比不同工況，采用站前直向和側(cè)向交替進(jìn)站，在緊工序情況下具有較大的折返能力，平均折返時(shí)間小于120 s，可以保證30對(duì)折返能力。對(duì)比不同道岔型號(hào)，12號(hào)道岔折返時(shí)間平均小于9號(hào)道岔6.7 s，折返能力約可提升8對(duì)。在日常運(yùn)營及設(shè)計(jì)中，可根據(jù)行車密度，選用不同工況，當(dāng)行車密度需求更高時(shí)，可采用大號(hào)碼道岔來提升雙股道的折返能力，保證正常運(yùn)營。

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