王海鑫

(廣州地鐵設(shè)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(fā)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(dāng)故障列車距離車輛基地較遠(yuǎn)時，停車線的合理設(shè)計尤為重要。GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，正線應(yīng)每隔5～6座車站或8～10 km設(shè)置停車線，其間每相隔2～3座車站或3～5 km應(yīng)加設(shè)渡線[1]。加設(shè)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(guī)范及停車功能的情況下盡量減小停車線規(guī)模，就成為設(shè)計的關(guān)鍵。

1 停車線分類

按與車站有效站臺的位置關(guān)系，停車線可分為縱列式和橫列式。

1)縱列式停車線設(shè)置在車站的一端，與站臺縱列，能將乘客上下車與車輛技術(shù)作業(yè)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(shè)置于曲線段，則設(shè)計為貫通式停車線的難度較大?？v列式停車線通常設(shè)置于運營交路的起終點，與折返線結(jié)合布置。

2)橫列式停車線設(shè)置在車站的一側(cè)，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(dá)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(shè)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(cè)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(nèi)的線路設(shè)計方案較為明確，因此本文僅對應(yīng)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(shè)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(guān)。GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，車站端部渡線宜采用9#道岔。當(dāng)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(biāo)或出站信號機至有效站臺端部的距離不應(yīng)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(guān)?？紤]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(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，貫通式停車線有效長度(不含車擋長度)不應(yīng)小于遠(yuǎn)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(shè)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(shù)有關(guān)。正線一般采用道岔不小于9#，相應(yīng)的車擋前單渡線岔心與端墻距離不宜小于53.0 m。根據(jù)《廣州市軌道交通新線工程設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，當(dāng)采用9#道岔時，站端道岔岔心與盾構(gòu)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(shè)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(shè)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(yuǎn)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(yuǎn)期規(guī)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(yuǎn)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(yuǎn)期規(guī)劃的車輛選型及列車模塊確定，L2與道岔選型及信號設(shè)計有關(guān)，L3和L4同道岔選型及線間距有關(guān)，則：

(2)

L=L1+2L2+scotα

(3)

當(dāng)車輛選型確定時，L與d1無關(guān)。s越大，則L越長；道岔型號越大，則L越長。

根據(jù)信號設(shè)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(yīng)根據(jù)具體城市及具體實施條件確定。根據(jù)《廣州市軌道交通新線工程設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，當(dāng)采用9#道岔時，L2取24.0 m；當(dāng)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(guān)系曲線。

圖3 雙停車線方案中的L-s關(guān)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(shè)計，并在4個方向設(shè)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(guān)，若道岔前長為a、道岔后長為b，則：

L5=(s-d)cotα

(5)

根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)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(dāng)d≤0.5s-1.98 m時，有L=18s-18d+234.0 m；當(dāng)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(guān)系曲線如圖5所示。

圖5 4條渡線單停車線的L-d關(guān)系曲線

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

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(yīng)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(dāng)減小車站規(guī)模，節(jié)省土建投資[5]。

渡線的設(shè)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(shè)置方式有2種，如圖6所示。

a)設(shè)置方式一

1)設(shè)置方式一。如果上行方向列車發(fā)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(fù)正常后，再由渡線4駛出繼續(xù)沿上行方向運行。如果下行方向的列車發(fā)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(fù)正常后，再由渡線1駛出繼續(xù)沿下行方向運行。故障列車若無法在短時間內(nèi)恢復(fù)正常，則需在全線停止運營后，由渡線4返回車輛段。

2)設(shè)置方式二。如果上行方向的列車發(fā)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(xù)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(fā)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(xù)沿下行方向運行。若故障車短時間內(nèi)無法恢復(fù)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(shè)置方式的運營情況對比見表1。

表1 不同渡線設(shè)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(shè)計時，除了考慮設(shè)置相鄰?fù)＼嚲€的距離要求外，還應(yīng)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(shè)置方式二中，上、下行方向的故障列車均能直接駛?cè)胪＼嚲€，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(shè)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(guān)：

L7=dcotα

(10)

結(jié)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(dāng)d≤0.5s-1.98 m時，L=9s+234.0 m；當(dāng)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(guān)系曲線如圖7所示。

圖7 3條渡線單停車線方案L-d關(guān)系曲線

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

2.4 取消站臺側(cè)安全線的單停車線

設(shè)置安全線的主要目的是為了防止停車線上的列車未經(jīng)允許進入正線、與正線列車發(fā)生沖突，或者由于進路沒有開通時列車冒進導(dǎo)致列車擠占道岔、而發(fā)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(qū)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(qū)間方向為2‰下坡，為防止停車線上的列車溜車，有必要在遠(yuǎn)離車站的停車線末端設(shè)置安全線。綜合考慮，為節(jié)省工程及簡化停車線形式，可考慮取消站臺側(cè)安全線，如圖8所示。取消站臺側(cè)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(guān)：

(14)

結(jié)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(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》，當(dāng)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(yīng)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(dāng)L5=L8時，d=1.013s-0.013R-4.7 m。R按滿足規(guī)范的最小半徑取整考慮，取226 m。由此，當(dāng)d≤1.013s-7.5 m時，L=9s+234.0 m，當(dāng)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(guān)系曲線如圖9所示。

圖9 取消站臺側(cè)安全線的3條渡線單停車線L-d關(guān)系曲線

由圖9計算可得，當(dāng)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(dāng)L5=L8時，R=81s-80d-374.3 m。當(dāng)R≤81s-80d-374.3 m時，L=9s+234.0 m；當(dāng)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(guī)范的最小值(4.2 m)時，L-R的關(guān)系曲線如圖10所示。

由圖10計算可得：當(dāng)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(cè)安全線的3條渡線單停車線方案最優(yōu)。

圖10 取消站臺側(cè)安全線的3條渡線單停車線L-R關(guān)系曲線圖

3 結(jié)語