項仲強 施莉娟

(1.卡斯柯信號有限公司, 200072, 上海; 2.上海市軌道交通結(jié)構(gòu)耐久與系統(tǒng)安全重點實驗室, 201804, 上?！蔚谝蛔髡? 工程師)

地鐵線路的行車密度在很大程度上由終端折返站的折返能力決定。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展及人口密度的不斷上升,越來越多的市民選擇地鐵作為出行工具,而由此帶來的對于上海軌道交通1號線(以下簡稱“1號線”)的行車密度要求也在不斷提高。1號線采用固定閉塞制式,富錦路站為線路北端終端折返車站。本文以富錦路站為例,對其站前、站后及交替折返能力進行了分析,計算了折返間隔的實際數(shù)據(jù),總結(jié)了類似站形車站列車折返能力的一般特點及其規(guī)律。本文研究可為富錦路站折返能力的提升提供理論指導(dǎo),對實際的運營組織有指導(dǎo)意義。

1 富錦路站站場說明

富錦路站有3個站臺,上行站臺和下行站臺用于列車的站后折返,而中間站臺用于列車的站前折返。站后有兩條折返線,其也是停車場的出入庫線。信號系統(tǒng)設(shè)計中考慮了信號機X5—X1的防護進路,當(dāng)進路X5—X3暫時無法排列時,系統(tǒng)觸發(fā)該防護進路,為上行進站列車提供速度碼,確保列車在停車點停車。

為了說明列車折返運行中前車對后車的限制關(guān)系,即聯(lián)鎖關(guān)系及ATP(列車自動防護)發(fā)碼條件對列車運行的影響,需要在特定的位置定義列車運行的關(guān)鍵點。富錦路站站型圖如圖1所示,其中列車運行的關(guān)鍵點定義如表1所示。

表1 列車運行關(guān)鍵點定義

注:X、SA、SB為信號機;C為道岔;N11為下行軌道區(qū)段;S/T表示關(guān)鍵點S和關(guān)鍵點T均在該位置,其余同理。

通過仿真計算可以獲得以上關(guān)鍵點之間,列車按照最高設(shè)計速度運行時的運行時間。關(guān)鍵點間的列車運行時間如表2所示。其中:t1,xy為x點至y點的站前折返運行時間;t2,xy為x點至y點的站后折返運行時間。除表2中列出的折返時間外,其他與折返分析相關(guān)的時間參數(shù)為:中間站臺停站時間tdw為40.00 s;列車正常停站時間為30.00 s;列車折返線停留時間tce為25.00 s;列車起動反應(yīng)時間trea為2.00 s;進路排列時間tr為13.00 s。

表2 關(guān)鍵點間列車運行時間

2 站前折返分析

在城市軌道交通運營中,通常用列車運行時間間隔T來反映列車的折返能力,列車運行時間間隔越小,表示列車的行車密度越大,即折返能力越強。在富錦路站,列車僅利用中間站臺進行站前折返。對富錦路站的站前折返邏輯進行分析可以發(fā)現(xiàn),信號設(shè)備間的聯(lián)鎖關(guān)系限制了后車與前車的折返時間間隔。當(dāng)前車出發(fā)出清站前道岔區(qū)段,即列車后軸離開G點后,系統(tǒng)方可為后車排列上行進站進路X6—X10。當(dāng)信號開放時,后車剛好接近B點。列車在中間站臺停車換端后,發(fā)車沿下行線駛向友誼路站。各列車在不同關(guān)鍵點的站前折返時間如表3所示。

表3 各列車在不同關(guān)鍵點的站前折返時間

站前折返的列車折返時間間隔T站前可以表示為:

T站前=t1,BC+t1,CD+t1,DE+tdw+t1,FG+tr=

39.53 s+57.75 s+10.01 s+40.00 s+

49.85 s+13.00 s=210.14 s

由此可知,單一的站前折返效率是比較低的,T站前與tdw線性相關(guān)。例如,因列車換端原因需將tdw設(shè)置為50.00 s時,則T站前為220.14 s。

3 站后折返分析

列車的站后折返有3種方式:下行折返線折返、上行折返線折返及上下行折返線交替折返。其中,下行折返線折返方式的折返效率最高,這是由于當(dāng)下行折返線在前車占用的情況下,后車可以利用觸發(fā)信號機X5—X1防護進路的方式,為后續(xù)上行進站列車提供所需的速度碼,使得后續(xù)列車可以在上行站臺進站停車。在后車上行站臺停站的這一時間段內(nèi),前車已經(jīng)出清折返線,此時可以排列后車進下行折返線的進路。本文以這種折返方式為例進行分析,在實際運營中,若在采用單一站后折返也是采用這種折返方式。

基于站后折返方式,根據(jù)聯(lián)鎖關(guān)系和ATP發(fā)碼設(shè)計,前車對后車的運行有著一系列的限制關(guān)系。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn),以下的限制關(guān)系是該折返的關(guān)鍵限制關(guān)系,即該關(guān)鍵限制關(guān)系限制了前后列車在時間上進一步靠近:前車出折返線出清C1—C7道岔區(qū)段(P點),15.00 s后(排列進路13.00 s;列車起動反應(yīng)時間2.00 s),后車方可從上行站臺起動(L點)駛?cè)胝鄯稻€。各列車在不同關(guān)鍵點的站后折返時間如表4所示。

表4 各列車在不同關(guān)鍵點的站后折返時間

站后折返的列車折返間隔T站后可以表示為:

T站后=t2,LM+t2,MN+t2,NO+tce+t2,OP+tr+trea=

45.49 s+12.60 s+13.45 s+25.00 s+41.90 s+13.00 s+2.00 s=153.44 s

由此可知,單一的站后折返比單一的站前折返的折返效率高,T站后與tce線性相關(guān)。例如,因列車換端原因需將tce設(shè)置為40.00 s時,則T站后為168.44 s。

4 前后交替折返分析

把前后交替折返看為在兩列站前折返列車的接車間隙中插入一個站后折返的接車,在兩列站前折返列車的發(fā)車間隙中插入一個站后折返的發(fā)車。根據(jù)該站場的站形特點,當(dāng)列車運行采用前后交替折返時,站后折返的列車和站前折返的列車在發(fā)車時的發(fā)車順序會發(fā)生變化。例如:接車順序為列車Ⅰ(后折返)—列車Ⅱ(前折返)—列車Ⅲ(后折返)—列車Ⅳ(前折返)—列車Ⅴ(后折返)—列車Ⅵ(前折返);經(jīng)過折返后,發(fā)車順序?qū)⒆優(yōu)榱熊嚔?前折返)—列車Ⅰ(后折返)—列車Ⅳ(前折返)—列車Ⅲ(后折返)—列車Ⅵ(前折返)—列車Ⅴ(后折返),以此類推。交替折返接發(fā)車順序變化示意圖如圖2所示。

圖2 交替折返接發(fā)車順序變化示意圖

各列車在不同關(guān)鍵點的交替折返時間如表5所示。與站前折返情況類似,前后交替折返的關(guān)鍵限制關(guān)系依然是兩列站前折返列車之間的聯(lián)鎖關(guān)系限制,即當(dāng)站前折返前車(表5中的列車Ⅱ)出發(fā)出清站前道岔區(qū)段、列車后軸離開G點后,系統(tǒng)方可為站前折返后車(表5中的列車Ⅳ)排列上行進站進路X6—X10。當(dāng)信號開放時,后車剛好接近B點。此外,另一個限制關(guān)系是:站前折返的前車(表5中的列車Ⅱ)出清站前岔區(qū)后,站后折返的后車(表5中的列車Ⅲ)方可排列進站進路。這將導(dǎo)致這兩列列車的接車時間間隔T前后為110.28 s,而前車為站后折返列車((表5中的列車Ⅰ),后車為站前折返列車(表5中的列車Ⅱ)的接車時間間隔T前后為99.86 s,即接車時的列車時間間隔是不均衡的。

表5 各列車在不同關(guān)鍵點的交替折返時間

前后交替折返的列車折返時間間隔T交替可以表示為:

T前后=t1,BC+t1,CD+tr=

39.53 s+57.75 s+13 s=110.28 s

T后前=T站前-T前后=

210.14 s-110.28 s=99.86 s

T交替=(T前后+T后前)×0.5=

(110.28+99.86)×0.5=105.07 s

式中:

T前后——站前折返列車和后續(xù)站后折返列車之間的折返時間間隔,單位s;

T后前——站后折返列車和后續(xù)站前折返列車之間的折返時間間隔,單位s。

由此可知,T交替實際為T站前的二分之一。由表4可知,站后折返列車的運行時間是非常充裕的,這導(dǎo)致站后折返列車需要在折返線上停留較長的時間,而這些多余的時間也可分配給上下行站臺的停站時間,保證其線路折返能力不受影響。

為了便于列車運營調(diào)度,對上述前后交替折返分析結(jié)果進行調(diào)整優(yōu)化,即人為延長列車在站后折返線的停車時間,將所有列車接車間隔和發(fā)車間隔調(diào)整為相同時間間隔,但這需要犧牲線路部分的折返能力。優(yōu)化后各列車在不同關(guān)鍵點的交替折返時間如表6所示。

表6 優(yōu)化后各列車在不同關(guān)鍵點的交替折返時間

對接發(fā)車時間間隔進行調(diào)整優(yōu)化后,前后交替折返時間間隔T優(yōu)化取T前后和T后前中數(shù)值較大者。

T優(yōu)化=max(T前后,T后前)=

max(110.28 s,99.86 s)=110.28 s

5 結(jié)語

由于折返效率低,富錦路站單一站前折返模式并不適合在日常運營中使用;而單一站后折返模式由于其運營組織簡單、折返效率尚可,成為了目前1號線使用的折返模式。但隨著1號線列車運行密度的不斷增加,啟用前后交替折返模式勢在必行。富錦路站啟用前后交替折返模式后的折返效率高于線路另一端的折返站——莘莊站的折返效率,富錦路站折返效率已不再是1號線提升運營效率的瓶頸。

類似富錦路站這種類型的折返站,其前后交替折返的效率取決于站前折返效率,且兩者之間存在線性關(guān)系。站前折返列車的運行延誤將直接導(dǎo)致整個車站的折返延誤;而站后折返列車相對來說有充裕的運行時間,較小的站后折返運行延誤并不會直接導(dǎo)致整個車站的運行延誤,這也為后續(xù)進一步提升富錦路站折返效率提供了研究思路和研究方向。