城市軌道交通盡端式站后折返線長度及效率計算

蘇云峰鄧志翔

（1.武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，430205，武漢；2.中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司通號處，430063，武漢∥第一作者，副教授）

城市軌道交通盡端式站后折返線長度及效率計算

蘇云峰1鄧志翔2

（1.武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，430205，武漢；2.中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司通號處，430063，武漢∥第一作者，副教授）

城市軌道交通折返站的折返能力是決定線路運營效率的關(guān)鍵因素之一。介紹了盡端式站后折返線信號設(shè)備的布置原則。從最快解鎖道岔和列車以最小距離停在折返信號機前的角度，對盡端式折返線設(shè)計長度及列車折返時間進行分析計算，得出在最高折返效率下的折返線理論長度，為工程建設(shè)提供理論依據(jù)。

城市軌道交通；盡端式站后折返線；折返線長度；折返效率

First-author’s addressWuhan Railway Vocational College of Technology，430250，Wuhan，China

隨著城市現(xiàn)代化步伐不斷加快，城市內(nèi)部可建設(shè)用地面積不斷減少，土建工程成本節(jié)節(jié)攀升，因此，在保障城市軌道交通運營效率和安全的前提下，合理地設(shè)置特殊線路，如折返線、安全線、存車線等的長度，可以達到節(jié)省土建投資的目的［1］。

城市軌道交通信號系統(tǒng)是保證列車運行安全，實現(xiàn)行車指揮和列車運行現(xiàn)代化，提高運輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備。在運營重要性上，信號系統(tǒng)遠高于其他弱電系統(tǒng)。因此，在設(shè)計某些線路長度時，必須符合信號系統(tǒng)的規(guī)范。如何在信號安全、運營效率和土建投資之間找到一個最佳的平衡點，是工程設(shè)計人員的一個難題。本文從信號安全和運營效率的角度，對城市軌道交通中常見的盡端式折返線設(shè)計長度進行了定量分析，并計算得到了該折返模式下的最小折返時間，為工程建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 正線信號系統(tǒng)安全防護距離

目前，主流的城市軌道交通信號控制方案都采用基于無線通信的列車控制（CBTC）系統(tǒng)。其包含了列車自動防護（ATP）、列車自動運行（ATO）和列車自動監(jiān)控（ATS）等子系統(tǒng)。正常運行時，列車一般采用ATO模式。該模式下的列車速度由計算機控制，速度變化平緩，增加了乘坐的舒適性和安全性；同時有效地減輕了駕駛員的勞動強度，并能實現(xiàn)與屏蔽門聯(lián)動、精確停車等功能［2］。ATP系統(tǒng)可保障列車的速度不會超出限速，確保列車運行的安全。在ATP防護下采用ATO模式的列車緊急制動曲線如圖1所示。

圖1 ATP防護下的緊急制動曲線

由圖1可知，在ATO模式下，列車速度應(yīng)保持在緊急制動觸發(fā)線以下，正常制動的停車位在S1處。一旦出現(xiàn)緊急情況，列車速度超過ATO控制曲線觸碰到緊急制動觸發(fā)線，且此時列車處于最大坡度的下坡路面，緊急制動率為最小值時，列車會主動切斷牽引力，實施ATP緊急制動，停車點會在S2處。S1和S2之間的距離就是安全防護距離［3］。安全防護距離一般不會超過38.3 m，考慮一定的工程裕量，實際設(shè)置為45 m。該數(shù)值得到了各個信號設(shè)備供應(yīng)商的一致認可。

2 盡端式站后折返線信號設(shè)備的布置原則

盡端式站后折返型站場示意圖如圖2所示，其中a為基本軌縫至計軸器的距離；b為列車正常制動距離；c為列車ATP停車精度；d為司機瞭望信號機的距離；e為一列遠期車的長度；f為安全防護距離。圖中的折返線和停車線皆可用于列車折返，但文獻［5］通過分析計算指出，如果利用圖中的停車線進行折返作業(yè)，其直進側(cè)出的折返效率遠低于側(cè)進直出式。因此，盡端式站后折返線一般都采用側(cè)進直出式，如圖中虛線所示。

圖2 盡端式站后折返站場示意圖

折返線路上的信號設(shè)備主要包括信號機和計軸器。根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》，此處信號機和計軸器應(yīng)該并置，但必須距前面的基本軌縫一段距離。因為任何計軸設(shè)備都會存在干擾抑制區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)不能安裝例如牽引回流線等會帶來強電磁干擾的設(shè)備，否則計軸器會出現(xiàn)計數(shù)不準的現(xiàn)象［4］。計軸器的干擾抑制區(qū)為±0.45 m。信號機前方的基本軌縫處要安裝絕緣節(jié)魚尾板和牽引回流線，絕緣節(jié)魚尾板的標準寬度為0.42 m，牽引回流線根據(jù)種類的不同，安裝寬度在0.5 m左右。此外，考慮到計軸設(shè)備不可能安裝在枕木上，必須安裝在枕木之間的空隙處，再加上工程安裝誤差等不確定性因素，計軸器距基本軌縫的距離一般設(shè)定為a=2 m。

地鐵線路運營時，列車會處于各種駕駛狀態(tài)，因此停車精度也有區(qū)別。一般人工駕駛時的停車精度較低，設(shè)定c=2 m；

普通列車地板距離軌面高度大于1 m，信號機燈位上方存在遮檐，如果司機要能清晰地看到信號機信息，必須有足夠的瞭望距離，一般設(shè)定d=3 m。

因此在實際工程中，站臺端部距離出站信號機的距離至少為c+d=5 m。

盡頭型阻擋信號機與停車點之間的距離一般設(shè)置成為ATP防護下的安全防護距離，即f=45 m。

3 折返線長度及折返時間計算

我國城市軌道交通正線一般敷設(shè)9號道岔，交叉渡線上的一組雙動道岔的岔尖基本軌縫之間距離約為67 m。9號道岔側(cè)向允許的最高列車速度為35 km/h，但在折返處，列車的實際運營最高速度不會超過28 km/h。設(shè)列車的起動加速度a1=0.8 m/s2，正常停車減速度a2=1 m/s2，列車為6節(jié)A型車，長140 m。

方案一：最快解鎖道岔。

該方案從最快解鎖道岔考慮，計算折返線長度及列車折返時間。根據(jù)文獻［6］，只有列車完全越過計軸器②時，雙動道岔才能解鎖，站臺1的接車進路才能開放。因此，列車從站臺1出發(fā)到車尾越過計軸器②的時間越短，站臺1能辦理接車進路的時間就越早，理論上該折返站列車折返的效率就越高。

列車從零速度加速到28 km/h所需時間t1≈9.7 s，行駛距離為S1=a1t21/2≈38 m。也就是說，在車尾越過計軸器②之前，列車速度已達到28 km/ h，然后勻速行駛，直至車尾越過計軸器②。此時雙動道岔解鎖，站臺1可以辦理接車進路。

與此同時，列車開始減速停車，到速度為零時，所需時間為t2≈7.8 s，行駛距離為S2=a2t22/2≈31 m。即列車經(jīng)過9號道岔之后正常的制動距離b=31 m?（c+d）=5 m，滿足司機正常瞭望信號機。

因此，計軸器②前的基本軌縫至車檔的距離為L=a+b+e+f=e+78 m。即盡端式站后折返線的長度為：1列車長+78 m。

折返間隔時分由以下幾部分組成：

（1）列車進入折返線的時間T1；

（2）取消防護進路的時間T2；

（3）列車轉(zhuǎn)換運行方向的時間T3；

（4）辦理X4→X6進路的時間T4；

（5）列車進入上行站臺，并出清X4→X6進路中第一個道岔區(qū)段的時間T5；

（6）后續(xù)列車的部分停站時間T6（含至折返線進路排列時間）。

列車從站臺1進入側(cè)向折返線時，最高運行速度不超過28 km/h，加速及減速時間分別為t1和t2，勻速運行的距離為e+2a+5 m+67 m-45 m=171 m，時間為t3≈22 s。因此，T1=t1+t2+t3≈40 s。

在列車折返過程中，T2、T3、T4的時間是重疊的，當(dāng)列車越過計軸器②之后，防護進路解鎖即開始進行；待列車停穩(wěn)后，列車即開始轉(zhuǎn)換方向，與此同時，新的進路也開始辦理。一般而言T234≤20 s。

由于列車出清X4→X6進路行走的距離略小于列車進入折返線的距離，且出清X4→X6走的是道岔直向，因此T5會略小于T1，在此取T5≈T1= 40 s。

因此，列車的折返時間T=T1+T234+T5+T6=100 s+T6。

方案二：列車以最小距離停在②信號機前。

該方案考慮折返列車停在②信號機前5m，這樣盡端式站后折返線的長度可達到最小，基本軌縫距離車檔的距離L=a+c+d+e+f=e+52 m= 1列車長+52 m。

此時，列車從站臺1到折返停車點所行走距離為e+2a+c+d+5 m+67 m=221 m。

加速時間t＇1=t1=9.7 s，行走距離S＇1=S1= 38 m。

減速時間t＇2=t2=7.8 s，行走距離S＇2=S2= 31 m。

按28 km/h勻速行駛的距離S＇3=221 m-S＇1-S＇2=152 m，時間t＇3≈20 s。

因此列車進入折返線的時間T＇1=t＇1+t＇2+t＇3≈38 s；列車從停車點進入到上行站臺的時間T＇5≈T＇1=38 s。

此時的列車折返時間T＇=T＇1+T234+T＇5+T6=96 s+T6。

上述計算中，T6是根據(jù)運營間隔計算出來的。在高峰時期，由于列車發(fā)車頻率高、追蹤間隔小，T6數(shù)值較小，一般為20 s左右；而在非高峰時期，列車發(fā)車頻率低，則T6取值較大。因此，盡端式站后折返線上，CBTC模式下最高折返效率可實現(xiàn)不大于2 min。

綜上所述，方案一中列車從站臺1發(fā)車至越過計軸器②所需時間為t1+t3=31.7 s；同理，通過計算可知，方案二中列車越過計軸器所需時間約為34.2 s，故方案一較方案二的道岔解鎖時間提前了2.5 s，然而列車全程折返時間多出了4 s，且停車線長度需增加26 m。因此，方案二更加合理，工程性價比更高。

4 結(jié)語

城市軌道交通折返站的折返能力直接關(guān)系到線路的運營效率，折返線過長，會增加土建施工投資；折返線過短，則會降低折返能力。本文以盡端式站后折返線為例，在保障運營安全和效率的前提下，從信號系統(tǒng)的角度，通過該類折返線信號設(shè)備布局原理和數(shù)值計算，得到最佳折返線長度為1列車長+ 52 m，其最小折返時間不大于2 min。

［1］ 周鵬飛，劉金瑞.城市軌道交通工程折返線的防護距離分析［J］.鐵路通信信號工程技術(shù)，2009，6（1）：36.

［2］ 付文剛.信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的邏輯與控制［J］.城市軌道交通研究，2009（4）：50.

［3］ 李堂成.西門子準移動閉塞信號系統(tǒng)的安全區(qū)段概念［J］.城市軌道交通研究，2007（5）：49.

［4］ 弓劍.各類電子式計軸設(shè)備工程應(yīng)用淺析［J］.鐵道通信信號，2011，47（6）：34.

［5］ 鄧紅元.站后折返模式的分析與比較［J］.鐵路通信信號設(shè)計，2002（4）：5.

［6］ 張?zhí)?移動閉塞信號系統(tǒng)的安全距離計算淺析［J］.鐵道通信信號，2010，46（6）：24.

［7］ 馬能藝.一種常用折返站型的折返能力改進方案［J］.城市軌道交通研究，2013（2）：99.

Calculation of the Length and Efficiency of Turning-back Line at Urban Rail Transit Dead-end Station

Su Yunfeng，Deng Zhixiang

The back-turning capacity of urban rail transit station is one of the most important factors to affect the operation efficiency.In this paper，the principle of turning-back linesignal devices layout at dead-end station is introduced.Through analysis and calculation of the turning-back time and the design length of turning-back line based on the fastest unlock switch and the shortest train stopping distance，the theoretical length of turning-bake line is obtained，which has the highest turningback efficiency and could provide some theoretical support for other engineering projects.

urban rail transit；dead-end station turningback line；length of turning-back line；turning-back efficiency

U 231.1

2014-01-19）