城市軌道交通站后折返安全防護距離研究

李 偉，陽 彬

(1.武漢鐵路職業(yè)技術學院，湖北 武漢 430205;2.武漢鐵路局武漢電務段，湖北 武漢 430071)

0 前言

城市軌道交通以其站點覆蓋面廣、商圈范圍直達、準點便捷、低碳環(huán)保等優(yōu)點已逐漸成為人們出行的首選;同時，城市軌道交通的建設也帶動了站點周邊的商業(yè)發(fā)展，成為區(qū)域經濟實力的象征。隨著城市化進程的不斷加快，人們對于城市軌道交通的運營和服務質量提出了進一步的要求。早晚高峰更大運量、發(fā)車更加密集、運營更加準點等，成為了城軌建設者不斷追求的目標。

城市軌道交通的信號系統(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、提高運輸效率的關鍵系統(tǒng)設備。因此，在城軌工程設計初期，線路和站場專業(yè)就必須根據(jù)信號專業(yè)的要求設計特殊區(qū)域的線路長度。如，折返線區(qū)域的保護區(qū)段長度設置過長，對系統(tǒng)折返效率提升有限，并會大大增加建設成本;如果該區(qū)段設置過短，則會嚴重降低折返效率，減少高峰時期的運能和運量。如何在信號安全、運營效率和建設投資之間找到一個最佳平衡點，成為工程設計的一個難題。本文針對如何設置折返區(qū)域的保護區(qū)段長度，從運營折返效率的角度，分別對高架(或地面)站和地下站的折返進行仿真和定量分析，得出了相關結論。

1 ATP(列車自動防護系統(tǒng))防護下的安全防護距離確定

基于通信的列車自動控制系統(tǒng)(ATC)——CBTC 是目前應用于城市軌道交通信號控制領域可持續(xù)發(fā)展的最先進技術，自2004 年7 月28 日武漢輕軌1 號線(國內首條CBTC 運營線路)開通運營以來，我國城市軌道交通新建線路和舊線改造基本上全部采用CBTC 作為主用系統(tǒng)。列車自動控制系統(tǒng)ATC 包含了列車自動防護系統(tǒng)(ATP)、自動運行系統(tǒng)(ATO)和自動監(jiān)控系統(tǒng)(ATS)。在CBTC 系統(tǒng)下，列車常用駕駛模式為ATO 自動駕駛模式，列車速度由計算機控制，速度變化平滑，增加了乘坐舒適性和安全性;同時可降低駕駛員的勞動強度，并能實現(xiàn)與屏蔽門聯(lián)動、精確停車等功能。ATP 用來保障列車的速度不會超出限制，確保列車運行的安全。在ATO 駕駛模式下，ATP 防護下的列車緊急制動曲線如圖1 所示。

圖1 ATP 防護下的列車緊急制動曲線

由圖1 可知，列車在ATO 駕駛模式下，列車速度應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、此時正好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［1］?？梢钥闯霭踩嚯x是基于列車安全制動模型計算得到的一個附加距離，它保證追蹤列車在最不利條件下能夠安全停在前行列車后方而不發(fā)生追尾;所以，安全距離是移動閉塞系統(tǒng)的關鍵，它是附加在常用制動距離上的一段安全富余量。列車在行駛過程中，追蹤列車和前行列車之間始終保持一個常用制動距離再加上一個安全距離。S1 和S2 之間的距離就是安全防護距離，既是指ATP 絕對停車點與ATO 停車點之間的長度，該距離與列車的動拖比、緊急制動率、鋼軌粘著系數(shù)等有關。

2 折返線安全防護距離的計算

2.1 折返區(qū)域信號設備布置原則

折返區(qū)域影響線路長度的主要信號設備包括信號機和計軸器。信號機和車頭頂端(或有效站臺邊緣)的距離受司機瞭望距離的限制，計軸器和岔尖前基本軌縫的距離受牽引回流線及安裝條件的限制。

2.1.1 司機瞭望距離

車頭頂端(或有效站臺邊緣)至前方信號機的距離要求包含兩個限制因素:其一是列車車窗下沿對司機視線的遮擋;其二是當信號機設于左側時，車窗側沿對司機視線的遮擋。如圖2 所示，以矮柱信號機最下方燈位為計算對象，(a)圖中，A:司機眼睛距軌面的高度2.38m;B:司機眼睛距車窗下沿的高度0.22m;C:車窗下沿距軌面的高度2.16m;D:司機眼睛至車窗下沿的水平距離0.55m;E:司機瞭望信號機的俯角28°;F:車窗底部至車頭懸出的距離0.6m;G:信號機最下方的燈位最下沿距軌面的高度0.1m。當信號機設于右側時，受車窗下沿對司機視線的遮擋，司機能夠確認信號的最小距離為(車頭懸出至信號機)4.08m;當信號機設于左側時(因屏蔽門影響，部分出站信號機需設于線路左側)，受車窗側沿對司機視線的遮擋，司機能夠確認信號的最小距離為(車頭懸出至信號機)4.9m。工程中，取該值為5m。

圖2 司機瞭望距離

2.1.2 計軸器至岔尖基本軌縫的距離

任何計軸設備都會存在干擾抑制區(qū)，在該區(qū)域內不能安裝牽引回流線等會帶來強電磁干擾的設備，否則計軸器會出現(xiàn)計數(shù)不準的現(xiàn)象。計軸器的干擾抑制區(qū)為±0.45m;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0.42m，牽引回流線根據(jù)種類的不同，安裝寬度在0.5m 左右。同時考慮到計軸設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，計軸器距離岔尖前基本軌縫的距離一般設定為2.4m。

考慮到司機瞭望信號機的距離以及計軸器與道岔尖軌安裝位置的要求，在計算安全距離的時候應將該部分數(shù)值計算進去。另外，在站臺端部各個專業(yè)的設備及電纜相對集中，安裝布局會有一定困難，因此，車頭頂端(或有效站臺邊緣)距離道岔岔尖前基本軌縫往往大于5m +2.4m=7.4m，在實際工程中取值不小于8m。

2.2 折返效率分析

列車運行到交路折返站，必須進行折返操作才能實現(xiàn)上下行轉換的換向運行。站后折返的效率遠高于站前折返，因此，現(xiàn)階段折返站的形式以站后折返為主。對于站后折返，列車必須待進站、停車、清客之后進入站后折返線，再利用折返線上的渡線完成上下行轉換，進入另一側站臺［2］。兩種站后折返的站場平面如圖3 所示。

圖3 站后折返示意圖

對于站后折返，安全防護距離主要影響的是列車進入折返線的時間，安全防護距離越長，在折返過程中可保持高速運行的時間越長，折返時間也越短。另外一個影響安全防護距離的因素是緊急制動率，緊急制動率數(shù)值一般在0.78～0.88m/s2之間。高架或地面線路受天氣影響較大，雨雪天氣時粘著系數(shù)小(0.78m/s2)，緊急制動率小，安全保護距離較長;地下線路則相反，緊急制動率較大(0.88m/s2)，安全保護距離較小。

針對高架和地下兩種不同的工程條件進行折返仿真，仿真參數(shù)如下:

a.列車長度為140 米(6 節(jié)編組、A 型車);

b.道岔為9 號道岔，岔尖至岔心9.95 米，岔尖至基本軌縫2.62 米;

c.站臺區(qū)域、岔區(qū)、折返線坡度均為2‰，進站前區(qū)間坡度35‰;

d.正線土建限速:85km/h(信號不可突破，即最高運行速度80km/h);

e.道岔側向土建限速:35km/h(不可突破);

f.車站限速60km/h(停站列車需考慮站臺限速);

g.車輛參數(shù):車輛參數(shù)如表1。

表1 車輛參數(shù)

2.2.1 高架站折返

對于貫通式站后折返，折返線保護區(qū)段長度和折返時間對照見表2。

表2 貫通式站后折返的折返線保護區(qū)段長度和折返時間對照

對于盡端式站后折返，折返線保護區(qū)段長度和折返時間對照見表3。

表3 盡端式站后折返的折返線保護區(qū)段長度和折返時間對照

通過表2 和表3 可以看出，當保護區(qū)段長度大于65m 之后，貫通式折返效率提升有限，盡端式折返效率已接近極限值。所以高架站或地面站站后折返保護區(qū)段長度設置為65m 較為合理。

2.2.2 地下站折返

對于貫通式站后折返，折返線長度和折返時間對照見表4。

表4 貫通式站后折返的折返線長度和折返時間對照

對于盡端式站后折返，折返線長度和折返時間對照見表5。

表5 盡端式站后折返的折返線長度和折返時間對照

通過表4 和表5 可以看出，當保護區(qū)段長度大于50m 之后，貫通式折返效率提升有限，盡端式折返效率已接近極限值。所以地下站站后折返保護區(qū)段長度設置為50m 較為合理。

3 結論

城市軌道交通建設和運營中，在增加運營安全系數(shù)的同時還要盡可能地提高運營效率，這和工程投資是相互矛盾的。受外界條件和投資的影響，折返線安全防護距離往往難以得到保證，信號系統(tǒng)只有降低折返速度、犧牲折返效率來保障行車安全;因此，在工程設計初期就應該合理地設置折返線安全防護距離，以保障行車效率并節(jié)約和控制工程投資。

［1］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):24-27.

［2］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，2009，6(1):36-39.

［3］蘇云峰，鄧志祥.城市軌道交通盡端式站后折返線長度及效率計算研究［J］.城市軌道交通研究，2014(4):66-68.