同站台换乘实现地铁跨线运行线路设计技术研究

梁青槐 王家琦 张怡

(1.北京交通大学城市轨道交通研究中心 北京 100044；2.中铁电气化局集团有限公司 北京 100036)

同站台换乘实现地铁跨线运行线路设计技术研究

梁青槐1王家琦1张怡2

(1.北京交通大学城市轨道交通研究中心 北京 100044；2.中铁电气化局集团有限公司 北京 100036)

在阐述实现地铁跨线运行所需土建设施、车辆、供电、信号等主要条件的基础上，重点分析利用同站台换乘实现地铁跨线运行的方式及特点，并对其过轨方式、配线形式、平直线段最小长度等线路设计的技术问题进行深入研究。结果表明，利用同站台换乘方式实现跨线运行时，渡线联络线容易设置，采用站前过轨与站后过轨相结合的方式、选用9号道岔等方法可显著减少对平直线段长度的要求，是实现跨线运行的一种比较理想的方式。

地铁；跨线运行；同站台换乘；平直线段；线路设计

近年来，我国地铁蓬勃发展，北京、上海、广州、重庆等大城市以每年数十千米的速度开通新线。截至2014年底，北京、上海的运营里程均超过500 km，其基本线网已经形成，表明我国地铁已经步入网络化运营时代。

在地铁线网中，每一条线路已不再是孤立的，其作为网络组成部分与其他线路关系密切。在研究网络运行组织时，需要从网络角度出发综合考虑各条线路的协同运营组织，以实现整个网络的线路资源利用效率最大化、运营效率最大化、客流服务水平显著提高。其中，地铁跨线运行模式就是最受关注的一种方式。

同站台换乘方式不仅换乘便捷，还具有不同线路的轨道处于同一平面的特点，这为线路间的跨线运行提供了十分有利的条件，因而成为地铁跨线运行的一种重要的实现形式。下面着重研究同站台换乘实现地铁跨线运行的相关技术问题，为地铁线路规划设计提供参考。

1 地铁跨线运行的概念及主要实施条件

1.1 地铁跨线运行的概念

跨线运行是指在相交的轨道交通线路中，列车交路从一条线路跨越到另一条线路或者跨越多条线路的运行方式。因为多条线路之间的跨线运行可以看做是若干个2条线路跨线运行的组合，所以下面主要研究2条线路之间的跨线运行，如图1所示。

图1 跨线运行交路示意

1.2 地铁跨线运行的实施条件

跨线运行的地铁列车行驶在2条线路上，因此在这2条线路上支撑列车运行的设施和设备都必须相同或相互兼容跨线列车，这对2条线路的土建设施、车辆、供电、信号等系统提出了新的要求。

1.2.1 设施条件(线路互联互通)

要实现地铁列车的跨线运行，首先要实现2条线路的互联互通，增设用于列车过轨的配线。与传统意义上的资源共享不同，列车跨线运行发生在运营时段，为保证乘客的出行效率，需要在2个方向上分别设置满足运营要求的连接线路，这通常需要增加隧道、桥梁等土建设施。

与车辆、信号等设备的定期更新改造不同，由于土建施工工期长、影响范围大，加之地铁线路以地下线为主，施工场地受限，在不中断运营的条件下，通过改造已运营线路和车站实现跨线运行十分困难。所以该条件的满足主要依靠设计时的规划预留，这使得线路及车站等设施条件成为跨线运行能否实现最关键的因素。

综合国内外跨线运行的经验，跨线的设置方案主要有2类，一类是增设联络线，另一类是在同站台换乘的线路之间增设渡线。对于已经规划了同站台换乘的车站，修建渡线所带来的额外成本相对较低，因此利用同站台换乘的有利条件来实现跨线运行的方式受到了越来越多的关注。

1.2.2 设备条件(设备技术标准统一)

除了线路的互联互通，地铁列车的跨线运行,还要求2条线路的车辆、供电、信号等设备系统的技术标准统一或相互兼容。

1) 车辆条件。跨线运行线路上行驶着本线列车和跨线列车，因此线路平纵断面技术条件应与2种列车的性能相匹配，限界也必须同时满足2种车型的要求。同时，2种列车还应与车站设施相匹配：2条线路的列车编组长度应该相近，且车站站台长度能够包容2种编组。如果设置站台门，还要求列车的车门宽度、间距等参数一致。

满足车辆条件最简便的实施方式是在规划设计阶段为需要跨线的线路统一车辆外形尺寸及动力配置，这就要求决策者从地铁网络层面进行统筹规划。如果不能统一车型，则有2种实施方式：第一，跨线区段的设计采用较大车型的限界、较长的站台长度及较小的纵坡，保障跨线区段能满足不同运行列车的要求；第二，按照较小的限界和较高的动力配置设计制造跨线车辆，使其满足2条线路最严苛的要求。

2) 供电条件。地铁供电系统提供列车运行的动力源，是实现跨线运行的基本要素。城市轨道交通常用的供电制式有直流750 V地面接触轨、直流1 500 V架空接触网、交流25 kV架空接触网等制式，线网中的不同线路可采用不同的供电制式[1]。

跨线列车运行在2条线路上，因此列车必须具备从2条线路供电系统中成功受电的条件，主要影响因素是受电方式和电压。针对跨线列车的供电条件，主要有2种解决方案：第一，统一跨线运行线路的受电方式及电压；第二，跨线列车采用双流制列车，配备受电弓和接触靴，以适应2种供电制式。

3) 信号条件。信号系统是列车运行的指挥系统，是地铁安全高效运营的基础，因此跨线列车需要具备与2条线路信号系统兼容的条件。

类似于供电条件，满足信号条件的解决方案也有2种：第一，建立信号系统的技术标准，采购统一标准下的信号系统设备；第二，在跨线运行的列车上搭载2套信号设备。

由于设备使用年限相对较短，所以在运营过程中定期的更新改造必不可少。而且相比土建设施，设备更新改造耗时短、难度小，因此车辆、供电、信号等设备条件尚可以通过运营阶段的设备更新予以满足。

2 同站台换乘的概念及分类

2.1 同站台换乘的概念

同站台换乘是指乘客从某一条线路的列车下车后，在同一站台即可实现转线换乘，而不需要经过楼扶梯和通道走到另一个站台的换乘形式[2]，它可以极大地提高换乘效率，方便乘客，并减小换乘站楼扶梯和通道的人流密度。

2.2 同站台换乘的分类

根据车站的布置形式，同站台换乘主要分为平行双岛四线形式和重叠双岛四线形式2类。

2.2.1 平行双岛四线形式

平行双岛四线形式是将2条线的上行线布置在1个岛式站台的两侧，将2条下行线布置在另一个岛式站台的两侧，2个站台平行排列在同一个平面上的车站布置形式，如图2所示。乘客下车后在本站台即可换乘另一条线同方向的列车，使用非常方便。

图2 平行双岛四线形式

平行双岛四线形式的优点：车站为2层建筑，埋深较浅，当采用明挖法施工时难度和风险均很小；在车站区域，同方向的线路位于同一平面且距离较小，只需要设置渡线就可以实现跨线运行；站厅层较宽大，其面积为2个站台层面积之和，利于客流组织。缺点：车站总宽度较大，选址条件较苛刻，工程量较大，明挖施工对地面交通会产生较大影响；换乘站土建设施需要一次性建成，前期投资较大，如果2条线实施期相差较远，预留风险大；2条线路在车站两端均有立体交叉点，区间线路纵坡较大[3]。

2.2.2 重叠双岛四线形式

重叠双岛四线形式是将每条线路的上行线和下行线分别布置在上层岛式站台和下层岛式站台的一侧，从而使每一层站台的两侧分属不同线路的车站布置形式，如图3所示。乘客同样只需走到站台另一侧，就可以换乘另一条线路的列车。

图3 重叠双岛四线形式

重叠双岛四线形式的优点：车站结构宽度较小，相比平行双岛四线形式用地面积小，施工对地面交通影响小；过轨条件好，与平行双岛四线形式类似，只需设置渡线就可以实现跨线运行；车站两端区间线路无立体交叉点，改善了线路条件，有利于运营；此外乘客还可以很方便地经上下层站台间的楼扶梯进行其他方向的换乘。缺点：车站为3层建筑，埋深较深，高边墙施工有一定的难度和风险；在车站两端的区间，上下行线需要调整相对位置，造成区间隧道施工难度较大；在该车站处两线的土建设施需要同期实施，加大了初期投资及预留线位的风险；站厅层面积偏小，仅相当于一个非换乘站的站厅层面积，不利于客流组织，同时，设置折返线的难度也较大。

平行双岛四线形式和重叠双岛四线形式各有优劣(见表1)。从中可以看出，不论平行双岛四线形式还是重叠双岛四线形式都能够很容易地实现跨线运行的过轨条件，但2条线路宜同期实施；如果2条线实施期相差较远，存在预留风险。这两种方式的主要区别在于工程的用地要求和施工风险，平行双岛四线形式用地要求较高，但施工风险小；重叠双岛四线形式占地面积小，但高边墙施工有一定的风险。

表1 2种同站台换乘车站形式工程及运营条件对比

3 线路设计主要技术问题

要实现同站台换乘方式的跨线运行，需要解决的线路设计主要技术问题有：过轨方式、配线形式及平直线段最小长度。其中，过轨方式主要影响跨线运行的行车组织和客流组织；配线形式主要影响到跨线运行的灵活性；平直线段最小长度要求则决定了2条线路能否过轨，并最终影响跨线运行的实现。

3.1 过轨方式

为实现跨线运行，渡线可以设置在同站台换乘车站的进站端(即站前过轨)，也可以设置在车站的出站端(即站后过轨)，还可以将2种方式结合，在2个方向上分别采用站前过轨和站后过轨。

站前过轨的优点：乘客可按不同去向分开候车，客流组织简单。缺点：跨线列车和本线列车进站存在进路干扰现象，不能平行作业，接发车能力较小，可能发生站外停车，而引起乘客的不安；道岔区分散，不利于线路布线和管理。

站后过轨的优点：跨线列车和本线列车进站为平行进路，互不干扰，运营安全性高，接发车能力较大。缺点：岛式站台两侧均有去往同一方向的列车，容易造成乘客候车混乱，客流组织复杂；道岔区分散，不利于线路布线和管理。

站前过轨和站后过轨结合的方式，因为在一个方向上采用站前过轨，在另一个方向上采用站后过轨，所以兼具以上2种方式的特点，而且道岔区集中布设在车站的一段，有利于线路布线和管理，对平直线段长度的要求也较低。

3种过轨方式特点对比见表2所示。其中，站后过轨在运行组织和接发车能力两方面都具有优势，有利于实现运营的安全和高效。虽然跨线车站的客流组织相对复杂，但因为跨线列车数量较少，在同一时期可按确定的时间发车，具有规律性，所以在加强标识和广播的引导下，乘客容易快速适应。同时《城市轨道交通工程项目建设标准》规定，两条正线共线运行或设置支线的运行线路，其接轨点必须在车站，并在进站方向宜设置为同站台两侧平行进路[4]。因此，在线路条件具备的情况下，应优先考虑采用站后过轨方式；对于客流量大、较多乘客对跨线运行方式不太熟悉的车站(如对外交通枢纽)，应考虑采用站前过轨方式；线路条件困难时，可考虑采取站前和站后过轨相结合的方式。

表2 不同过轨方式特点对比

3.2 配线形式

为实现跨线运行，同站台换乘车站的配线可采用单渡线或交叉渡线。单渡线可设置为缩短渡线，道岔区长度较短，但仅能满足单向跨线运行。交叉渡线的优点：可以实现双向跨线，运营灵活性更强。缺点：道岔区长度较长，线路条件要求较高；道岔信号故障会造成两线均停运，故障影响大。配线形式尺寸对比见表3。

表3 配线形式对比

考虑到信号故障的概率较低，为了增强跨线运行的灵活性，宜优先考虑采用交叉渡线形式，实现双向跨线；线路条件困难时，可以考虑在主要的跨线客流方向上采取单渡线形式。

3.3 平直线段最小长度

利用同站台换乘实现跨线运行具有诸多优势，但是考虑到车站和道岔区需设于平直线段上的要求，该跨线运行的方案对车站区域线路的平直段有最小长度的要求，将直接影响到线路的平纵断面设计，影响跨线运行的实现。下面以站后过轨的平行双岛四线同站台换乘过轨站为例，说明平直线段最小长度的计算。

1) 相关参数和标准：

站台有效长度140 m，岛式站台宽15 m；

同站台换乘过轨形式均采用站后过轨，配线采用交叉渡线；

道岔均按12号道岔考虑，其道岔前长为16.592 m(按16.6 m计算)，转辙角α的余切值cotα=12；

按照A型车考虑，线路中心线距离站台边缘1.6 m。

2) 计算过程：

渡线中，两道岔的岔心间的线路距离为(15+1.6×2)×12=218.4 m；

由于信号系统的要求，站台端部至道岔基本轨缝中心距离不应小于8.1 m[5]，所以道岔中心至站台端部的距离不小于16.6+8.1=24.7 m；

道岔基本轨端部至曲线端部的距离不宜小于5 m[5]，所以道岔中心至曲线端部的距离不小于16.6+5=21.6 m；

平直线段最小长度为(21.6+218.4+24.7)×2+140=669.4 m，取整为670 m。

因此，该跨线方式所要求的平直线段最小长度为670 m，如图4所示。

如果采用站前与站后过轨相结合的形式，则只在车站的一端设道岔区，因此对平直线段长度的要求大大降低，只需要405 m，如图5所示。其他条件下的平直线段最小长度的计算方法相同，具体要求如表4所示。平行双岛四线形式与重叠双岛四线形式的选择不影响道岔区的长度，所以这两种形式的平直线段最小长度要求相同。

图4 站后过轨条件下的平直线段长度

图5 站前与站后过轨结合条件下的平直线段长度

表4 平直线段最小长度要求 m

由表4数据对比分析可以看出，在过轨方式、道岔型号、站台宽度等影响因素中，过轨方式对于平直线段最小长度的影响最为明显，采用站前过轨与站后过轨结合的方式会极大地缩短平直线段的长度；道岔型号对于平直线段最小长度也有较大的影响，与9号道岔相比，采用12号道岔虽然可以使侧向过岔速度由35 km/h提高至50 km/h，但会提高对平直线段长度的要求；此外，站台宽度的减小也可以降低对平直线段长度的要求，但其影响相对较小。

综合考虑运营安全、效率和灵活性及线路条件等要求，规划阶段应尽量按照高标准控制同站台换乘过轨站的平直线段长度。在设计阶段，宜根据车站及周边的具体情况，合理选择过轨方式、道岔型号，以满足平直线段最小长度的要求。

4 结语

随着我国城市轨道交通网络化的不断发展和乘客对服务要求的不断提高，地铁跨线运行将成为一种重要的城市轨道交通运营模式。而同站台换乘方式是实现跨线运行的一种理想方式。

在工程设计阶段，应综合考虑轨道交通的投资、用地、工程、运营等条件，合理选择平行双岛四线或重叠双岛四线的站台布置形式。配线设计时，宜根据车站及环境条件，合理选择过轨方式、配线形式、道岔型号,以适应线路平直线段长度。工程条件具备时，尽量采用站后过轨和交叉渡线，以实现更加安全、高效、灵活的跨线运行。

特别需要强调的是，规划和设计对实现跨线运行极其重要。跨线运行线路的主要技术要求必须在轨道交通控制性详规中予以规划，在设计中落实，才能够在运营中实现跨线运行，因此规划阶段应尽量按照较高的标准预留跨线运行的设施条件。目前，重庆市第二轮建设规划中的线路已经按照跨线运行要求进行设计，并且在远景线路控制性详规中预留了同站台换乘过轨站，这对于其他城市的线网规划和线路设计具有参考意义。

总之，同站台换乘实现跨线运行的方式拥有广阔的应用前景，通过在规划设计中充分考虑其线路技术要求，可以为跨线运行的实施打下良好的基础，从而最终实现安全、高效、便捷的城市轨道交通服务。

[1] 陶志祥.区域城际铁路与城市轨道交通跨线运行的兼容性分析[J].城市轨道交通研究, 2008，11(1): 6-10.

[2] 余平, 雷磊, 高飞.城市与区域轨道交通同站台换乘站布置形式分析[J].铁道运输与经济, 2011(3): 72-76.

[3] 周虎利.城市轨道交通同站台换乘车站方案研究[J].铁道标准设计, 2010(3): 14-16.

[4] 建标 104-2008城市轨道交通工程项目建设标准[S].北京: 中国计划出版社, 2008.

[5] GB 50157—2013地铁设计规范[S].北京: 中国建筑工业出版社, 2013.

(编辑：曹雪明)

Technologies for Route Design for Joint Operation of Metro Lines with One-platform Interchange

Liang Qinghuai1WangJiaqi1Zhang Yi2

(1.Urban Rail Transit Research Center,Beijing Jiaotong University, Beijing100044;2.China CREC Railway Electrification Bureau Group Ltd., Beijing 100036)

The basic necessary conditions for joint operation of metro lines, such as infrastructure, vehicle, power supply and signal, are introduced. The ways to realize joint operation of metro lines by one-platform interchange and the corresponding characteristics are emphatically summarized. Some main technical problems in route design, such as modes of crossing lines, forms of siding lines and minimum length of plane straight line, are analyzed in detail. The research shows that the one- platform interchange is one of the ideal modes to realize joint operation of metro lines, for the transitional lines and the connecting lines can be laid easily, the length of plane straight line can also be satisfied by combining the crossing lines before and after stations or by selecting No.9 turnout, and so on.

metro; joint operation of metro lines; one- platform interchange; plane straight line; route design

10.3969/j.issn.1672-6073.2015.05.005

2015-06-02

2015-07-23

梁青槐，男，教授，博士生导师，从事城市轨道交通规划设计研究工作，qhliang@bjtu.edu.cn

重庆市建设科技计划项目(城科字2014第2-2号)

U231.1

A

1672-6073(2015)05-0016-05