城市轨道交通越行站站型研究

李 琼

(中铁二院华东勘察设计有限责任公司,310004,杭州∥高级工程师)

随着城市轨道交通的发展,有必要设置具备快慢车会车条件的车站(以下简称“越行站”)。文献[1]建议快慢车模式下越行站配线优选双岛正线内(外)侧方案,文献[2]对越行站的行车功能、越行速度及道岔、越行线安全防护距离等进行了分析。而鲜见有文献从对快慢车运行效率影响的角度来分析站型优劣。为使越行站的建设更贴合“以人为本”的设计理念,并尽量保障运营的灵活性,需合理选择越行站站型。为此,本文运用定性及定量分析相结合的方式,进一步探讨越行站的站型优劣。

1 越行站的站型

已运营的日本京成本线、成都地铁18号线、上海轨道交通16号线及台州市域铁路S1线越行站配线分别如图1—图4所示。

图1 日本京成本线越行站配线示意图[3]

图2 成都地铁18号线越行站配线示意图

图3 上海轨道交通16号线越行站配线示意图[4]

图4 台州S1线越行站配线示意图[5]

对上述项目的站型进行归纳,得到图5中的a、b、c、d等4种越行站常用站型。

图5 越行站常用站型示意图

鉴于几种站型均有运用实例且各有特点,本文拟从工程投资、运行效率及对运营的影响等方面对几种越行站站型进行探讨,以期深入分析各站型的优劣。

2 工程投资

从线路敷设方式与车站施工方法的关系来看,各站型各有特点。站型a、c的正线位于内侧,且正线间距小,出站后的线路不宜采用盾构法施工,因此,高架线路较多选用站型a、c。站型b、d的正线外包车站,正线间距大,出站的线路较适用于盾构法施工,因此,站型b、d较适用于地下线路。

本文以站台长度为120 m的某车站数据为例,当高架越行站采用站型a、c,地下越行站采用站型b、d时,分析得到不同站型的越行站主要工程规模指标的相关数据,见表1—表2。

表1 高架越行站主要工程规模指标的数据

表2 地下越行站主要工程规模指标的数据

分析表1及表2可知:

1) 对于高架越行站,与站型a相比,站型c的车站建筑面积和桥梁面积均更大,分别相差约1 000 m2及2 800 m2。对其土建投资进行估算,则站型a土建投资约为0.9亿元,站型c土建投资约为1.1亿元。站型c的投资比站型a投资仅多约2 000万元。

2) 对于地下越行站,与站型b相比,站型d的车站长度和宽度增加较多,故其车站主体建筑面积也增加较多,故相应投资也更多。按表2数据计算,二者车站主体建筑面积相差约1.1万m2,投资相差约1.3亿元。

由上述分析可见:对于高架越行站,站型c与站型a投资差额较小,节省效果不明显;对于地下越行站,站型b的投资节省效果明显。

3 运行效率

当站型不同时,快车的越站速度不同,对快车及慢车的运行效率影响也不同,故对运行效率的影响也不同。

3.1 对快车运行效率的影响

3.1.1 越站速度的影响

以采用6节编组地铁B型车、列车最高运行速度为120 km/h的某线路L为例,研究快车越站速度对快车运行效率的影响。以站站停运行方式为比较对象,计算得到不同越站速度下线路L的每座越行站节省时间,如表3所示。

表3 不同越站速度下线路L的越站节省时间

由表3可知:越站运行能有效提升快车运行效率;然而,当越站速度达到一定数值后,即使继续提升越站速度,也无法明显提升越行效率。

3.1.2 站型的影响

为更直观地研究不同站型对快车运行效率的影响,以快车不停站的车站为比较对象,以线路L为例,计算其全日快车节省时间。

假设线路L全线设站20座,其中越行站及未设置避让线的越行站(下简称“一般越行站”)分别为4、6座,越站节省时间按表3取值。高峰时段,全线快、慢车开行数量分别为4、16对/h;非高峰时段,全线快、慢车开行数量分别为4、8对/h。高峰、非高峰时段的越行站分别为4、2座。全日运营时间为18 h,其中高峰期为4 h。若越站需限速,则按80 km/h限速考虑,且每趟慢车被越行1次。

1) 情况一,线路L的越行站选用站型a、b。越行站的越行线远离站台,快车可不限速通过;一般越行站的越行线紧临站台,快车需限速通过。因此,若项目选用站型a、b,则全线快车全日节省时间需按越行站及一般越行站分别计算。根据表3数据计算可得,线路L的快车全日节省时间为26.72 h。

2) 情况二,线路L的越行站选用站型c、d。对于站型c、d的越行站以及一般越行站,越行线均紧邻站台,故快车均需限速通过。该情况下,全线的快车全日节省时间主要同越行点数量及快车的开行数量有关。经计算,线路L的快车全日节省时间为24.8 h。

由计算结果可见:快车通过越行,均极大地提升了线路的运行效率;快车不限速越站会进一步提升快车的运行效率;若越行站数量少,则快车运行效率的进一步提升优势不太明显。

对于线路L,因越行站数量少,快车不限速越站全日节省时间仅约1.92 h。可见,采用站型a、b对快车的运行效率的影响差别不大。此外,随着越站速度的进一步提升,站型a、b对提升快车运行效率的优势将进一步削弱。

3.2 对慢车运行效率的影响

在越行站,除慢车需停站待避引起运行效率降低外,慢车侧向过岔进出站也会降低慢车的运行效率。

据测算,与直向过岔相比,慢车侧向过岔的进站用时增加约9 s,出站用时也增加约9 s。

对此,本文不计慢车待避时间,仅讨论待避慢车侧向过岔对慢车运行效率的影响。

若慢车需待避,则无论哪种站型慢车均需侧向过岔,从而均会降低运行效率。若慢车无需待避,则当选用站型a、b时,因站台位于待避线一侧,慢车仍需侧向过岔,而当选用站型c、d时,站台紧临正线,慢车可选择直向进出站。

由此可见,站型a、b会影响所有慢车的运行效率,而站型c、d仅影响需待避慢车。

仍以线路L为例,其越行站为4座。若选用站型a、b,则每趟慢车在4座越行站均需侧向过岔;若选用站型c、d,则仅需待避慢车在相应的越行站侧向过岔。

由此计算:当线路L的越行站均选用站型a、b时,则全线全日慢车因侧向过岔进出站而延长的时间为7.04 h;若线路L越行站均选用站型c、d,则为1.76 h。

综上所述,慢车侧向过岔将进一步降低慢车的运行效率;站型a、b因所有慢车均需侧向过岔,对慢车效率的进一步影响尤为明显。以线路L为例,与站型c、d相比,采用站型a、b时的全日慢车运行时间将增加约5.28 h。

3.3 对运行效率的综合影响

在城市轨道交通中,慢车的开行数量通常远多于快车的开行数量,选用站型a、b,虽可在一定程度上提升快车的运行效率,但对慢车运行效率的降低更大。因此,在站型选择时,除考虑提升快车运行效率外,还应尽量减少对慢车乘客的影响。当越行站选用站型a、b时,尤其应注意这一影响。

4 运营特点

4.1 运营灵活性

选用站型a、b时的运营灵活性差。表现在:

1) 列车发生故障时的运营灵活性不足。为节省工程投资,越行站配线通常兼具停车线功能。因站型a、b越行线远离站台,故若故障列车占用正线,则故障列车无法上下客;若故障车占用待避线,则运营列车无法上下客。

2) 慢车只能选择侧向过岔进出站。对与选用站型a、b的越行站,所有慢车均需侧向过岔进出站。另外,若运营后不采用快慢车混合运行模式,则所有列车进出站均需侧向过岔。

4.2 道岔维护工作量

从已运营的快慢车混合运行线路来看,仍以慢车开行为主,快车开行数量相对较少。例如上海轨道交通16号线,该线全日往滴水湖站方向的快车仅8列,其余均为慢车。

当越行站均选用站型a、b时,慢车进出站均需侧向过岔,且慢车开行对数多,故道岔切换定位、反位的频率高,这将增大道岔维护工作量,道岔故障率也会随之升高,对运营的影响加大。

当越行站选用站型c、d时,虽待避慢车也会侧向过岔,但非待避慢车可选择直向过岔,此时可有效降低道岔切换定位、反位的频率,也有利于减轻道岔维护工作量,降低道岔故障率。

5 结语

越行站是提升快车运行效率的重要硬件设施,它不仅直接影响前期建设投资,还对慢车乘客的出行效率产生影响,也关系到运营的灵活性。研究表明,在慢车开行数量大于快车开行数量的系统中:

1) 若选用站型a、b,不能提升线路整体的运行效率,不利于灵活地组织运营,反而会使道岔频繁地转向,增大了道岔故障的几率,增加了影响运营的概率。

2) 对于高架越行站,鉴于站型 a 在运营功能上存在不足,且站型c 的投资增加有限,故建议高架越行站优先选用站型c。

3) 对于地下越行站,站型 b 的运营功能存在不足,而站型 d 的土建投资较大。若站型 d 的待避线兼停车线功能,为保障运营的灵活性,则选用站型 d 更为有利。