上海轨道交通1号线富锦路站折返能力分析

项仲强 施莉娟

(1.卡斯柯信号有限公司, 200072, 上海; 2.上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室, 201804, 上海∥第一作者, 工程师)

地铁线路的行车密度在很大程度上由终端折返站的折返能力决定。随着经济的不断发展及人口密度的不断上升,越来越多的市民选择地铁作为出行工具,而由此带来的对于上海轨道交通1号线(以下简称“1号线”)的行车密度要求也在不断提高。1号线采用固定闭塞制式,富锦路站为线路北端终端折返车站。本文以富锦路站为例,对其站前、站后及交替折返能力进行了分析,计算了折返间隔的实际数据,总结了类似站形车站列车折返能力的一般特点及其规律。本文研究可为富锦路站折返能力的提升提供理论指导,对实际的运营组织有指导意义。

1 富锦路站站场说明

富锦路站有3个站台,上行站台和下行站台用于列车的站后折返,而中间站台用于列车的站前折返。站后有两条折返线,其也是停车场的出入库线。信号系统设计中考虑了信号机X5—X1的防护进路,当进路X5—X3暂时无法排列时,系统触发该防护进路,为上行进站列车提供速度码,确保列车在停车点停车。

为了说明列车折返运行中前车对后车的限制关系,即联锁关系及ATP(列车自动防护)发码条件对列车运行的影响,需要在特定的位置定义列车运行的关键点。富锦路站站型图如图1所示,其中列车运行的关键点定义如表1所示。

表1 列车运行关键点定义

注:X、SA、SB为信号机;C为道岔;N11为下行轨道区段;S/T表示关键点S和关键点T均在该位置,其余同理。

通过仿真计算可以获得以上关键点之间,列车按照最高设计速度运行时的运行时间。关键点间的列车运行时间如表2所示。其中:t1,xy为x点至y点的站前折返运行时间;t2,xy为x点至y点的站后折返运行时间。除表2中列出的折返时间外,其他与折返分析相关的时间参数为:中间站台停站时间tdw为40.00 s;列车正常停站时间为30.00 s;列车折返线停留时间tce为25.00 s;列车起动反应时间trea为2.00 s;进路排列时间tr为13.00 s。

表2 关键点间列车运行时间

2 站前折返分析

在城市轨道交通运营中,通常用列车运行时间间隔T来反映列车的折返能力,列车运行时间间隔越小,表示列车的行车密度越大,即折返能力越强。在富锦路站,列车仅利用中间站台进行站前折返。对富锦路站的站前折返逻辑进行分析可以发现,信号设备间的联锁关系限制了后车与前车的折返时间间隔。当前车出发出清站前道岔区段,即列车后轴离开G点后,系统方可为后车排列上行进站进路X6—X10。当信号开放时,后车刚好接近B点。列车在中间站台停车换端后,发车沿下行线驶向友谊路站。各列车在不同关键点的站前折返时间如表3所示。

表3 各列车在不同关键点的站前折返时间

站前折返的列车折返时间间隔T站前可以表示为:

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,单一的站前折返效率是比较低的,T站前与tdw线性相关。例如,因列车换端原因需将tdw设置为50.00 s时,则T站前为220.14 s。

3 站后折返分析

列车的站后折返有3种方式:下行折返线折返、上行折返线折返及上下行折返线交替折返。其中,下行折返线折返方式的折返效率最高,这是由于当下行折返线在前车占用的情况下,后车可以利用触发信号机X5—X1防护进路的方式,为后续上行进站列车提供所需的速度码,使得后续列车可以在上行站台进站停车。在后车上行站台停站的这一时间段内,前车已经出清折返线,此时可以排列后车进下行折返线的进路。本文以这种折返方式为例进行分析,在实际运营中,若在采用单一站后折返也是采用这种折返方式。

基于站后折返方式,根据联锁关系和ATP发码设计,前车对后车的运行有着一系列的限制关系。经比较发现,以下的限制关系是该折返的关键限制关系,即该关键限制关系限制了前后列车在时间上进一步靠近:前车出折返线出清C1—C7道岔区段(P点),15.00 s后(排列进路13.00 s;列车起动反应时间2.00 s),后车方可从上行站台起动(L点)驶入折返线。各列车在不同关键点的站后折返时间如表4所示。

表4 各列车在不同关键点的站后折返时间

站后折返的列车折返间隔T站后可以表示为:

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,单一的站后折返比单一的站前折返的折返效率高,T站后与tce线性相关。例如,因列车换端原因需将tce设置为40.00 s时,则T站后为168.44 s。

4 前后交替折返分析

把前后交替折返看为在两列站前折返列车的接车间隙中插入一个站后折返的接车,在两列站前折返列车的发车间隙中插入一个站后折返的发车。根据该站场的站形特点,当列车运行采用前后交替折返时,站后折返的列车和站前折返的列车在发车时的发车顺序会发生变化。例如:接车顺序为列车Ⅰ(后折返)—列车Ⅱ(前折返)—列车Ⅲ(后折返)—列车Ⅳ(前折返)—列车Ⅴ(后折返)—列车Ⅵ(前折返);经过折返后,发车顺序将变为列车Ⅱ(前折返)—列车Ⅰ(后折返)—列车Ⅳ(前折返)—列车Ⅲ(后折返)—列车Ⅵ(前折返)—列车Ⅴ(后折返),以此类推。交替折返接发车顺序变化示意图如图2所示。

图2 交替折返接发车顺序变化示意图

各列车在不同关键点的交替折返时间如表5所示。与站前折返情况类似,前后交替折返的关键限制关系依然是两列站前折返列车之间的联锁关系限制,即当站前折返前车(表5中的列车Ⅱ)出发出清站前道岔区段、列车后轴离开G点后,系统方可为站前折返后车(表5中的列车Ⅳ)排列上行进站进路X6—X10。当信号开放时,后车刚好接近B点。此外,另一个限制关系是:站前折返的前车(表5中的列车Ⅱ)出清站前岔区后,站后折返的后车(表5中的列车Ⅲ)方可排列进站进路。这将导致这两列列车的接车时间间隔T前后为110.28 s,而前车为站后折返列车((表5中的列车Ⅰ),后车为站前折返列车(表5中的列车Ⅱ)的接车时间间隔T前后为99.86 s,即接车时的列车时间间隔是不均衡的。

表5 各列车在不同关键点的交替折返时间

前后交替折返的列车折返时间间隔T交替可以表示为:

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——站前折返列车和后续站后折返列车之间的折返时间间隔,单位s;

T后前——站后折返列车和后续站前折返列车之间的折返时间间隔,单位s。

由此可知,T交替实际为T站前的二分之一。由表4可知,站后折返列车的运行时间是非常充裕的,这导致站后折返列车需要在折返线上停留较长的时间,而这些多余的时间也可分配给上下行站台的停站时间,保证其线路折返能力不受影响。

为了便于列车运营调度,对上述前后交替折返分析结果进行调整优化,即人为延长列车在站后折返线的停车时间,将所有列车接车间隔和发车间隔调整为相同时间间隔,但这需要牺牲线路部分的折返能力。优化后各列车在不同关键点的交替折返时间如表6所示。

表6 优化后各列车在不同关键点的交替折返时间

对接发车时间间隔进行调整优化后,前后交替折返时间间隔T优化取T前后和T后前中数值较大者。

T优化=max(T前后,T后前)=

max(110.28 s,99.86 s)=110.28 s

5 结语

由于折返效率低,富锦路站单一站前折返模式并不适合在日常运营中使用;而单一站后折返模式由于其运营组织简单、折返效率尚可,成为了目前1号线使用的折返模式。但随着1号线列车运行密度的不断增加,启用前后交替折返模式势在必行。富锦路站启用前后交替折返模式后的折返效率高于线路另一端的折返站——莘庄站的折返效率,富锦路站折返效率已不再是1号线提升运营效率的瓶颈。

类似富锦路站这种类型的折返站,其前后交替折返的效率取决于站前折返效率,且两者之间存在线性关系。站前折返列车的运行延误将直接导致整个车站的折返延误;而站后折返列车相对来说有充裕的运行时间,较小的站后折返运行延误并不会直接导致整个车站的运行延误,这也为后续进一步提升富锦路站折返效率提供了研究思路和研究方向。