城轨工程曲线地段站前折返方案研究

李晓飞 张佩竹 王文波

(中铁第六勘察设计院集团有限公司,天津 300308)

引言

轨道交通是一种缓解城市交通拥堵的有效手段,根据线网规划、分期建设规划及行车组织交路设计要求,需要在起、终点站设置列车折返线。为满足故障运行工况,一般每隔5～6座车站(8～10 km)设置停车线,停车线之间每隔2～3座车站(3～5 km)加设渡线[1]。对于预留延伸条件的临时端点车站,或折返能力要求不高的永久端点车站,经过技术经济比较后,常采用站前渡线折返方案。已有许多学者开展相关研究,王京峰等对站前折返设计中站型选择以及折返能力计算问题进行详细分析[2];梁九彪以北京地铁亦庄线宋家庄站为例,对站前折返能力进行计算[3];李琼对站前交叉渡线折返的技术过程、影响因素进行分析,并对如何提升折返能力提出建议[4];张雨洁等调研国内外地铁端点站折返方案,总结影响折返能力的因素,并提出提高系统能力的方案[5];陈骏等以南宁地铁2号线二期工程坛泽站为例,对设置站前交叉渡线的近远期折返能力适应性进行研究[6];徐大兴等以广州地铁5号线滘口站为例,提出既有线站前折返能力优化措施[7]。

目前,已有研究多基于直线地段站前岔区正线与车站正线位于同一直线或平行直线,并对车站折返能力进行分析、计算,并未对站前直线段长度不足以布置折返线情况下的合理设置进行深入研究。在曲线地段,折返线远离车站站台不符合安全运行管理和行车组织的要求。因此,需根据车站周边条件、站前线路条件及区间线间距,结合折返能力要求,寻求折返安全、快捷且经济合理的站前折返方案。

1 站前单渡线

若车站采用岛式站台,区间采用大线间距,受道路线形、控制性管线、线网锚固点等因素控制,车站紧邻曲线端部,此时车站站台端部的直线长度不足以设置折返渡线。当需要在车站站台临近曲线侧设置折返渡线时,可结合站前曲线设置站前单渡线[8],以避免折返渡线距离站台较远、折返能力较低的问题,站前单渡线平面布置见图1。

图1 站前单渡线平面示意Fig.1 Single crossing line plane in front of the station

1.1 线路设计

折返渡线为曲线时,渡线两端分别连接线路左线、右线。折返渡线作为载客运行的线路,应按正线标准进行设计,折返渡线圆曲线半径不小于两端接轨道岔导曲线半径,缓和曲线长度按不低于两端接轨道岔侧向列车自动防护(ATP)/列车自动运行(ATO)限制速度设置[9]。

折返渡线长度与接轨道岔辙叉角度、车站区段线间距、区间线间距有关[10]。

折返渡线的曲线总长度为

(1)

圆曲线长度为

(2)

式中,LZF为折返渡线的曲线总长度;LZF.Y为折返渡线的圆曲线长度;RZF为折返渡线的圆曲线半径;αZF为折返渡线的偏角;lZF为折返渡线的缓和曲线长度。

在一定的速度下,圆曲线半径越大,其相应的缓和曲线长度越短,当圆曲线半径增大到一定程度时,缓和曲线长度不再变短。由式(1)、式(2)可知,在一定的线路偏角下,圆曲线半径越大,折返渡线长度越长,列车折返走行路径越长,折返能力越低。因此,选定折返渡线通过速度后,在满足圆曲线半径、最小长度等技术要求的前提下,应尽量缩短折返渡线的长度。

根据现行技术规范要求[11-14],对不同线路偏角、不同道岔型号及类型情况下的折返渡线总长度进行计算,主要计算参数如下。

①车站和区间线间距为15 m。

②9号、12号道岔中心至有效站台端部的距离分别为22,26.7 m。

③接轨道岔采用9号道岔时,折返渡线通过速度按30 km/h考虑,采用12号道岔时,通过速度按45 km/h考虑。

④9号道岔后长按15.73 m考虑,12号道岔后长按26.6 m考虑[15]。

折返渡线总长度计算结果见表1。

表1 折返渡线总长度

1.1 折返能力分析

(1)技术作业流程

站前单渡线车站布置见图2。

图2 站前单渡线车站布置Fig.2 Station layout of single crossing line in front of station

图2中,A点为列车进站点位置,B、C、F为轨道区段的分界点,D为故障列车停车位置,E为上、下行列车停车位置,S1、S2、S3、S4为信号机。

第1列车沿BC方向进入E侧站台停车并办理上下客作业。办理第1列车的出站进路,第1列车沿CF方向出站,列车出清F点后,开放进站信号,办理第2列车的接车进路,第2列车沿BC方向进站并停靠E侧站台,由此形成往复循环。站前单渡线折返作业流程见图3。

图3 站前单渡线折返作业流程Fig.3 Operation flow of single return crossing line in front of station

(2)折返能力分析

根据站前单渡线折返作业流程,站前单渡线折返能力由进路办理时间、进站作业时间、停站上下客时间、出站作业时间所决定。折返作业时间计算式为

T折返=T进路+T进站+T停站+T出站

(3)

为避免列车在站前区间非正常制动或停车,计算进站作业时间还应考虑追踪列车距离进站道岔防护信号机的最小距离L进,最小距离计算式为

L进=L信号+L制动+L安全+L列车/2

(4)

式中,L信号为信号设备响应延迟的走行距离,设备相应延迟时间取2 s;L制动为列车制动距离,并附加制动空走距离,空走时间取1 s;L安全为安全防护距离,各信号设备厂家不尽相同,综合考虑取50 m。

(3)折返能力计算

根据站前单渡线与站台端部的最小距离,对不同道岔型号、不同车辆编组情况下的站前单渡线折返能力进行计算,主要计算参数如下。

①列车最高运行速度80 km/h,计算速度取75 km/h。

②9号道岔侧向允许通过速度35 km/h,12号道岔侧向允许通过速度50 km/h,时取45 km/h[16-17]。

③停站时间按40 s考虑。

④A型车6辆编组,站台长度为140 m。

⑤B型车6辆编组,站台长度为118 m。

⑥直线电机车辆6辆编组(6L),站台长度为102 m。

考虑10%储备量后,折返能力计算结果见表2。

表2 折返能力计算

由表2可知,当线路偏角较小,折返渡线长度较短,折返能力较高。采用图1站前单渡线布置形式及12号道岔,可以实现约20对/h的折返能力。

2 站前交叉渡线

车站采用岛式站台,区间采用小线间距,受外部因素控制,车站紧邻曲线端部,且曲线端部至车站站台端部的直线长度不足以设置折返渡线。当需要在车站站台临近曲线侧设置折返渡线,且曲线偏角与9号或12号道岔的辙叉角度基本相当时,可按照图4设置站前交叉渡线。

图4 站前交叉渡线平面示意Fig.4 Cross crossing plane in front of station

2.1 线路设计

根据线路转向及偏角,左线连接交叉渡线的直股,右线连接交叉渡线的侧股,左线曲线的偏角等于道岔角度。

左线曲线贴近站台端部设置,曲线半径及缓和曲线按照不低于道岔侧向容许通过速度设置。

道岔至有效站台端部的走行距离与道岔辙叉角度、车站区段线间距、交叉渡线线间距有关。当左线曲线端部贴近站台端部时[18],有

(5)

(6)

(7)

式中,L左为左线站台端部至交叉渡线的距离;L右为右线站台端部至交叉渡线的距离;D1为车站地段线间距;D2为交叉渡线线间距;T为左线曲线的切线长度;R为左线曲线的圆曲线半径;L为左线曲线的缓和曲线长度;α为左线曲线的偏角。

为满足技术规范要求,左线曲线端部与交叉渡线道岔端部的直线距离不应小于5 m。当区间线间距为6 m,圆曲线长度不小于25 m时,交叉渡线与站台端部的最小距离见表3。

表3 交叉渡线道岔距离站台端部的最小距离 m

2.2 折返能力分析

根据技术作业特征,站前交叉渡线折返可分为单股道折返和双股道交替折返,由于交叉渡线距离站台较远,折返能力较低[19-20]。因此,本次仅对双股道交替折返进行分析。

(1)技术作业流程

图5中,A点为列车进站点位置;B、C、F、G为轨道区段的分界点;D、E为站台停车位置;S1、S2、S3、S4、S5为信号机。

图5 站前交叉渡线车站布置Fig.5 Station layout of cross crossing line in front of station

第1列车沿BF方向进入E侧站台停车并办理上下客作业;进站信号机开放,办理第2列车的接车进路,第2列车沿BC方向进入D侧站台停车并办理上下客作业;办理第1列车的出站进路,第1列车沿FG方向出站,列车出清G点后,开放进站信号,办理第3列车的进站进路,第3列车沿BF方向进站并停靠E侧站台;办理第2列车的出站进路,第2列车沿CG方向出站,出清G点后开放进站信号,办理第4列车的进站进路,第4列车沿BC方向进站停靠D侧站台,由此形成往复循环。站前交叉渡线双股道折返作业流程见图6。

图6 站前交叉渡线双股道交替折返作业流程Fig.6 Alternate reentry process of double crossing line in front of station

(2)折返能力分析

根据站前交叉渡线折返作业流程,站前交叉渡线折返能力由进路办理时间、进站作业时间、出站作业时间所决定。折返作业时间的计算公式为

T折返=2×T进路+T进站+T出站

(8)

各参数计算要求与单渡线相同。

(3)折返能力计算

根据站前交叉渡线与站台端部的最小距离,对不同道岔型号、不同车辆编组、不同车站区段线间距情况下的站前交叉渡线折返能力进行计算,主要计算参数如下。

①列车最高运行速度80 km/h,计算时取75 km/h。

②9号道岔侧向允许通过速度35 km/h,12号道岔侧向允许通过速度50 km/h,计算时取45 km/h。

③A型车6辆编组,站台长度为140 m。

④B型车6辆编组,站台长度为118 m。

⑤直线电机车辆6辆编组,站台长度为102 m。

考虑10%储备量后,折返能力计算结果见表4。

表4 折返能力计算结果

由表4可知,采用图4所示站前交叉渡线布置形式及12号道岔,可以实现约22对/h的折返能力。

3 两种站前折返方案的适用性

对于轨道交通常见的列车编组(6A、6B),根据线路偏角和道岔型号的不同,站前单渡线布置形式可以达到13～20对/h的折返能力,根据车站线间距和道岔型号的不同,站前交叉渡线布置形式可以达到19～25对/h的折返能力。对于直线电机地铁系统及其采用短编组的中低运量系统,站前折返布置形式的折返能力将进一步提升。

单渡线布置形式仅适用于区间采用大线间距的地段,对于提高运营灵活性的单渡线亦可参照本研究成果进行设置。

交叉渡线折返能力较单渡线有较大程度地提高,但研究的交叉渡线布置方案仅适用于线路偏角与道岔型号相当,且区间采用小线间距的地段。

4 结论

在岛式车站站前折返研究中,当站前曲线与站台之间的直线长度无法满足折返渡线布置时,可以根据区间线间距及线路偏角情况灵活布置单渡线或交叉渡线。若进一步释放线路通过能力,站前折返能力基本能满足大运量系统初、近期和中低运量系统远期的折返要求,能直接有效地降低工程(初期)投资及运营成本。

曲线地段站前折返研究的站前单渡线、交叉渡线方案均为寻求工程经济合理的优化需求,可在规划、前期方案研究阶段提供有益借鉴和理论支撑。当采用站前折返形式,但站前折返能力不满足远期行车组织要求时,应明确线路延伸的建设时机,在工程设计阶段,还应根据实际线路情况、牵引速度曲线及信号设计进行详细折返能力计算。