蘇云峰鄧志翔

（1.武漢鐵路職業(yè)技術學院，430205，武漢；2.中鐵第四勘察設計院集團有限公司通號處，430063，武漢∥第一作者，副教授）

城市軌道交通盡端式站后折返線長度及效率計算

蘇云峰1鄧志翔2

（1.武漢鐵路職業(yè)技術學院，430205，武漢；2.中鐵第四勘察設計院集團有限公司通號處，430063，武漢∥第一作者，副教授）

城市軌道交通折返站的折返能力是決定線路運營效率的關鍵因素之一。介紹了盡端式站后折返線信號設備的布置原則。從最快解鎖道岔和列車以最小距離停在折返信號機前的角度，對盡端式折返線設計長度及列車折返時間進行分析計算，得出在最高折返效率下的折返線理論長度，為工程建設提供理論依據。

城市軌道交通；盡端式站后折返線；折返線長度；折返效率

First-author’s addressWuhan Railway Vocational College of Technology，430250，Wuhan，China

隨著城市現(xiàn)代化步伐不斷加快，城市內部可建設用地面積不斷減少，土建工程成本節(jié)節(jié)攀升，因此，在保障城市軌道交通運營效率和安全的前提下，合理地設置特殊線路，如折返線、安全線、存車線等的長度，可以達到節(jié)省土建投資的目的［1］。

城市軌道交通信號系統(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。在運營重要性上，信號系統(tǒng)遠高于其他弱電系統(tǒng)。因此，在設計某些線路長度時，必須符合信號系統(tǒng)的規(guī)范。如何在信號安全、運營效率和土建投資之間找到一個最佳的平衡點，是工程設計人員的一個難題。本文從信號安全和運營效率的角度，對城市軌道交通中常見的盡端式折返線設計長度進行了定量分析，并計算得到了該折返模式下的最小折返時間，為工程建設提供理論依據。

1 正線信號系統(tǒng)安全防護距離

目前，主流的城市軌道交通信號控制方案都采用基于無線通信的列車控制（CBTC）系統(tǒng)。其包含了列車自動防護（ATP）、列車自動運行（ATO）和列車自動監(jiān)控（ATS）等子系統(tǒng)。正常運行時，列車一般采用ATO模式。該模式下的列車速度由計算機控制，速度變化平緩，增加了乘坐的舒適性和安全性；同時有效地減輕了駕駛員的勞動強度，并能實現(xiàn)與屏蔽門聯(lián)動、精確停車等功能［2］。ATP系統(tǒng)可保障列車的速度不會超出限速，確保列車運行的安全。在ATP防護下采用ATO模式的列車緊急制動曲線如圖1所示。

圖1 ATP防護下的緊急制動曲線

由圖1可知，在ATO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，且此時列車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。S1和S2之間的距離就是安全防護距離［3］。安全防護距離一般不會超過38.3 m，考慮一定的工程裕量，實際設置為45 m。該數(shù)值得到了各個信號設備供應商的一致認可。

2 盡端式站后折返線信號設備的布置原則

盡端式站后折返型站場示意圖如圖2所示，其中a為基本軌縫至計軸器的距離；b為列車正常制動距離；c為列車ATP停車精度；d為司機瞭望信號機的距離；e為一列遠期車的長度；f為安全防護距離。圖中的折返線和停車線皆可用于列車折返，但文獻［5］通過分析計算指出，如果利用圖中的停車線進行折返作業(yè)，其直進側出的折返效率遠低于側進直出式。因此，盡端式站后折返線一般都采用側進直出式，如圖中虛線所示。

圖2 盡端式站后折返站場示意圖

折返線路上的信號設備主要包括信號機和計軸器。根據《地鐵設計規(guī)范》，此處信號機和計軸器應該并置，但必須距前面的基本軌縫一段距離。因為任何計軸設備都會存在干擾抑制區(qū)，在該區(qū)域內不能安裝例如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［4］。計軸器的干擾抑制區(qū)為±0.45 m。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0.42 m，牽引回流線根據種類的不同，安裝寬度在0.5 m左右。此外，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，計軸器距基本軌縫的距離一般設定為a=2 m。

地鐵線路運營時，列車會處于各種駕駛狀態(tài)，因此停車精度也有區(qū)別。一般人工駕駛時的停車精度較低，設定c=2 m；

普通列車地板距離軌面高度大于1 m，信號機燈位上方存在遮檐，如果司機要能清晰地看到信號機信息，必須有足夠的瞭望距離，一般設定d=3 m。

因此在實際工程中，站臺端部距離出站信號機的距離至少為c+d=5 m。

盡頭型阻擋信號機與停車點之間的距離一般設置成為ATP防護下的安全防護距離，即f=45 m。

3 折返線長度及折返時間計算

我國城市軌道交通正線一般敷設9號道岔，交叉渡線上的一組雙動道岔的岔尖基本軌縫之間距離約為67 m。9號道岔側向允許的最高列車速度為35 km/h，但在折返處，列車的實際運營最高速度不會超過28 km/h。設列車的起動加速度a1=0.8 m/s2，正常停車減速度a2=1 m/s2，列車為6節(jié)A型車，長140 m。

方案一：最快解鎖道岔。

該方案從最快解鎖道岔考慮，計算折返線長度及列車折返時間。根據文獻［6］，只有列車完全越過計軸器②時，雙動道岔才能解鎖，站臺1的接車進路才能開放。因此，列車從站臺1出發(fā)到車尾越過計軸器②的時間越短，站臺1能辦理接車進路的時間就越早，理論上該折返站列車折返的效率就越高。

列車從零速度加速到28 km/h所需時間t1≈9.7 s，行駛距離為S1=a1t21/2≈38 m。也就是說，在車尾越過計軸器②之前，列車速度已達到28 km/ h，然后勻速行駛，直至車尾越過計軸器②。此時雙動道岔解鎖，站臺1可以辦理接車進路。

與此同時，列車開始減速停車，到速度為零時，所需時間為t2≈7.8 s，行駛距離為S2=a2t22/2≈31 m。即列車經過9號道岔之后正常的制動距離b=31 m?（c+d）=5 m，滿足司機正常瞭望信號機。

因此，計軸器②前的基本軌縫至車檔的距離為L=a+b+e+f=e+78 m。即盡端式站后折返線的長度為：1列車長+78 m。

折返間隔時分由以下幾部分組成：

（1）列車進入折返線的時間T1；

（2）取消防護進路的時間T2；

（3）列車轉換運行方向的時間T3；

（4）辦理X4→X6進路的時間T4；

（5）列車進入上行站臺，并出清X4→X6進路中第一個道岔區(qū)段的時間T5；

（6）后續(xù)列車的部分停站時間T6（含至折返線進路排列時間）。

列車從站臺1進入側向折返線時，最高運行速度不超過28 km/h，加速及減速時間分別為t1和t2，勻速運行的距離為e+2a+5 m+67 m-45 m=171 m，時間為t3≈22 s。因此，T1=t1+t2+t3≈40 s。

在列車折返過程中，T2、T3、T4的時間是重疊的，當列車越過計軸器②之后，防護進路解鎖即開始進行；待列車停穩(wěn)后，列車即開始轉換方向，與此同時，新的進路也開始辦理。一般而言T234≤20 s。

由于列車出清X4→X6進路行走的距離略小于列車進入折返線的距離，且出清X4→X6走的是道岔直向，因此T5會略小于T1，在此取T5≈T1= 40 s。

因此，列車的折返時間T=T1+T234+T5+T6=100 s+T6。

方案二：列車以最小距離停在②信號機前。

該方案考慮折返列車停在②信號機前5m，這樣盡端式站后折返線的長度可達到最小，基本軌縫距離車檔的距離L=a+c+d+e+f=e+52 m= 1列車長+52 m。

此時，列車從站臺1到折返停車點所行走距離為e+2a+c+d+5 m+67 m=221 m。

加速時間t＇1=t1=9.7 s，行走距離S＇1=S1= 38 m。

減速時間t＇2=t2=7.8 s，行走距離S＇2=S2= 31 m。

按28 km/h勻速行駛的距離S＇3=221 m-S＇1-S＇2=152 m，時間t＇3≈20 s。

因此列車進入折返線的時間T＇1=t＇1+t＇2+t＇3≈38 s；列車從停車點進入到上行站臺的時間T＇5≈T＇1=38 s。

此時的列車折返時間T＇=T＇1+T234+T＇5+T6=96 s+T6。

上述計算中，T6是根據運營間隔計算出來的。在高峰時期，由于列車發(fā)車頻率高、追蹤間隔小，T6數(shù)值較小，一般為20 s左右；而在非高峰時期，列車發(fā)車頻率低，則T6取值較大。因此，盡端式站后折返線上，CBTC模式下最高折返效率可實現(xiàn)不大于2 min。

綜上所述，方案一中列車從站臺1發(fā)車至越過計軸器②所需時間為t1+t3=31.7 s；同理，通過計算可知，方案二中列車越過計軸器所需時間約為34.2 s，故方案一較方案二的道岔解鎖時間提前了2.5 s，然而列車全程折返時間多出了4 s，且停車線長度需增加26 m。因此，方案二更加合理，工程性價比更高。

4 結語

城市軌道交通折返站的折返能力直接關系到線路的運營效率，折返線過長，會增加土建施工投資；折返線過短，則會降低折返能力。本文以盡端式站后折返線為例，在保障運營安全和效率的前提下，從信號系統(tǒng)的角度，通過該類折返線信號設備布局原理和數(shù)值計算，得到最佳折返線長度為1列車長+ 52 m，其最小折返時間不大于2 min。

［1］ 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.

［2］ 付文剛.信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的邏輯與控制［J］.城市軌道交通研究，2009（4）：50.

［3］ 李堂成.西門子準移動閉塞信號系統(tǒng)的安全區(qū)段概念［J］.城市軌道交通研究，2007（5）：49.

［4］ 弓劍.各類電子式計軸設備工程應用淺析［J］.鐵道通信信號，2011，47（6）：34.

［5］ 鄧紅元.站后折返模式的分析與比較［J］.鐵路通信信號設計，2002（4）：5.

［6］ 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.

［7］ 馬能藝.一種常用折返站型的折返能力改進方案［J］.城市軌道交通研究，2013（2）：99.

Calculation of the Length and Efficiency of Turning-back Line at Urban Rail Transit Dead-end Station

Su Yunfeng，Deng Zhixiang

The back-turning capacity of urban rail transit station is one of the most important factors to affect the operation efficiency.In this paper，the principle of turning-back linesignal devices layout at dead-end station is introduced.Through analysis and calculation of the turning-back time and the design length of turning-back line based on the fastest unlock switch and the shortest train stopping distance，the theoretical length of turning-bake line is obtained，which has the highest turningback efficiency and could provide some theoretical support for other engineering projects.

urban rail transit；dead-end station turningback line；length of turning-back line；turning-back efficiency

U 231.1

2014-01-19）