王惠鳳

(上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司,200125,上海//工程師)

現(xiàn)代有軌電車折返線布置形式及長(zhǎng)度研究

王惠鳳

(上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司,200125,上海//工程師)

現(xiàn)代有軌電車線路主要以地面敷設(shè)為主,與大運(yùn)量快速軌道交通相比有很大的區(qū)別。應(yīng)按照施工現(xiàn)場(chǎng)的地形情況,綜合考慮遠(yuǎn)期線網(wǎng)發(fā)展、運(yùn)營(yíng)靈活性、經(jīng)濟(jì)技術(shù)、客運(yùn)業(yè)務(wù)、折返能力、施工難度等因素,合理設(shè)計(jì)折返線方案。根據(jù)現(xiàn)代有軌電車的特點(diǎn),分析了有軌電車起終點(diǎn)站折返線的型式,探討了有軌電車折返線的設(shè)置原則,提出了折返線長(zhǎng)度和安全距離計(jì)算方法,并以某工程中的參數(shù)進(jìn)行了案例分析。

現(xiàn)代有軌電車; 折返線; 折返線長(zhǎng)度

Author′s address Shanghai Urban Construction Design Institute (Group) Co.,Ltd.,200125,Shanghai,China

現(xiàn)代有軌電車屬于中運(yùn)量的公共交通系統(tǒng),其在多層次公共交通體系中發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)代有軌電車被定義為:采用低地板模塊化的軌道車輛,通過(guò)軌道承重和導(dǎo)向,主要敷設(shè)在地面,依靠司機(jī)瞭望行駛,按公交化模式組織運(yùn)營(yíng)的城市公共客運(yùn)系統(tǒng)。

正是由于現(xiàn)代有軌電車的敷設(shè)方式以地面為主,所以在有軌電車線路設(shè)計(jì)時(shí),如何在滿足系統(tǒng)功能的前提下盡可能合理地占用本就緊張的道路資源顯得尤為重要。本文以起終點(diǎn)站的折返線為切入點(diǎn),分析有軌電車起終點(diǎn)站折返線不同型式及其優(yōu)缺點(diǎn),同時(shí)探討合理的折返線設(shè)置長(zhǎng)度,以達(dá)到節(jié)約占用道路資源的目的。

大運(yùn)量快速軌道交通系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)為“軌道交通”),單向最大運(yùn)送能力為15 000人次/h以上。現(xiàn)代有軌電車為下一層級(jí)的公共交通系統(tǒng),即中運(yùn)量公共交通系統(tǒng),單向最大運(yùn)送能力為5 000～ 15 000人次/h。

1 軌道交通折返線主要型式

折返線屬于車站配線。列車經(jīng)折返線可改變運(yùn)行方向。軌道交通線路的折返線按其布置型式可分為盡頭式及貫通式,按折返作業(yè)方式可分為站前折返、站后折返、站前站后混合折返。

(1) 盡端式折返:折返列車進(jìn)出只能從渡線的一端進(jìn)行,如圖1所示。

圖1 盡端式折返線示意

優(yōu)點(diǎn):分離列車折返作業(yè)和車站客運(yùn)業(yè)務(wù),降低列車控制難度,安全性更高。對(duì)于雙折返線車站,如果列車發(fā)生故障,可利用折返線實(shí)現(xiàn)列車停放,不影響其他列車運(yùn)行。

缺點(diǎn):車站工程難度高、工作量大;選擇站后折返方式會(huì)延長(zhǎng)折返作業(yè)時(shí)間,只能完成列車某一端的折返作業(yè)。

(2) 貫通式折返:折返列車可經(jīng)兩端的渡線進(jìn)出,如圖2所示。

圖2 貫通式折返線示意

優(yōu)點(diǎn):列車作業(yè)組織靈活,集列車到發(fā)和折返調(diào)頭為一體,折返間隔短;能實(shí)現(xiàn)雙向列車的折返作業(yè),折返作業(yè)方式選擇余地大;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn):車站規(guī)模較大,站臺(tái)利用效率低,旅客上下車易發(fā)生混亂;折返作業(yè)對(duì)正線行車有干擾,遠(yuǎn)端道岔距車站過(guò)遠(yuǎn)。

(3) 站前折返:在列車前進(jìn)方向的到達(dá)端咽喉進(jìn)行折返作業(yè),如圖3所示。

圖3 站前折返示意圖

優(yōu)點(diǎn):列車折返的過(guò)程中空走路程少,減少折返時(shí)間;不影響乘客上下車,停站時(shí)間和費(fèi)用降低。

缺點(diǎn):有進(jìn)路交叉的問(wèn)題,降低了行車的安全性;如果客流量較大易導(dǎo)致混亂,引起乘客上下車沖突。

(4) 站后折返:在列車前進(jìn)方向的出發(fā)端咽喉進(jìn)行折返作業(yè),如圖4所示。將距離出發(fā)正線最近的折返線作為列車折返路徑,另一條備用。

圖4 站后折返示意圖

優(yōu)點(diǎn):安全性能好,站后列車進(jìn)出站速度較高,有利于提高旅行速度。站后渡線使短交路更為便捷。

缺點(diǎn):列車折返時(shí)間較長(zhǎng)。環(huán)形線折返提高了線路的通行力,然而施工難度高、工作量大,鋼軌的磨耗量大。站后盡端折返線使用較為普遍。

2 有軌電車折返線設(shè)置原則

由于有軌電車敷設(shè)方式以地面為主,占用道路資源,故其必然受到道路現(xiàn)狀或規(guī)劃條件的制約?？蓮囊韵聨讉€(gè)角度考慮折返線布置方案。

(1) 折返作業(yè)量。根據(jù)早、晚高峰時(shí)段的折返作業(yè)量合理設(shè)置折返線數(shù)量。如果折返間隔比高峰時(shí)段需要的發(fā)車間隔長(zhǎng),就需要布置不少于1條折返線,在平峰期預(yù)先儲(chǔ)備充足的列車,以保證密集發(fā)車。

(2) 站臺(tái)布置形式。采用島式站臺(tái)時(shí),站前折返能力比站后折返能力強(qiáng);對(duì)于側(cè)式站臺(tái),站后折返能力比站前折返能力強(qiáng)。因此,一般島式站臺(tái)與站前折返組合,側(cè)式站臺(tái)與站后折返組合。

(3) 線路建筑結(jié)構(gòu)。有軌電車車站一般采用地面型式,折返線形式選擇自由度比較大。應(yīng)綜合考慮環(huán)境、投資、效益、功能、安全等因素的影響,在實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上降低折返模式的復(fù)雜度,減少工程費(fèi)用。

(4) 道路環(huán)境。有軌電車一般沿地面敷設(shè),與城市道路共享資源,車站折返型式既要滿足現(xiàn)狀道路的需求,又要與遠(yuǎn)期的道路規(guī)劃相匹配。

結(jié)論:相較于軌道交通,現(xiàn)代有軌電車起終點(diǎn)站的折返型式比較簡(jiǎn)單,一般僅用于車輛掉頭折返,很少用于故障停車及早晚存車用?，F(xiàn)代有軌電車起終點(diǎn)站的折返型式一般采用簡(jiǎn)單的站前或者站后折返,根據(jù)不同的站型、遠(yuǎn)期發(fā)車對(duì)數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)周邊的道路環(huán)境,綜合選擇合適的折返型式。

3 軌道交通折返線長(zhǎng)度

在保障運(yùn)營(yíng)效率和安全的前提下,合理選擇折返線的布置形式及折返線的有效長(zhǎng)度,既能節(jié)約土地及工程造價(jià),又能提高線路的運(yùn)營(yíng)能力。

GB50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定了折返線的有效長(zhǎng)度,如下所示:

盡端式折返線長(zhǎng)度為50 m+列車長(zhǎng)度。安全距離包括信號(hào)瞭望和停車誤差距離。

貫通式折返線長(zhǎng)度為60 m+列車長(zhǎng)度,安全距離為50 m,還包括10 m信號(hào)瞭望長(zhǎng)度。

所以,貫通式和盡端式的安全距離均為50 m。

盡端式折返線長(zhǎng)度=列車長(zhǎng)度+安全距離,為車擋與道岔前基本軌接縫中心之間的距離。在施工過(guò)程中,安全距離包括信號(hào)瞭望距離和右側(cè)停車誤差。同時(shí),不能忽略安裝應(yīng)答器的空間、安裝信號(hào)機(jī)的空間、信號(hào)瞭望計(jì)軸和距離、左側(cè)停車誤差等因素的影響。因此,盡端式折返線長(zhǎng)度=車檔與道岔前基本軌接縫中心之間的距離=安裝應(yīng)答器的空間+安裝信號(hào)機(jī)的空間+信號(hào)瞭望計(jì)軸和距離+左側(cè)停車誤差+安全距離+列車長(zhǎng)度。如圖5所示。

目前,我國(guó)軌道交通信號(hào)控制系統(tǒng)大多為CBTC(移動(dòng)閉塞)系統(tǒng),利用無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行信號(hào)傳輸。ATC(列車自動(dòng)控制)系統(tǒng)由ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控)、ATO(列車自動(dòng)運(yùn)行)、ATP(列車自動(dòng)防護(hù))等子系統(tǒng)構(gòu)成。實(shí)際行駛中,列車駕駛模式為ATO,ATP系統(tǒng)僅用于限制列車行駛速度。圖6為ATP和ATO模式下列車緊急制動(dòng)曲線。

圖5 盡端式折返線原理

由圖6可以看出,采用ATO駕駛模式時(shí),列車速度始終低于緊急制動(dòng)觸發(fā)線,S1為列車正常制動(dòng)條件下的停車位置。當(dāng)發(fā)生緊急故障,列車速度達(dá)到緊急制動(dòng)觸發(fā)線,同時(shí),列車緊急制動(dòng)率為最小、且列車位于最大坡度的下坡道上等多種不利情況下,列車牽引力會(huì)自動(dòng)切斷,通過(guò)ATP緊急制動(dòng)在S2處停止。安全距離即S1到S2的距離。

圖6 ATP防護(hù)下的緊急制動(dòng)曲線

4 有軌電車折返線長(zhǎng)度

目前我國(guó)現(xiàn)代有軌電車尚無(wú)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)規(guī)范,設(shè)計(jì)時(shí)基本都是參考國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范或者國(guó)外的有軌電車設(shè)計(jì)規(guī)范。

為保證客流量的要求,有軌電車線路一般均需要考慮在老城區(qū)道路上敷設(shè)。一般老城區(qū)道路具有道路路幅窄、交通量大、道路網(wǎng)密度大、路格街區(qū)短等特點(diǎn),如果有軌電車線路起終點(diǎn)位于該區(qū)域,對(duì)于起終點(diǎn)線路折返線的長(zhǎng)度必然會(huì)有一定的限制,若折返線長(zhǎng)度嚴(yán)格參照軌道交通的規(guī)范執(zhí)行,顯然不太合理,也是沒(méi)有必要的。

4.1 國(guó)外有軌電車設(shè)計(jì)導(dǎo)則

國(guó)外很多設(shè)計(jì)導(dǎo)則中對(duì)于終點(diǎn)站的描述為:在有軌電車終點(diǎn)處,應(yīng)有一個(gè)將超出正常運(yùn)營(yíng)范圍的有軌電車安全帶入一個(gè)沙坑或其他地方的措施。措施包括采用一個(gè)或多個(gè)車擋、沙袋,鋼軌表面鋪軟碎石,有吸收能量性能的物體如大型植物,等等。措施的選擇應(yīng)基于所在地段的可實(shí)施性,以及與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上。有軌電車駛出正常范圍時(shí),可能產(chǎn)生更大的風(fēng)險(xiǎn),因此選擇的措施應(yīng)能防止行人滯留在有軌電車駛出的區(qū)域。

4.2 有軌電車折返線長(zhǎng)度的計(jì)算

對(duì)于有軌電車起終點(diǎn)折返線長(zhǎng)度的計(jì)算,本文僅討論常用的盡端式站后折返型式,其他型式的計(jì)算原理同樣,本文不予闡述。

有軌電車沒(méi)有自動(dòng)控制系統(tǒng),其行車完全依靠司機(jī)的目視。目前國(guó)內(nèi)已通車的城市中,有軌電車全部采用人工駕駛模式。

如圖7所示,現(xiàn)代有軌電車盡端式站后折返線的長(zhǎng)度為:

L=L1+L2+L3+2L4

式中:

L1——遠(yuǎn)期列車長(zhǎng)度;

L2——安全防護(hù)距離;

L3——岔區(qū)長(zhǎng)度(線間距×6,有軌電車正線一般采用6號(hào)道岔);

L4——軌道電路、軌道電路距道岔距離、6號(hào)道岔a值、停車誤差和信號(hào)瞭望距離之和。

圖7 有軌電車盡端式站后折返線原理

L1～L4中,除了L2需要計(jì)算確定,其他的都可根據(jù)列車模塊長(zhǎng)度、信號(hào)確定,且每個(gè)工程的列車模塊、信號(hào)選型不同,其長(zhǎng)度稍有差異。

有軌電車站后車檔一般采用隱形車檔,其景觀比較好,能阻檔的速度為3 km/h,故它能起到的作用有限。折返線站后的安全距離為下列兩種運(yùn)行模式下的距離差。

模式1:列車以最高加速度從車站出發(fā),當(dāng)速度達(dá)到列車能在車檔前的停車線前停車的最高速度或運(yùn)行線路限定的最高速度后,列車采取最高常用制動(dòng),列車恰好在停車線處停止的距離。

假設(shè):模式1中的最大速度為v0;列車從站臺(tái)起動(dòng),以最大牽引加速度運(yùn)行至最高速度,行駛距離為D1;采用最高常用制動(dòng),列車恰好在停車線處停止,行駛距離為D2。D2包括兩段,一是建立最高常用制動(dòng)時(shí)列車行駛的路程(建立最高常用制動(dòng)的時(shí)間為2 s,認(rèn)為該距離內(nèi)列車以v0恒速行駛);二是最高常用制動(dòng)發(fā)揮效果的過(guò)程中列車行駛的路程。則:

D1+D2=L1+L3+2L4=

v0=gmaxt1=gmint2

式中:

gmax——列車最大牽引加速度;

gmin——列車常用制動(dòng)減速度;

t1——列車以最大牽引加速度由零加速到v0所用時(shí)間;

t2——列車以常用制動(dòng)減速度由v0減速到零的時(shí)間。

以某工程為例,L1=38 m,L3=24 m,L4=21 m,gmax=1.0 m/s2,gmin=1.2 m/s2,得D1=46.24 m,D2=57.76 m,v0=34.6 km/h。

模式2:列車以允許的最大牽引加速度從車站出發(fā),當(dāng)速度達(dá)到列車能在車檔前的停車線前停車的最高速度或運(yùn)行線路限定的最高速度后,列車采取最大制動(dòng)后失敗,由司機(jī)人工按緊急制動(dòng)后運(yùn)行的距離。

假設(shè):模式2中車輛加速到v0;司機(jī)觸發(fā)常用制動(dòng),但施加最大常用制動(dòng)失敗(牽引已切除),司機(jī)拍下蘑菇觸發(fā)安全制動(dòng)至停車,運(yùn)行的距離為D′2。常用制動(dòng)失敗車輛發(fā)出蜂鳴報(bào)警,司機(jī)拍下蘑菇觸發(fā)安全制動(dòng)的定義時(shí)間為2 s。

式中,v0=34.6 km/h,g′min采用最不利的1.5 m/s2,得D′2=69.29 m。

則折返線站后的安全距離為D′2-D2=11.5 m。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析軌道交通折返線及安全距離長(zhǎng)度的相關(guān)要求,根據(jù)有軌電車與軌道交通不同的特點(diǎn),分析了適用于有軌電車的折返線型式,提出了折返線長(zhǎng)度及安全距離計(jì)算方法。

有軌電車折返線的長(zhǎng)度需根據(jù)列車模塊長(zhǎng)度、信號(hào)確定。每個(gè)工程的列車模塊、信號(hào)選型不同,長(zhǎng)度稍有差異。在具體的工程實(shí)踐中,可根據(jù)具體情況套用參數(shù)計(jì)算即可。設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)結(jié)合地形地貌、沿線的道路條件、沿線交通及規(guī)劃,嚴(yán)格分析各段比選方案,以節(jié)省工程投資,減小施工風(fēng)險(xiǎn),控制工期和造價(jià)。

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Layout and Length of the Turn-back Line for Modern Tram

WANG Huifeng

Modern tram is mainly constructed on the ground,significantly different from rapid rail transit with large capacity.The turn-back line between departure station and terminal station in modern tram shall be carefully designed according to the terrain conditions, with a full consideration of the long-term network development planning,operation flexibility,technical specifications,passenger service organization,turn-back capacity and engineering difficulties.In line with the characteristics of modern tram,various forms of turn-back line between departureand terminal stations are analyzed,the layout principle is discussed.On this basis,a calculation method for the proper length of turn-back line and the safety distance is proposed by referring to the practical parameters obtained from a construction project.

modern tram; turn-back line; length of the turn-back line

U482.1

10.16037/j.1007-869x.2017.04.019

2016-04-06)