陳 駿， 袁 江， 王芳玲

(廣州地鐵設計研究院股份有限公司， 廣東 廣州 510010)

0 引言

由于城市發(fā)展水平及財政情況限制，對于一條較長的線路，一般采用分期實施方式進行建設，線路的起終點均設置折返配線，但折返方式不盡相同。站前渡線方式折返以其占地規(guī)模小、站型布置簡單、折返走行距離短、行車間隔短等眾多優(yōu)點[1]，在目前的地鐵工程設計中，常常設置在初期工程終點站，未來線路延伸后，站前渡線更多地將承擔運營調(diào)車折返功能。鑒于單渡線站前折返能力有限，初期終點站一般設置站前交叉渡線用于初期車輛折返。

實際上，軌道交通線路設計初、近、遠期的線路長度和分期建設情況是基于城市發(fā)展、線網(wǎng)規(guī)劃、建設規(guī)劃等進行判斷，上位規(guī)劃可能會由于各種原因發(fā)生變化，如城市總體規(guī)劃調(diào)整導致線網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整、國家政策調(diào)整導致后續(xù)建設規(guī)劃延期批復等，都會引起設計依據(jù)發(fā)生變化，最終產(chǎn)生本文所要討論的問題： 設置站前交叉渡線的初期終點站面臨著近遠期線路不再延伸的問題，其近遠期折返能力能否滿足運營需求。

目前，國內(nèi)學者已對站前交叉渡線的折返能力進行了一些研究。如招陽等[1]考慮了各專業(yè)的因素，對站前交叉渡線折返能力影響因素進行了歸納總結(jié)；李瓊[2]對站前交叉渡線折返方式進行了研究，并提出提高折返能力的措施；張國寶等[3]對城軌列車各種折返方式的能力進行了分析與計算；程雯[4]以北京地鐵6號線五路居站為例，分析了道岔型號與折返能力的關(guān)系；魯秋子[5]通過建立CBTC安全距離計算模型，分析了站前折返安全距離長度對折返能力的影響；苗沁等[6]對列車折返過程和計算原理進行較為具體的分析；王國軍等[7]從信號系統(tǒng)角度出發(fā)，對站前折返能力進行了計算；王俊峰等[8]以不同折返過程對站前折返間隔進行了詳細的理論分析。然而，以上研究多是基于設計理論層面圍繞折返方式的能力進行討論，對可實施性涉及較少。

本文基于實際問題，即設置站前交叉渡線車站對于近遠期線路不再延伸問題的適用性，提出研究方法及技術(shù)路線，從不同專業(yè)角度對折返能力進行分析，最后提出提高折返能力的、切實可行的措施，以期為類似工程折返配線設置提供依據(jù)和參考。

1 工程概況

南寧地鐵2號線共分為3期建設。其中： 1期工程于2013年完成初步設計，2017年開通試運營；2期工程于2016年完成初步設計，2017年開工建設，計劃于2020年開通試運營；3期工程尚處于規(guī)劃階段。

2期工程線路全長約6.3 km，共設置5座地下車站，設計初、近、遠期采用6節(jié)編組的B型車，最高設計速度為80 km/h，全線采用9號道岔。2期工程在終點站(壇澤站)設交叉渡線，具備站前折返條件，考慮到側(cè)式站臺交叉渡線無法進行交替折返，折返能力受限，因此，車站設置為11 m的島式車站，站后預留線路3期延長條件。南寧地鐵2號線2期工程壇澤站(終點站)總平面示意圖見圖1。

圖1 南寧地鐵2號線2期工程壇澤站(終點站)總平面示意圖(單位： m)

Fig. 1 General plan of Tanze Station of Phase 2 Project of Nanning Metro Line No. 2 (unit: m)

在2期工程初步設計階段，將3期工程開通年定義為近期年限內(nèi)，根據(jù)目前城市建設情況以及下一輪軌道交通建設規(guī)劃情況判斷，2號線3期工程很有可能在近期年限內(nèi)不能如期開通，甚至線路不再繼續(xù)延伸建設。因此，2期工程終點站的站前交叉渡線折返能力將面臨著近遠期的考驗，對近遠期站前交叉渡線的折返能力適應性需要重新衡量。2號線全線配線示意圖見圖2。

2 研究方法及技術(shù)路線

針對上述問題，本文提出并遵循以下研究方法及技術(shù)路線：

1)調(diào)整行車交路。根據(jù)客流預測情況以及近遠期線路實施情況判斷，調(diào)整行車交路，以滿足最大斷面客流需求。

2)研究站前交叉渡線的最大折返能力。從不同專業(yè)角度出發(fā)，探討站前交叉渡線的最大折返能力是否滿足近遠期折返需求。

3)提出提高折返能力的有效措施。若站前交叉渡線未能滿足近遠期折返能力需求，則要從多方面(包括土建改造等)提出提高折返能力的措施，并進行綜合比選。

4)總結(jié)分析近遠期折返能力適應性?？偨Y(jié)研究成果，得出結(jié)論，并提出相關(guān)解決方案及建議。

3 行車交路研究

3.1 原設計行車交路

2號線2期工程原初步設計交路如圖3所示。

2期工程終點站壇澤站承擔初期大交路14對/h的折返，近遠期考慮線路延伸，大交路折返點調(diào)整至2號線全線終點站六晚站，系統(tǒng)規(guī)模預留30對/h，滿足規(guī)范要求。

3.2 近期不能延伸

根據(jù)原行車方案，近期按2∶1開行大小交路，若3期工程延遲開工，可按原近期2∶1開行大小交路，大交路開行壇澤—西津，小交路開行玉嶺路—秀廂，調(diào)整后的交路見圖4。近期原預測最大斷面客流為2.61萬人次/h，可開行(14+7)對/h，列車定員按1 460人/列，運輸能力按3.06萬人次/h。

3.3 遠期不能延伸

根據(jù)原行車方案，遠期按2∶1開行大小交路，3期工程延遲開工，考慮玉嶺路站距離壇澤站僅3個區(qū)間，遠期大交路開行壇澤—西津，小交路開行玉嶺路—秀廂，調(diào)整后的交路見圖5。遠期原預測最大斷面客流為3.37萬人次/h，可按1∶1開行(14+14)對/h，列車定員按1 460人/列，運輸能力按4.08萬人次/h。

3.4 小結(jié)

根據(jù)客流預測情況及行車交路設置，2期工程終點站(壇澤站)遠期折返能力達到14對/h即可滿足行車交路需求。

4 最大折返能力研究

由于各設計專業(yè)立足點不同，采用的計算方式也不盡相同，因此，站前交叉渡線最大折返能力應綜合各專業(yè)計算成果，考慮一定余量(一般為10%[9])與運營實際情況后確定[10]。

4.1 行車設計專業(yè)

行車專業(yè)基于客流預測，通過牽引計算軟件對通過折返線的列車進行模擬，得出單次折返時間，并計算其能力。折返時間主要包括列車進站時間、停站時間、辦理進路時間、列車出站時間。停站時間是根據(jù)初步設計客流預測數(shù)據(jù)確定，本車站初、近、遠期停站時間均為35 s，但考慮折返時上下行乘客同時在一側(cè)站臺上下車，同時在停站期間辦理進路(通常按13 s計，包括按壓或自動觸發(fā)進路按鈕3 s，選路及鎖閉進路9 s，信號機開放時間1 s)[2]，計算折返能力時停站時間取60 s。此外，9號道岔曲尖軌側(cè)向最大通過速度為35 km/h，為留有一定富余，牽引模擬時列車運行速度采用30 km/h。站前交叉渡線折返模式分3種，分別為單線折返側(cè)進直出、單線折返直進側(cè)出以及交替折返。

(a) 初期早高峰

(b) 近期早高峰

(c) 遠期早高峰

(d) 系統(tǒng)規(guī)模預留

Fig. 3 Original designed return capacity of Phase 2 Project of Metro Line No. 2

圖4 行車近期交路調(diào)整

Fig. 4 Short-term turnback capacity adjustment

圖5 行車遠期交路調(diào)整

4.1.1 側(cè)進直出折返能力

根據(jù)計算，采用側(cè)進直出方式折返(見圖6)，車站折返能力為148 s(見圖7)，即24.3對/h。

4.1.2 直進側(cè)出折返能力

根據(jù)計算，采用直進側(cè)出方式折返(見圖8)，車站折返能力為153 s(見圖9)，即23.5對/h。

圖6 側(cè)進直出折返示意圖(單位： m)

Fig. 6 Turnback with lateral entry and straight out scheme (unit: m)

圖7 側(cè)進直出折返作業(yè)流程示意圖(單位： s)

4.1.3 交替折返能力

根據(jù)計算，采用交替折返，折返能力可提高至120 s(見圖10)，即30對/h。

4.2 信號設計專業(yè)

信號專業(yè)主要考慮信號反應時間、行車安全及列車速度因素，對通過折返線的列車進行模擬，得出單次折返時間，并計算其能力。主要設計基礎參數(shù)有： 列車最高速度(頂棚速度)限速85 km/h，9號道岔側(cè)向限速35 km/h，站臺限速60 km/h，車站初、近、遠期停站時間均為35 s。車輛性能參數(shù)有： 長度為119.676 m，保障制動率為0.85 m/s2，牽引切除時間為1.3 s，制動施加時間為0.9 s。列車牽引能力見表1。

圖8 直進側(cè)出折返示意圖(單位： m)

Fig. 8 Turnback with straight entry and lateral out scheme (unit: m)

信號設計專業(yè)分別對列車采用單渡線折返及交叉渡線交替折返的時間間隔進行對比計算，結(jié)果見表2。

4.3 小結(jié)

根據(jù)行車設計專業(yè)以及信號設計專業(yè)的模擬計算，該站采用單渡線折返，最大折返能力為143～148 s，折返對數(shù)約為24對/h；采用交替折返，最大折返能力達到120～139 s，理想情況下最大折返能力可達到30對/h。

圖9 直進側(cè)出折返作業(yè)流程示意圖(單位： s)

圖10 交替折返作業(yè)流程示意圖(單位： s)

表1 列車牽引能力

5 提高折返能力的措施

5.1 增加列車減速度

增加列車減速度帶來的好處是減少列車進站時間，導致的后果是使乘客乘車舒適性降低。根據(jù)GB/T 14894—2005《城市軌道交通車輛組裝后的檢查與試驗規(guī)則》[11]，為防止乘客摔倒等安全事故，車輛縱向沖擊率即加減速度的變化率限制為1.0 m/s2。根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設計規(guī)范》[12]，為改善乘客乘車舒適性，沖擊率不應大于0.75 m/s2。在前文的信號專業(yè)模擬結(jié)果中，減速度取0.6 m/s2，但實際模擬過程并不會達到這個數(shù)值。優(yōu)化減速度后，折返時間間隔減少5～7 s，采用交叉渡線交替折返，折返時間達到132 s，約27對/h，具體模擬結(jié)果見表3，折返流程示意圖見圖11。

5.2 提高道岔側(cè)向過岔速度

提高道岔側(cè)向過岔速度也是通過減少列車進站時間增加折返能力。根據(jù)城市軌道交通列車通信與運營控制國家工程實驗室白皮書《城市軌道交通列車運行速度控制導則》[13]的規(guī)定，9號道岔(普通尖軌)側(cè)向臨界速度為35 km/h，ATP頂篷速度為35 km/h，ATO目標速度不應小于25 km/h。由于信號專業(yè)模擬測試中考慮因素較多，安全富余量也較多，按照一般經(jīng)驗，當限速值為35 km/h時，模擬實際運行速度約為25 km/h[14]。

考慮上述原因，信號專業(yè)模擬對提高側(cè)向過岔速度進行了相應的優(yōu)化，結(jié)果見表4。當模擬實際過岔速度增至30 km/h，折返時間相應減少6～12 s，折返能力有了較大的提升，采用交叉渡線交替折返，折返時間達到了120 s，即30對/h，滿足系統(tǒng)預留規(guī)模折返要求。

表2 信號模擬成果

表3 信號模擬成果(優(yōu)化減速度)

表4 信號模擬成果(優(yōu)化側(cè)向過岔速度)

5.3 土建調(diào)整車站配線設置

為應對線路不再延伸的風險，可結(jié)合建設工期情況，采取調(diào)整車站配線的措施，但該解決方案調(diào)整較大，需要重新報批。針對本站進行2個方案的綜合比選，分別為方案1——設置站前交叉渡線折返方案，方案2——設置站后單折返線折返方案。主要內(nèi)容比選見表5。

表5 調(diào)整配線方案綜合比選

對配線進行調(diào)整，可以說是從根本上改變折返方式，但調(diào)整設計需要重新審查、報批，對建設工期造成嚴重影響，同時該比選是基于車站尚未完工這種特殊情況下開展的，不具備一般性，其他工程需結(jié)合實際情況進行具體分析。

6 結(jié)論與討論

設置站前交叉渡線的初期折返車站，根據(jù)設計模擬，在較為理想的情況下，采用單渡線折返，折返能力可以達到24對/h，采用交替折返可以達到30對/h，在本工程中滿足調(diào)整后的近期(14+7)對/h、遠期(14+14)對/h運營交路折返需求?？紤]到實際運營中需要進行一定的安全儲備(一般為10%)，為滿足系統(tǒng)規(guī)模折返能力30對/h的需求，提出增加列車減速度、提高實際側(cè)向過岔速度以及土建調(diào)整配線設置3個優(yōu)化措施，增加站前交叉渡線的折返能力。其中： 前2個措施可能會對乘客乘車舒適性有一定的影響，第3個措施需要結(jié)合實際工程情況考慮，對土建投資和建設工期影響較大，不確定因素較多，可以作為參考，但不具備一般性。通過采取優(yōu)化措施后，站前交叉渡線滿足30對/h的系統(tǒng)規(guī)模折返能力要求。

縱觀國內(nèi)地鐵終點站的設計案例，也有不少工程由于各方面因素采用站前交叉渡線進行折返，如廣州地鐵5號線滘口站、北京地鐵6號線五路居站、無錫地鐵3號線機場站等，均滿足終點站折返能力要求。值得指出的是，站前交叉渡線交替折返對運營技術(shù)水平要求較高，因此建議繼續(xù)提高運營水平，以解決折返能力瓶頸。