劉川
摘 要:跨座式單軌系統(tǒng)作為城市軌道交通的一種,由于其高架敷設(shè)投資低、景觀好等特點(diǎn),目前被許多大中城市所采用。但跨座式單軌由于車輛、道岔等方面的不同,其折返能力往往低于地鐵,加上車輛自身載客能力較低,運(yùn)輸能力比地鐵有較大差距。提高跨座式單軌折返能力,對于提升其運(yùn)輸能力和服務(wù)水平都有重要的意義。本文以重慶跨座式單軌系統(tǒng)為例,分析影響其運(yùn)輸能力的因素,研究進(jìn)一步提升運(yùn)輸能力的方法。
關(guān)鍵詞:跨座式單軌;運(yùn)輸能力;折返能力;提升
單軌系統(tǒng)的定義為:采用電力牽引列車在一條軌道梁上運(yùn)行的中低運(yùn)量城市軌道交通系統(tǒng),根據(jù)車輛與軌道梁之間的位置關(guān)系,單軌系統(tǒng)分為跨座式單軌和懸掛式單軌兩種類型。
由于目前國內(nèi)僅重慶有開通運(yùn)營,且作為城市軌道交通骨干線路的跨座式單軌,因此,本文以重慶跨座式單軌系統(tǒng)為例,分析影響其運(yùn)輸能力的因素,研究進(jìn)一步提升運(yùn)輸能力的方法。
1 運(yùn)輸能力的計(jì)算方法
運(yùn)輸能力是指在一條線路上,某一方向一小時(shí)內(nèi)所能運(yùn)載的總旅客數(shù)。用單方向斷面每小時(shí)通過的最大乘客人數(shù)來表示。
N運(yùn)輸能力=N列車×N線路
1.1 列車能力
每列車的載客能力取決于列車編組的長度和每列車的定員:
N列車=列車編組×列車定員
重慶跨座式單軌系統(tǒng)的列車能力是相對比較固定的,重慶2、3號線由于建設(shè)時(shí)間較早,且作為重慶骨干線路,客流較大的特殊性,采用了8輛編組設(shè)計(jì),本文僅以重慶8輛編組為例。N列車為1 292人(站立標(biāo)準(zhǔn)6人/m2)。
1.2 線路能力
N線路=60/t間隔,即一個(gè)方向上一小時(shí)內(nèi)可以通過的最大列車數(shù)量,其中t間隔為列車折返追蹤間隔t折返追蹤、車站追蹤間隔t車站追蹤、區(qū)間信號追蹤間隔t信號追蹤等間隔時(shí)間中最大的一個(gè),它與運(yùn)營組織方案、線路條件、客流水平、車站形式、信號系統(tǒng)等因素有關(guān)。
作為城市軌道交通的線路采用CBTC移動閉塞,t信號追蹤能達(dá)到90 s及以內(nèi);t車站追蹤受運(yùn)營管理、線網(wǎng)規(guī)模等影響,具有不確定性和可調(diào)整性,一般不會成為t間隔中最大的;而t折返追蹤需要經(jīng)過特定的作業(yè)程序,往往是制約N運(yùn)輸能力的關(guān)鍵因素。下文,也重點(diǎn)從t折返追蹤分析,研究其優(yōu)化和提升的方法。
2 折返追蹤間隔制約因素分析
2.1 折返方式及相關(guān)參數(shù)
2.1.1 折返方式
重慶跨座式單軌最常用的折返方式包括:側(cè)式車站,站后設(shè)單渡線折返;島式站,站后設(shè)單折返線折返。詳見下圖。
2.1.2 折返時(shí)間相關(guān)參數(shù)
(1)辦理進(jìn)路至列車啟動:有道岔轉(zhuǎn)換26 s,無道岔轉(zhuǎn)換11 s。
(2)列車進(jìn)站:進(jìn)站進(jìn)路辦理至列車響應(yīng)后,列車從相應(yīng)區(qū)間位置正常運(yùn)行至進(jìn)站停車,相應(yīng)位置應(yīng)保證列車能在當(dāng)前運(yùn)行速度以常用制動在站端前10 m停車。
(3)折返站列車停站時(shí)間:30 s。
(4)列車進(jìn)折返線:列車車尾過道岔A5 m解鎖進(jìn)路,解鎖或延時(shí)占用時(shí)間3 s后,可辦理下一列車進(jìn)站進(jìn)路;過道岔10 m停車。
(5)列車頭尾轉(zhuǎn)換時(shí)間為10 s。
(6)列車出折返線:列車車尾過道岔B5 m解鎖進(jìn)路,解鎖或延時(shí)占用時(shí)間3 s后,可辦理下一列車進(jìn)折返線進(jìn)路。
(7)列車出站:列車出站車尾過站端約65 m,可辦理下一列車進(jìn)站進(jìn)路。
(8)交路折返站均采用關(guān)節(jié)可撓型道岔,列車側(cè)向通過道岔速度不超過25 km/h;直向過岔不限速。
(9)進(jìn)、出站時(shí)間和進(jìn)、出折返線時(shí)間根據(jù)牽引計(jì)算確定,本文不詳細(xì)說明。
2.2 折返追蹤間隔時(shí)間及折返能力
在不考慮線路縱坡、曲線半徑影響的情況下,對t折返追蹤進(jìn)行分析,計(jì)算出列車連續(xù)折返t折返追蹤為125 s,車站折返能力計(jì)算值28對/h。
2.3 折返追蹤間隔制約因素
在2.2小節(jié)中的計(jì)算時(shí)間為理論計(jì)算值,但在實(shí)際運(yùn)營過程中受多種因素的影響,一般會有10%左右的增量,基本可以滿足24~25對/h的折返能力,這相比地鐵30對/h的折返能力差距較大。結(jié)合地鐵相關(guān)參數(shù)的對比,分析影響折返能力的要素如下。
從上表可看出,影響跨座式單軌折返能力的因素主要為道岔轉(zhuǎn)換時(shí)間、列車側(cè)向過岔限速和停站時(shí)間。
3 提升折返能力的措施
3.1 縮短道岔轉(zhuǎn)轍時(shí)間
跨座式單軌的道岔系統(tǒng)與地鐵有很大差異??缱絾诬壍啦聿捎昧伺c軌道梁相似的梁式結(jié)構(gòu),由一組互相聯(lián)接,關(guān)節(jié)間可轉(zhuǎn)動的鋼箱梁組成,主要分為道岔結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)轍驅(qū)動系統(tǒng)及信號控制系統(tǒng)3部分。道岔轉(zhuǎn)轍時(shí)間主要包括信號發(fā)出、解鎖、轉(zhuǎn)轍、鎖定、信號回饋等時(shí)間,其轉(zhuǎn)轍時(shí)間約為15 s,而地鐵只需要10 s。
通過對道岔轉(zhuǎn)轍各項(xiàng)時(shí)間的分析,信號及解鎖、鎖閉反應(yīng)時(shí)間較短,難有縮短的空間,而道岔轉(zhuǎn)轍過程時(shí)間較長,縮短帶來的效果更加明顯。通過減少道岔重量,對鎖定、驅(qū)動結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整以提高轉(zhuǎn)轍速度,選擇合適的驅(qū)動方式和傳動配合,加大電機(jī)功率或者提高道岔走行輪的轉(zhuǎn)速,都能縮短轉(zhuǎn)轍走行時(shí)間。通過一系列優(yōu)化,將跨座式單軌道岔轉(zhuǎn)轍時(shí)間縮短到10 s以內(nèi),可以提升折返能力1對/h左右。
3.2 提高側(cè)向過岔速度
目前重慶跨座式單軌折返站采用的關(guān)節(jié)可撓型道岔側(cè)向過岔速度限制在25 km/h,而地鐵一般采用9號線道岔,其側(cè)向過岔速度最高為35 km/h,過岔速度較低導(dǎo)致進(jìn)出折返線時(shí)間較長。
對于關(guān)節(jié)可撓性道岔,當(dāng)其處于曲線狀態(tài)時(shí),曲線半徑約為100 m,理論上列車的側(cè)向通過速度可以更高,但為了簡化道岔,使其結(jié)構(gòu)不至于太復(fù)雜,道岔區(qū)段不設(shè)置超高,這樣計(jì)算下來允許的列車通過速度限制在25 km/h。如果能夠優(yōu)化道岔本身撓曲機(jī)構(gòu)受力和列車過岔時(shí)候車體受力的配合,可進(jìn)一步提高列車過岔速度,當(dāng)然,這也需要道岔廠家和車輛廠家進(jìn)行相關(guān)研究,對關(guān)節(jié)可撓型道岔撓曲機(jī)構(gòu)做相關(guān)的荷載試驗(yàn)。
將列車側(cè)向過岔速度由25 km/h提升到30 km/h~35 km/h,列車進(jìn)、出折返線時(shí)間分別可節(jié)省4 s~5 s,可以提升折返能力1對/h左右。
3.3 縮短停站時(shí)間
通過前面分析,停站時(shí)間也是制約t折返追蹤的因素之一,如果能縮短列車在折返站的停站時(shí)間,也能提高列車折返能力。隨著全自動運(yùn)行的應(yīng)用、運(yùn)營管理能力的提升,辦理進(jìn)路時(shí)間、列車開關(guān)門時(shí)間等均可實(shí)現(xiàn)一定程度的縮短,結(jié)合方案設(shè)計(jì)時(shí)將折返站設(shè)置在乘降量較小的車站,將折返站停站時(shí)間由30 s縮短至25 s是可以實(shí)現(xiàn)的。
但目前重慶正在運(yùn)營的跨座式單軌2、3號線的列車,其車輛長度在14 m~15 m之間,每側(cè)只有2個(gè)車門,車門間距達(dá)到平均7.3 m左右,與地鐵平均車門間距5 m以下相比,乘客乘降效率大大降低。如果再把停站時(shí)間縮短5 s,難以滿足乘客上下車的時(shí)間。
在將來線路的車輛中,通過優(yōu)化,保持車門寬度不變,通過將跨座式單軌列車的車門數(shù),由現(xiàn)狀的2對/側(cè).輛提升至3對/側(cè).輛,客室車門間距與地鐵車輛基本相當(dāng)。這樣提了高客室空間使用效率,乘客上下車效率提升約30%,可縮短乘客上下車時(shí)間,使縮短停站時(shí)間到25 s具有可能性。這也可提升折返能力1對/h左右。
4 結(jié)論
通過縮短道岔轉(zhuǎn)轍時(shí)間、提高側(cè)向過岔速度、縮短停站時(shí)間相結(jié)合,重慶跨座式單軌系統(tǒng)的t折返追蹤可以減少15 s左右,達(dá)到110 s,折返能力可以提高到32~33對/h,即使考慮運(yùn)營的不確定性和能力的損耗,也基本達(dá)到地鐵30對/h折返能力的水平,實(shí)現(xiàn)發(fā)車間隔2 min。以8輛編組計(jì)算,運(yùn)輸能力可以達(dá)到3.88萬人次/h,可以實(shí)現(xiàn)大運(yùn)量的運(yùn)輸能力,同時(shí)將列車間隔由2.5 min縮短到2 min,提高了乘客的服務(wù)水平。
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