羅詩蕓

(廈門軌道建設(shè)發(fā)展集團有限公司, 361001, 廈門∥助理工程師)

城市軌道交通折返站的折返能力制約著列車運行交路上終到站折返方式的選擇,以及高峰期行車間隔的進一步壓縮,而折返能力主要取決于車站配線設(shè)置、信號閉塞方式、列車停站時間及接發(fā)列車間隔等。在車站配線等基礎(chǔ)設(shè)施無法變動的情況下,為壓縮高峰期行車間隔,提升運輸服務(wù)水平,有必要研究列車運行交路上終到站的折返能力。

目前,國內(nèi)對城市軌道交通折返站折返能力的研究主要有:文獻[1]對比分析了站前單渡線、交叉渡線,站后單渡線、交叉渡線共4種折返站型的折返作業(yè)流程和作業(yè)時間,提出站前、站后均可用于折返的最優(yōu)折返站渡線布設(shè)方案;文獻[2]分析了島式車站列車折返過程和折返時間,得出城市軌道交通列車折返的一般特點以及折返能力的計算方法;文獻[3]繪制了站后單線及雙線折返作業(yè)的技術(shù)作業(yè)程序圖,計算了相應(yīng)折返間隔和折返能力,得出不同行車間隔條件下使用不同折返方式的結(jié)論;文獻[4]通過計算機仿真對比分析了不同折返路徑對應(yīng)的折返間隔,得出折返方式的一般規(guī)律。目前,國內(nèi)已有較多城市軌道交通采用ATB(無人自動折返)模式,但對其折返能力研究較少,因此,亟待開展ATB模式下折返能力的研究。本文在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上,以采用ATB模式折返為切入點,基于時序模型對城市軌道交通站后折返作業(yè)過程進行分析,并結(jié)合實際折返作業(yè)過程中受到的影響,提出采用不同站后折返方式的折返間隔與折返方式的選擇。

1 基本概況

城市軌道交通列車折返方式根據(jù)車站配線設(shè)置分為站前折返和站后折返,根據(jù)配線數(shù)量分為單線折返和雙線折返。站后折返站是城市軌道交通折返站最常見的類型,即折返線設(shè)置在終到站的后方,列車到站后完成下客作業(yè)并使用站后渡線完成折返作業(yè)。

本文以廈門地鐵2號線五緣灣站(以下簡稱“2號線”)為例,對其站后折返能力進行研究。2號線五緣灣站的線路信息示意如圖1所示。

注:P為道岔;A為道岔P05、P11所在的計軸區(qū)段;B為道岔P07、P09所在的計軸區(qū)段;C為列車在鐘宅站上行出站后觸發(fā)進入五緣灣站折返線進路的計軸區(qū)段;S為五緣灣站上行出站信號機;X為五緣灣站下行信號機。

五緣灣站為2號線上行交路的終到站,鐘宅站為終到站前1個車站。2號線采用移動閉塞法行車,采用ATB模式折返。該折返模式下,列車可在FAO(全自動運行)模式下從到達站臺進入和折出折返線,最后進入發(fā)車股道。司機利用折返時間換端,不影響折返作業(yè),列車可實現(xiàn)折返線內(nèi)即停即走,較傳統(tǒng)折返模式節(jié)省了司機換端作業(yè)時間。

2 五緣灣站站后折返能力分析

基于ATB模式,利用時序模型,將折返作業(yè)拆分為單項作業(yè)。根據(jù)作業(yè)的前后順序及限制條件將其繪制在時序圖上,通過該時序模型計算分析相鄰兩列車的到達間隔、進出折返線間隔及發(fā)車間隔等,對比得出該折返方式下的最小折返間隔及其折返能力。

列車折返的單項作業(yè)如下:

1) 到達站臺接車:列車越過X02信號機至到達站臺停穩(wěn)。

2) 列車到達停站:列車在到達站臺停留,在此期間完成下客、開關(guān)門及建立ATB模式等作業(yè),直至信號開放、列車動車前。

3) 信號系統(tǒng)排列進路:信號系統(tǒng)排列所需進路,進路準(zhǔn)備完畢至信號開放。

4) 列車從到達站臺運行至出清A區(qū)段:列車從到達站臺動車,至列車尾部出清道岔所在的A區(qū)段。

5) 列車從出清A/B區(qū)段運行至折返線:列車從出清道岔所在的A/B區(qū)段運行至折返線停穩(wěn)的過程。

6) 列車從到達站臺進入折返線:列車從到達站臺動車,出清道岔所在的A/B區(qū)段,列車完全進入折返線所在計軸區(qū)段。

7) 列車在折返線停留:列車在折返線內(nèi)停留,包含信號系統(tǒng)排列進路、換端等待的過程。

8) 列車換端等待:采用站后雙線交替折返時優(yōu)先完成接車作業(yè),列車在折返線停留等待。

9) 列車從折返線運行至出清B區(qū)段:列車從折返線動車,完全離開折返線所在計軸區(qū)段,至出清道岔所在的B區(qū)段。

10) 列車從出清B區(qū)段運行至發(fā)車站:列車出清道岔所在的B區(qū)段后,至列車越過S03信號機至發(fā)車站臺停穩(wěn)的過程。

11) 列車出折返線到達發(fā)車站臺:列車從折返線動車,越過S03信號機至發(fā)車站臺停穩(wěn)的過程。

12) 列車發(fā)車停站:列車在發(fā)車站臺停留,在此期間完成上客、開關(guān)門,以及完成CBTC-AM(基于通信的列車控制-自動模式)等作業(yè),直至信號開放、列車動車前。

13) 發(fā)車站臺發(fā)車:列車越過X01信號機至出清發(fā)車站臺計軸區(qū)段的過程。

2.1 站后單渡線折返

以五緣灣站站后折返Ⅱ線折返為例,對站后單渡線折返進行分析。五緣灣站站后折返Ⅱ線折返作業(yè)示意如圖2所示。

圖2 五緣灣站站后折返Ⅱ線折返作業(yè)示意圖

五緣灣站站后折返Ⅱ線折返作業(yè)時序如圖3所示。

圖3 五緣灣站站后折返Ⅱ線折返作業(yè)時序圖

2.1.1 進出折返線作業(yè)

對列車②進行分析:列車①在折返Ⅱ線上運行至出清B區(qū)段后,在上行到達站臺排列進折返Ⅱ線進路,列車②進折返Ⅱ線換端,列車①在下行站臺出站,列車②具備出折返Ⅱ線條件并在折返Ⅱ線排列至下行發(fā)車站臺進路。

t進出=tⅡB+t進Ⅱ信+t上Ⅱ+t出Ⅱ信

(1)

式中:

t進出——列車進出折返線作業(yè)時間;

tⅡB——列車從折返Ⅱ線運行至出清B區(qū)段的時間;

t進Ⅱ信——列車從上行到達站臺運行至折返Ⅱ線的信號系統(tǒng)排列進路時間;

t上Ⅱ——列車從上行到達站臺運行至折返Ⅱ線的時間;

t出Ⅱ信——列車從折返Ⅱ線運行至下行發(fā)車站臺的信號系統(tǒng)排列進路時間。

2.1.2 接車作業(yè)

對列車③進行分析:折返Ⅱ線上列車①運行至出清B區(qū)段,列車②在上行到達站臺動車后,列車③可以進站。

t接車=t接車,上+t停站

(2)

式中:

t接車——接車作業(yè)時間;

t接車,上——上行到達站臺接車時間;

t停站——站臺停站時間。

2.1.3 發(fā)車作業(yè)

列車①在下行發(fā)車站臺停站時,不考慮信號系統(tǒng)立即在折返Ⅱ線排列至下行線路的情況:列車②緊隨列車①時,若列車②停車等待,列車①出站后列車②即可動車進站;若列車②未停車時列車①動車出站,列車②減速追蹤列車①進站;可能存在列車②停車后無法立即動車,需行車調(diào)度員介入的情況。

到發(fā)方向為均勻發(fā)車,只考慮列車①動車后列車②排列至下行發(fā)車站臺進路的情況。

t發(fā)車=tⅡ下+t停站

(3)

式中:

t發(fā)車——發(fā)車作業(yè)時間;

tⅡ下——折返Ⅱ線至下行發(fā)車站臺時間。

2.1.4 總結(jié)

制約站后單渡線折返能力的最大間隔t單折=t進出=114 s。

列車最小折返時間t折返為:

t折返=t停站+t上Ⅱ+t信號+tⅡ下+t停站

(4)

式中:

t信號——信號系統(tǒng)排列進路時間。

當(dāng)終到站到達列車行車間隔小于接車間隔71 s時,列車無法進站;當(dāng)?shù)竭_列車行車間隔大于接車間隔71 s且小于進/出折返線作業(yè)間隔114 s時,車站折返能力限制列車折返作業(yè);大于進/出折返線作業(yè)間隔114 s時,車站折返能力滿足需求。

采用站后折返Ⅱ線的小時折返能力N折為:

N折=3 600/t單折

(5)

經(jīng)計算得到,站后折返Ⅱ線的小時折返能力為32列/h,最小折返間隔為114 s。同理可得,站后折返Ⅰ線的小時折返能力和最小折返間隔。

2.2 站后雙線交替折返

以五緣灣站站后折返Ⅰ、Ⅱ線為例進行站后雙線交替折返分析。五緣灣站站后雙線交替折返作業(yè)示意如圖4所示。

圖4 五緣灣站站后雙線交替折返作業(yè)示意圖

五緣灣站站后雙線交替折返作業(yè)時序如圖5所示。

圖5 五緣灣站站后雙線交替折返作業(yè)時序圖

折返Ⅰ線上的列車①運行至出清B區(qū)段后,在上行站臺排列進折返Ⅰ線進路,列車③從上行站臺進折返Ⅰ線。

折返Ⅱ線上的列車②運行至出清B區(qū)段后,在上行站臺排列進折返Ⅱ線進路,列車④從上行站臺進折返Ⅱ線。

站后雙線交替折返的限制情況為出折返Ⅱ線與進折返Ⅰ線存在敵對進路。根據(jù)優(yōu)先接車原則,進折返Ⅰ線進路優(yōu)先排列,出折返Ⅱ線列車需在折返線換端并等待進折返Ⅰ線列車出清B區(qū)段后的信號開放。ATB模式下,道岔位置正確時,折返線內(nèi)列車可實現(xiàn)立即排列進路。

2.2.1 換端等待作業(yè)

對列車②、③進行分析:列車③運行至折返Ⅰ線,待折返Ⅱ線上列車②出清B計軸區(qū)段后排列進路;列車②待列車③運行至折返Ⅰ線且列車①發(fā)車后排列進路運行至下行站臺。

折返Ⅱ線上列車②換端的等待作業(yè)時間tⅡ換等為:

tⅡ換等=t進Ⅰ信+t上Ⅰ+t出Ⅱ信

(6)

式中:

t進Ⅰ信——列車從上行到達站臺運行至折返Ⅰ線的信號系統(tǒng)排列進路時間;

t上Ⅰ——列車從上行到達站臺運行至折返Ⅰ線時間。

采用限制條件倒推:

1) 位于折返Ⅱ線的列車②出清B區(qū)段后,位于折返Ⅰ線的列車③具備出該折返線的信號系統(tǒng)排列進路條件;

2) 位于折返Ⅰ線的列車③出清B區(qū)段后,位于折返Ⅱ線的列車②具備出該折返線的信號系統(tǒng)排列進路條件;

3) 位于折返Ⅰ線的列車①出清B區(qū)段后,位于到達站臺的列車③具備進入折返線的信號系統(tǒng)排列進路條件;

4) 位于到達站臺的列車②動車后,后續(xù)列車具備進站條件。

由時序模型得到列車在折返Ⅱ線換端等待時間tⅡ換等,0=83 s。

位于折返Ⅰ線的列車③換端等待作業(yè)時間tⅠ換等為:

tⅠ換等=t進Ⅰ信+t出Ⅱ信+tⅡB

(7)

同理,由時序模型得到列車在折返Ⅰ線換端等待時間tⅠ換等,0=129 s。

2.2.2 進/出折返線作業(yè)

1) 進/出折返Ⅰ線作業(yè)。列車①在折返Ⅰ線運行至出清B區(qū)段后,在上行站臺排列進折返Ⅰ線進路;列車③在上行站臺進折返Ⅰ線,列車③在折返Ⅰ線換端并等待出折返線信號開放。

t進出Ⅰ=tⅠB+t進Ⅰ信+t上Ⅰ+tⅠ換等,0

(8)

式中:

t進出Ⅰ——列車進出折返Ⅰ線作業(yè)時間;

tⅠB——列車在折返Ⅰ線運行至出清B區(qū)段時間。

2) 進/出折返Ⅱ線作業(yè)。折返Ⅱ線上列車②運行至出清B區(qū)段后,在上行站臺排列進折返Ⅱ線進路,列車④從上行站臺進折返Ⅱ線,列車④在折返Ⅱ線上換端并等待出折返線信號開放。

t進出Ⅱ=tⅡB+t進Ⅱ信+t上Ⅱ+tⅡ換等,0

(9)

式中:

t進出Ⅱ——列車進出折返Ⅱ線作業(yè)時間。

3) 折返Ⅰ/Ⅱ線發(fā)車作業(yè)間隔tⅠ-Ⅱ為:

tⅠ-Ⅱ=t上Ⅰ+t上Ⅱ+t進Ⅱ信

(10)

由時序模型得到折返Ⅰ線發(fā)車至折返Ⅱ線發(fā)車的作業(yè)間隔tⅠ-Ⅱ,0=109 s。

4) 折返Ⅱ/Ⅰ線發(fā)車作業(yè)間隔tⅡ-Ⅰ為:

tⅡ-Ⅰ=t上Ⅱ+t上Ⅰ+t進Ⅰ信

(11)

由時序模型得到折返Ⅱ線發(fā)車至折返Ⅰ線發(fā)車的作業(yè)間隔tⅡ-Ⅰ,0=112 s。

2.2.3 接車作業(yè)

對列車④進行分析:列車①在折返Ⅰ線上運行至出清B區(qū)段上行站臺,列車③動車后,列車④可以進站。

2.2.4 發(fā)車作業(yè)

1) 列車①在下行發(fā)車站臺發(fā)車后,列車②在折返Ⅱ線運行至下行發(fā)車站臺發(fā)車。由時序模型得到折返Ⅰ線折返列車發(fā)車至折返Ⅱ線折返列車發(fā)車的作業(yè)間隔tⅠ-Ⅱ發(fā)=109 s。

2) 列車②在下行發(fā)車站臺發(fā)車后,列車③在折返Ⅰ線運行至下行發(fā)車站臺發(fā)車。由時序模型得到折返Ⅱ線折返列車發(fā)車至折返Ⅰ線折返列車發(fā)車的作業(yè)間隔tⅡ-Ⅰ發(fā)=112 s。

2.2.5 總結(jié)

制約站后雙線交替折返能力的作業(yè)為最大間隔作業(yè)。在到達、發(fā)車方向行車間隔相同時,即雙線交替折返作業(yè)間隔t雙折=t發(fā)車=tⅡ-Ⅰ發(fā)=112 s,t折返=352 s。

當(dāng)終到站到達列車行車間隔小于接車間隔71 s時,列車無法進站;當(dāng)?shù)竭_列車行車間隔大于接車間隔71 s且小于發(fā)車作業(yè)間隔112 s時,車站折返能力限制列車折返作業(yè);當(dāng)?shù)竭_列車行車間隔大于發(fā)車作業(yè)間隔112 s時,車站折返能力滿足需求。經(jīng)計算得到采用站后雙線交替折返的小時折返能力為32列/h,最小折返間隔為112 s。

3 信號排列進路時機對五緣灣站站后折返能力的影響

實際上,折返作業(yè)還受到信號排列進路時機的影響。以2號線為例,列車從鐘宅站至五緣灣站上行區(qū)間的運行時間為87 s,列車從鐘宅站上行出站至觸發(fā)進五緣灣折返線進路的時間為14 s,列車完全出清C區(qū)段時間為25 s。

根據(jù)優(yōu)先接車原則,在采用站后雙線交替折返時存在列車運行至C區(qū)段排列進折返Ⅰ線進路,影響五緣灣站折返Ⅱ線至五緣灣站下行發(fā)車站臺進路排列的情況。實際作業(yè)中,列車在折返線內(nèi)可通過提前排列出折返線進路消除部分影響。

1) 不影響前車工況:前車進入折返線出清A區(qū)段時,后車出清C區(qū)段。

t不影響,1=t運行-t出清+t停站+t上Ⅱ

(12)

式中:

t不影響,1——不影響前車的間隔;

t運行——列車在鐘宅站至五緣灣站上行區(qū)間的運行時間;

t出清——列車出清C區(qū)段時間。

2) 影響前車工況:前車進入折返線出清A區(qū)段時,后車從鐘宅站上行出站進入C區(qū)段。

t影響=t運行+t停站+t上Ⅱ

(13)

式中:

t影響——影響前車的間隔。

3) 不影響前車工況2:前車進入折返線出清A區(qū)段時,后車位于鐘宅站且并未出站。

經(jīng)計算得到,終到站到達列車間隔為158～213 s時,采用站后單渡線折返;終到站到達列車間隔為114～158 s或大于213 s時,可以采用兩種折返方式折返。

4 結(jié)語

在城市軌道交通車站配線等基礎(chǔ)設(shè)施無法變動的情況下,ATB模式可較大節(jié)省司機換端作業(yè)時間。為進一步提升站后折返能力,還可采用縮短終到站停站時間、調(diào)整排列進折返線進路的計軸區(qū)段位置等方式縮短折返作業(yè)的最大作業(yè)間隔。

本文選取到發(fā)列車行車間隔均衡的理想情況分析,采用時序模型得到ATB模式下站后單線折返的最小折返間隔為114 s,站后雙線折返的最小折返間隔為112 s。受到信號排列進路時機的影響,到達列車行車間隔為158～213 s時,采用站后單渡線折返。到達列車行車間隔為114～158 s或大于213 s時,可以采用兩種折返方式折返。然而在列車實際運行過程中,存在到發(fā)列車的行車間隔不均衡、進折返線的信號系統(tǒng)排列進路時機不同等情況,故不同站后折返情況下的最小折返間隔和折返能力還需細(xì)化分析,以選擇最合適的站后折返方式。