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摘要 :以列車運行的安全性、準時性、捷達性和經濟性為出發點,指出車站配線的基本目的是為列車調度運行服務提高列車調度機動性,靈活解決實際運行中的多種狀態和功能需求。根據實際運營的需求和不同的功能要求,車站配線可以分為折返線、待避線、停放線、渡線、聯絡線、支線接入線、車輛出入線和安全線等 8 類。車站配線的設置必須從線網布局、車站分布、客流斷面分布特征等全局考慮,并對客流預測、運行交路、發車密度、停站時分、列車滿載率等基礎要素進行分析。通過分析典型圖例,研究了配線的分類、站點與配線的分布、配線的形式之間的相互關系,總結了配線的規則以及配線設置中需要注意的問題。
關鍵詞 :城市軌道交通、車站配線、站線設計
Abstract: taking the train operation safety, on time sex, sex and economy for a starting point jetta, and points out that the station the fundamental purpose of the wiring for train dispatching operation service to improve train dispatching and mobility, flexible solution actual operation of many of the status and the function demand. According to the actual operation needs and the different requirements of function, the station layout can be divided into SheFanXian, to avoid line, parking line, crossing the line, move, regional access line, car out line and safety of 8. The station set from the wiring must line network layout, the station distribution, the passenger flow section distribution of overall consideration, and for the prediction, running into road, start density, stop time, train ManZaiLv and other basic elements for analysis. Through the analysis of typical illustrations, the classification of wiring, stations and wiring distribution, wiring, the relationship between the form, and summarizes the wiring and wiring set rules the problems to be pay attention to.
Keywords: urban rail traffic, station wiring, standing line design
中圖分類號:U213.2 文獻標識碼:A 文章編號:
城市軌道交通運營管理的核心問題是列車運行 的安全性、準時性、捷達性和經濟性。因此,如何保證軌道交通發揮大運量的功能,尤其是保證軌道交通正常安全運行,已成為城市生活中舉足輕重的大事。軌道交通一旦出現故障,需盡快排除,否則將對城市公交整體運營系統產生巨大壓力和沖擊,造成交通混亂狀況,且往往成為媒體報道的熱點,影響甚大。為提高運行質量,保證列車運行暢通安全,城市軌道交通的車站配線已成為運營組織中重要的研究課題。筆者就此與業內同仁共同探討。
1 車站配線的目的
車站配線的基本目的是為列車調度運行服務, 提高列車調度機動性,靈活解決實際運行中的多種狀態和功能需求,主要反映在以下方面。
(1)適應正常行車交路,加快車輛周轉,提高運行效益。每一條線路的客流斷面總是兩端小、中間大,而且在不同時段、不同路段總是不均勻的;當列車全程運行時,必然反映出列車滿載率的不均勻性 和不經濟性。運營考核中有“人·公里”和“車·公里” 兩項指標。前者是講票價,計效益;后者是講運營和 維修成本。乘客量和乘距 ( 人·公里) 是追求乘客吸引力,以提高效益為目標;車輛的維修是按“車 ·公 里”計,要降低成本必須減少車公里數。為此需組織大、小交路運行。即組織部分列車在某區域按小交 路折返運行,在折返交路站需設折返線。這樣有利加快車輛周轉,減少運用車輛,降低運營成本,提高運行效益。
(2)適應故障狀態下運行,增加列車運行靈活性。列車在運行中難免會遇到各類故障。一種是車輛本身的故障,另一種是地面設備故障,如信號軌道(道岔)和各類電氣設備等的故障。還會遇到局部故障,如地下線局部受淹、高架線遇惡劣天氣 ( 暴風雨雪) 影響等,使局部地段停運,列車不能正常運行。按照運營規則,列車本身發生故障,凡不能正常運行的列車必須及時下線;局部地段的信號、軌道發生故障,供電接觸網局部故障,局部地下線水淹或高架線遇到惡劣天氣等,列車須繞行或局部折返運行。組織特殊運行, 維護列車臨時運行, 則必須設各種配線,以增加列車運行調度的靈活性,最大限度地減小對正常運行的影響。
(3)及時處理故障車輛下線,恢復正常運行秩序。列車在運行中難免會發生故障,造成不能正常運行。尤其是在高峰運行時段,為避免故障列車對正線運行的影響,故障列車應就近送入待避線,待非高峰時間再將列車送回車輛段檢查和修理。為此,沿線相距一定距離應有故障列車待避線。待避線多用在高峰時段,但使用概率較低。
(4)備用列車停放,適應夜間停車,或迎峰加車運行。備用列車停放有兩類: 一是為次日早發車的列車夜間停放。由于線路起迄點車站離開車輛段或停車場較遠,為減少早晨車輛遠距離空運消耗,宜在終點站增加配線——列車停放線,為次日早發車服務。這種配線主要用在停運后的夜間時段,可與折返線兼用。二是備用加開列車的停放。有的車站處于大型客流集散點,有經常性的突發客流,如需要備用加車,或按計劃為迎接高峰客流時段加車,也可設置備用列車停放線。此類配線多用在非高峰時段,但使用概率較低。
(5)組織全線多站點早發車, 提高服務水平。目前列車早發車運行總是由兩端車站始發,中間各站的第一次列車到達時間是隨線路長度而延遲,線路越長、延遲時間越多,造成對中心區車站和乘客的服務時間較晚,有效的服務時間較短。增加配線 (渡線),可靈活組織多車站同時發車,提高服務水平。
(6)維修車輛的夜間運行和折返。列車停運后,夜間維修作業開始,各種維修車輛相繼進入,作業完成后,陸續退出。這些車輛必然有進有退,需要折返和轉線的功能。
(7)各線間車輛調度。根據地鐵運營規則,每一條線均應獨立運行。但每一條線的車輛不是“老死不相往來”,如果兩條線的車輛和信號制式一致,可以相互調動,或作過渡運營,這就需要聯絡線如果兩線車型和信號不一,可以對車輛的大修、架修共建一廠,實現資源共享,需要一條線的車輛運行到另一條線去,最終到達大修廠,這也需要聯絡線。
2 車站配線功能分類
根據實際運營的需求和不同的功能要求,在城市軌道交通運行系統中,車站配線可按不同功能分 為以下 8 類。
1) 折返線 —— 供列車折返用的配線。根據折返形式,可以采用站前折返和站后折返兩種模式。
(2) 待避線 —— 供運營時段內故障列車暫時停留的配線,一般在車站一端單獨設置,也可兼有停放線的功能。
(3) 停 放 線 ——為 次 日 早 發 車 的 列 車 夜 間 停放,或為具有突發客流的車站備用列車停放和兼作臨時折返的配線。
(4) 渡線 —— 為列車和其他車輛( 包括有動力 的故障車)臨時折返、靈活運行而設置的配線,也可 組織多站點早發車服務,一般在車站一端單獨設置。
(5) 聯絡線 ——為兩條線路之間連通的配線。由于設定功能不一,聯絡線是否當作正線運行,其配 線方式和標準也不一樣。
(6) 支線接入線 ——為支線接人正線的配線。
(7) 車輛出入線 ——為車輛進出正線與車輛段 之間的聯系的配線。
(8) 安全線 ——為防止列車冒進的防護線路, 是在盡端線的末端,或其他線路列車進入正線區間線路前需要設置的安全防護線。安全線也是車站配線中的附屬配線。
3 車站配線的原則與要素
3 . 1 原則
車站配線必須從全線網布局、線路全程的車站分布和客流斷面分布特征等全局考慮,以實現運營功能、運營質量、運營經濟等為目標,為適應列車各種運行模式而設置。
3 . 2 基礎要素
(1)客流預測 : 是設計運載能力的依據。根據全線平、高峰時段客流斷面和分布狀況,確定運行組織和運行交路。
(2)運行交路 :一是根據全線平、高峰時段客流斷面,確定正常行車交路的折返點;二是根據突發性大型客流點的疏散要求,選擇組織臨時交路的折返點。根據以上運行交路確定折返點。
(3)發車密度 : 是評價運營服務水平的重要標志,折返站的清客時間是其重要的控制要素。清客時間受列車發車密度限制,也受列車編組長度和折返速度制約。其中發車密度往往是控制性因素。
(4)停站時分 : 此項指標除與高峰時段折返站的乘降客流、發車密度等控制因素有關之外,還與車輛載客量、車門數量、開關門時間等有關。所以計算停站時分成為折返站配線形式的重要選擇依據。
(5)列車滿載率 : 是對運行交路經濟性的評價依據。根據全日分時段客流比例,安排全日運行計劃,計算高峰時段和全日平均列車滿載率。對于線路兩端區段的運營經濟性尤需注意。為了直觀評述,可以按各區間的客流斷面,對每次列車的載客量按坐席 100 %時站員的擁擠密度( 人/ m2 )作評價。此項指標也是對舒適度的評價。
4 配線的分類
基本配線大致分為三類,功能要求不一。
第一類,取決于本線在線網規劃中的地位以及與其他線路的關系。這些站點不取決于行車組織要求,而是由路網規劃要求而定。例如 :車輛出入線的接軌站點,取決于車輛基地的位置、再選定出入線的接軌點和接軌形式 ;相鄰正線的聯絡線的接軌站點,取決于線網規劃對聯絡線的功能定位;支線引入的 接軌站點,在線網規劃時確定。根據上述接軌線路性質,比較容易確定接軌點的車站位置和配線要求。
第二類,為滿足運能需求,取決于列車運行組織。根據列車正常運行交路和大型突發客流時段的運行交路,選定折返點、站位及夜間列車停放線。
第三類,根據運營時間內故障情況下的運行模式,設置故障車待避線和渡線,為故障列車運行提供條件;此外,滿足夜間停運后其他維修工程車輛的運行和折返要求。以上三類配線應根據功能需求確定合理形式。 當然,一個車站的配線往往需具有多種功能,因此車站配線應體現功能的必須性和運行的靈活性。
5 車站配線的分布與規則
(1) 車站配線應按全線統籌布局,除滿足正常運營要求外,還應考慮發生故障情況下的列車運行要求。在線路的起、終點站和中間折返站,應按運行交路需要設置折返線和渡線 ;在全線每隔 5~6個車站 (約 8km) 應設故障列車待避線; 每 2~3 個車站(約 4 km) 增設單渡線。 當列車在運行中出現故障時,上述布局能及時引導故障列車離開正線,進入待避線,保障正線其他列車正常暢通運行,盡最大可能減少對正常運行的干擾。設置待避線,必將造成車站土建工程規模加大,增加投資,因此應適度控制其密度和數量。
從列車發生的故障情況看,車門故障率最高 (約 占 30 %以上) ,其次是車載信號故障及車輛其他部分故障。上述故障雖然不影響列車動力,但不同程度上會影響上下客和停站時分,影響運行速度和高峰時段的客運能力。此外,故障率將隨車輛和設備質量的提高而減少。因此故障列車待避線的使用概率不會很高,但不能沒有。從總體上看,可適當加大待避線布設距離,采用待避線和渡線相間布設,使每隔 2~3 站的距離有配線。這樣布局的密度比較適 當,使運行的靈活性和工程規模的經濟性得到平衡和兼顧。同時預計長大站間距出現的特殊性,為避免故障列車走行距離過長,可采用相當的站間距作為補充性控制。
待避 線 的 間 隔 距 離 宜 按 故 障 列 車 以 平 均 25 km/ h 的運行速度計、走行時間不大于 20 min 為控 制目標,故限制設有故障車待避線的車站間距約 8 km。預計一列故障車處理下線總時間可控制在 30 min 以內。在這段時間內,對其他列車的運行狀態需作動態調整,速度減緩,盡量減少停運時間,使故障影響降低到最小程度。
(2) 故障列車待避線應與正線貫通。待避線設在折返站時,應與折返線分開設置,或延伸長度,互不兼用。
在高峰運行時段,為提高車輛周轉率,根據全線客流斷面,應組織大小交路的折返列車運行,因此折返線的功能必須保證;同時又難以避免車輛出現故障的可能性,所以故障列車待避線使用時不宜與折返線共用,應予以分開設置。
故障列車進入待避線的運行方式有兩種可能 :
一是列車有動力,按“進站清客 ——列車停放” 的流程,過高峰時間再回車輛段,因此待避線尾端宜 向車輛段方向設置單渡線與正線貫通 ( 如圖 1 ( b)、 圖 2 ( b) 為宜,圖 2 (a) 也可)。
二是列車無動力,在區間停車,需由后方正常運營列車清客后擔當“救援車”,將故障列車推進到待避線。進待避線有兩種情況 : ① 故障車載客情況下,必須先到下一車站停靠,清客后,被牽引至待避線停放,隨后“救援車”可以從折返線末端渡線退出,進入正線 (如圖 1 ( b) ) ;②故障車無載客情況下,“救援車”將故障車直接從待避線尾端推送至待避線 (如圖 1 (a) ,圖 2 ( b) ) ,隨后退回正線。
圖 1 車站配線的四種方法
( 注 :1. 圖中雙箭頭表示向車輛段方向,單箭頭為行車方向。
2 . 圖中帶渡線的為待避線,另一條線為折返線。)
從上述四種配線布置型式分析,圖 1 ( d) 最為理想,圖 1 (a) 和 1 ( b) 各有利弊。
圖 1 (a) 的運營模式,故障車可以被“救援車”直接從渡線推進待避線,較快退出正線;但回車輛段的路徑需經過車站站臺折返,需安排較長的運行間隔的空閑時段,作業時間長,方向不順,所以故障車不能及時回段,停放時間較長,耽誤修車時間。圖 1 ( b) 的運營模式,故障車必須到站后才能進待避線,退出正線時間稍長一些。但從運營概念上看,列車是從車站進入待避線的,得到車站值班員的認可,責任明確。有動力的故障車可隨時回車輛段;無動力的列車可以由“救援車”從渡線一頭拉回車輛段,作業方便,方向較順。
從列車的故障概率分析,列車失去動力的故障率相對較低,故從總體上分析,取圖 1 ( b) 的配線和運營模式比較合理。
(3) 當兩條 ( 載客) 線路交匯共軌運行時,其交匯點應設在車站,并在進站方向設計同站臺兩側的平行進路,在出站接軌點前保持不小于 40 m 的安全距離,否則須設安全線。
平行進路是安全運行的基本原則。平行進路使 兩線列車進站時各行其道,互不干擾,進站停車后再匯合,并按發車時序排列統一指揮出站,進入共軌運行,既保證運行安全,又能提高運行效率。設置平行進路可以避免載客列車發生站外停車現象 ( 尤其是在隧道內),可避免乘客恐慌情緒,給予良好的安全感。一般情況下采用一島一側站臺的三線式布置,或雙島四線的基本圖形。如圖 2 所示。(4) 車輛出入線 (非載客運行線) 與正線的接軌點宜靠近站端,與正線行車方向順接,并具備站外一度停車 (含安全距離 40 m) 再啟動的條件;否則,在 接入正線前應設置安全線。
圖 2 平行進路的布置形式
從車輛段出發的列車均為空載列車,在站外正 線接軌,就是允許站外停車,同時也考慮到車輛段與正線的信號控制需要,因此在正線外應具備一度停車再啟動的條件。如果接軌站是地面站,且出入線長度不足,可以采用如圖 2 ( a ) 的正線平行進路設 計,在站內停車轉換信號。無論停車位在站內或站外,列車頭部停車位至停車信號點仍需保證有 40m 的安全距離;否則應設置安全線,使列車頭部停車位至安全線車擋的安全距離達40m。
(5) 采用站后折返的列車必須清客后離站進入折返線,同時須計算清客停站時間、折返時間,控制正線的通過能力,保證后續列車正常進站。否則應采用站前折返,并在站內設專用折返線,使列車停靠站臺并具有上下車功能由于站后折返線設在站臺端部以外,離開了車站人員可視范圍,為了保證列車和乘客的安全,所以要求列車進入折返線之前必須清客。同時應注意清 客時間對停站時分的影響,與列車發車間隔關系密切。例如:在俄羅斯地鐵,發車密度達 40 對/ h,停站時分嚴格限制在 20s內。因此,在列車折返站,必須計算清客與停站時分,這樣才能保證在下一列車進站之前,折返列車已離站進入折返線,保證后續列車正常進站。
當清客時間長而延長停站時分,延誤下一列車 進站,這是不安全因素。在這種情況下,必須采取措 施 :一是調整發車間隔,這樣做可能需要加大發車間隔,加長列車編組,造成全線車站站臺加長,車站規 模加大,否則不能滿足運輸能力;二是采用站前折返 如圖 3 的三線式車站),折返線設在兩正線之間,折返列車不占用正線線路和站臺,并可避免折返走行時間。由于折返列車位于站內站臺范圍,處在車站人員可視范圍,不需要清客工作,實際上增加了停站時間,雖然車站規模加大,但僅影響本車站規模。
圖 3 三線式車站的 2 種折返方式
6 尚需注意問題
(1)折返線和車輛出入線的配線形式,必須符合功能定位和通過能力驗算;尤其是中間折返站的配線,必須進行清客時間和總停站時間計算,滿足發車間隔時間要求。
(2)兩條正線平行交匯,宜設計為兩線同站臺平行換乘的配線,必須明確換乘主流方向是同方向換乘或反方向換乘,并設置單渡線作為兩線間的聯絡線。
(3) 兩線終點站應避免平行對接于同一車站。當兩條線路盡端的折返列車密度較低時,可采用單線折返、同站臺平行換乘形式 ( 如圖 4)。圖中兩端設單渡線是作為兩條線路間的聯絡線,也提供了貫通運行的可能性。
圖 4 兩線對接終點站、單線站前折返、同站臺平行換乘形式
(4)在配線設計中,往往考慮多功能合并設置,但應注意同一時間內不同功能的配線不能兼用,不同時間不同功能的配線可以兼用。例如:折返線、待避線可以作夜間車輛停放線或維修車折返線,但折返線與待避線、夜間車輛停放線與維修車折返線不能兼用。
(5)配線的布置必須注意正常行車方向,中間站的配線應避免與正線造成交叉敵對進路,盡量采用順接或平行進路。在終點站可采用站前交叉折返,但需安全技術保障,并滿足通過能力。
(6)安全線的設置應注意: ① 對于車站折返線、待避線、停車線、站內支線 (到發線) 等,凡是車輛 由靜止狀態啟動向正線進入方向,可不必設安全線;而由正線向折返線行駛方向的盡端線,其配線末端應設安全線 ( 40 m + 車擋)。 ② 故障列車待避線末 端應設安全線,并允許在安全線范圍內設置單渡線道岔與正線連接貫通。③ 凡屬載客運行的其他線路在車站接軌,必須設置平行進路,并在出站前方有40m 安全距離后與正線接軌交匯,否則應設安全線。 ④ 凡是采用站前折返,站后無配線的終點站,站內正線末端應設安全線 ( 40 m + 車擋)。 ⑤ 對于非載客運行的車輛出入線、聯絡線,在進入正線前應具備停車后再啟動的條件、有 40 m 安全距離時可不設安全線;若安全距離不足,或屬長大下坡道進入正線,應設安全線。
目前諸多城市在軌道交通設計和運營中,對車站配線均有研究和探討。本人結合目前廣州地鐵車站線路配線的設計和優缺點研究,聯系國內其他地鐵車站配線實例的探討,頗有一些感想,雖不成熟,但愿拋磚引玉,共同探討,共勉之。
參考文獻
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級別:北大核心,JST,CSCD,CSSCI,WJCI
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