上海軌道交通5號線莘莊站站后折返能力改進分析

劉 建

(中鐵上海設計院集團有限公司，200070，上海//工程師)

上海軌道交通5號線既有線信號系統按當時遠期行車(4 節編組)間隔163 s 設計。新一輪上海城市軌道交通規劃要求既有5號線及5號線南延伸建成后，初、近期行車間隔約為150 s，遠期為120 s。因此，既有5號線信號系統已不能滿足未來5號線南延伸接入后貫通運營的需求，需對既有5號線信號系統同步進行CBTC(基于通信的列車控制)改造。莘莊站作為大小交路的折返點，其折返能力對實現運營交路至關重要。本文就如何提高莘莊站折返能力進行分析與探討。

1 工程條件

1.1 運營組織

根據5號線南延伸工程初步的行車組織要求，5號線全線遠期開行對數為30 對/h，如圖1所示。因此，莘莊站作為大小交路的折返點，折返能力需達到30 對 /h 及以上。

圖1 5號線初、近、遠期行車交路圖

1.2 站臺擴建

既有5號線莘莊站有效站臺長度為80 m。根據5號線南延伸初步站臺擴建方案，5號線莘莊站將按照遠期接發6 節編組列車要求進行站臺“4 改6”擴建，下行站臺向西擴建40 m，上行站臺向東擴建14 m、向西擴建26 m，如圖2所示。

1.3 仿真參數

仿真分析和實際折返能力計算表明，由于4 節編組列車走行距離較短，其折返能力一般優于6 節編組列車折返能力。因此，本文主要針對6節編組列車折返能力進行分析。6 節編組列車仿真參數如下:

圖2 莘莊站初步站臺擴建方案

·線路最高運行速度:80 km/h;

·站臺限速:60 km/h;

·既有直線尖軌道岔側向限速:30 km/h;

·更換曲線尖軌道岔側向限速:35 km/h;

·列車折返安全防護距離:50 m;

·列車平均加速度:列車速度從0～30 km/h 時為 0.97 m/s2，從 0～80 km/h 時為 0.60 m/s2;

·最小保證緊急制動率:隧道段水平軌道為0.89 m/s2，地上段水平軌道為 0.72 m/s2;

·仿真沖量:0.75 m/s3;

·常用制動率:1 m/s2;

·常用制動延時:2 s;

·牽引切除時間:0.2 s;

·自0 至90%的EB(緊急制動)等效建立時間:1.6 s;

·既有直線尖軌道岔轉動時間:11 s;

·更換曲線尖軌道岔轉動時間:9 s;

·列車自動換端時間:20 s;

·列車模式轉換時間:10 s。

2 既有線路折返能力分析

既有5號線莘莊站站后設置交叉渡線，列車折返可采用直進側出、側進直出和交替折返3 種方式。一般來講，側進直出折返方式比其他兩種的折返能力高，且在實際運營過程中較為常用。因此，本文對莘莊站6 節編組列車采用側進直出折返方式的折返能力進行仿真分析。

為了盡量減少對既有線路和運營的影響，本方案從增加下行站臺站后長度角度出發，縮短站臺與既有道岔岔尖的間距，提高既有線路的折返能力。如圖3所示。

根據站場布置，利用初步的仿真參數，對莘莊站折返能力進行了仿真計算，如表1所示。

圖3 利用既有線路延長折返方案

表1 莘莊站折返能力計算1

通過仿真計算，莘莊站初步的追蹤折返間隔為135.5 s，不能滿足初期 133 s 的需求。

3 影響折返能力的關鍵因素

從折返能力分析可以看出，影響莘莊站折返能力提升的關鍵因素主要包括:

(1)進站安全防護距離。根據信號系統技術要求，列車進站一般需要50 m 的安全防護距離。對于6 節編組列車，進站需要鎖閉折返道岔，后車需要等待前車出清岔區，且道岔轉至定位鎖閉后才能進站，兩車的折返間隔受到道岔影響。若能夠通過移動站臺或道岔，使得列車進站不鎖閉道岔，則折返能力可得到提升。

(2)道岔側向限速。既有5號線莘莊站站后交叉渡線道岔的側向限速為30 km/h，列車在ATP(列車自動防護)下的實際過岔速度只有22 km/h，導致列車走行時間較長，影響了折返能力的提升。若能改為側向限速35 km/h 的道岔，列車實際過岔速度可達到27 km/h，從而縮短列車走行時間，提高折返能力。

(3)站后折返軌曲線限速。既有莘莊站站后折返軌存在一段半徑300 m 的曲線，曲線限速為30 km/h，列車進入限速區域后運行速度為22 km/h，影響了折返時間。若該曲線拉直或限速為35 km/h，列車進入限速區域后至少可根據道岔側向限速按27 km/h的速度行駛，列車折返能力將得到提升。

試驗地設在南昌市南昌工程學院生物技術實驗基地。南昌工程學院位于南昌市東部，緊鄰艾溪湖濕地公園和瑤湖森林公園。南昌市地處江西中部偏北，贛江、撫河下游，瀕臨鄱陽湖西南岸，位于東經115°27′～116°35′、北緯28°09′～29°11′，屬亞熱帶濕潤季風型氣候，氣候濕潤溫和，日照充足，降雨量充沛，夏季多偏南風，冬季多偏北風，年無霜期長、冰凍期短。

(4)停站時間。5號線南延伸后，莘莊站停站時間按照設計要求為40 s，也是影響折返能力的因素，適當縮短停站時間，將會提升列車折返能力。

4 折返能力改進分析

由仿真分析和實際折返能力計算可知，對于進站列車需鎖閉站后折返道岔的情況，當停站時間大于35 s 時，折返能力達到120 s 比較困難。適當縮短停站時間雖可有效縮短折返間隔，提高折返能力，但會對運營能力造成較大影響，故本文主要從改進其余3 個關鍵因素出發進行仿真分析。

4.1 道岔不動，減少站臺與道岔間距，折返軌拉直延伸

為盡量減少對既有線運營的影響，本方案利用既有道岔，將下行站臺與既有道岔岔尖的間距縮短，以增加下行站臺站后側的長度，減少列車折返走行距離;同時將站后折返線拉直延長，提高折返軌限速，達到盡量提高折返線折返能力的目的，如圖4所示。

圖4 利用既有道岔折返方案

根據修改后的站場布置，利用初步的仿真參數，對莘莊站折返能力進行了重新計算分析，如表2所示。

根據仿真計算結果，初步折返能力約為28 對/h，滿足初期運營需求;同時，此方案中停站時間對折返能力影響較大，近、遠期可通過縮小停站時間適當提高折返能力。

表2 莘莊站折返能力計算2

4.2 更換道岔，增加站臺與道岔間距，提高過岔速度，折返軌拉直延伸

為增加進站安全防護距離，將既有交叉渡線往站后移動，使得站臺與道岔岔尖距離滿足安全防護距離不小于50 m 的要求;同時，將既有直線尖軌道岔更換為曲線尖軌道岔，使得折返道岔側向限速達到35 km/h;再者，為了提高站后折返軌曲線限速，將站后折返線拉直延長。如圖5所示。

圖5 更換道岔折返方案

根據修改后的站場布置，利用初步的車輛參數，對莘莊站折返能力進行了重新計算分析，如表3所示。

本方案設計需更換交叉渡線，工作量較大;同時站后折返線長度要求較長，對土建用地提出了更高的要求。但是，更換并移動道岔后，道岔岔尖與站臺邊距離滿足了列車進站的安全防護距離，使得列車進站時道岔防護在直向或側向都不會影響已進入折返線的折返列車，且提高了道岔側向限速和折返線限速，從而大大提高了折返能力。根據上述仿真計算，停站時間對折返間隔不造成影響。

表3 莘莊站折返能力計算3

5 建議

本文分析了上海軌道交通5號線莘莊站改造過程中影響折返能力的關鍵因素，對幾種典型的改進方案進行仿真計算。結果表明;

(1)如果終端站土建條件比較寬松，且對列車折返能力要求較高，建議將站后交叉渡線移出CBTC 列車進站防護區，使得列車進站不用鎖閉道岔;同時，提高折返軌和折返道岔側向限速，以縮短走行時間。此方案既能保證停站時間，又能使終端站的折返能力達到最大。

(2)如果終端站土建條件比較困難，且對列車折返能力要求相對寬松，建議盡量縮短站臺與折返道岔的間距，減少列車走行距離;同時，提高折返軌側向限速，以縮短走行時間，并且縮短列車停站時分。此方案可利用最有限的資源達到最大的折返能力。

莘莊站作為1、5、17號線的3 線換乘車站，在上海軌道交通網絡中起著至關重要的作用。對于5號線而言，受寶成路下穿立交影響，莘莊站站后折返線可延伸長度有限，不能滿足6 節編組列車的臨時過渡折返。考慮到初期折返線改造對CBTC 改造和開通的影響較大，同時為盡量減少初期停運改造對運營的影響，建議初期采用不移動道岔方案，在近期選擇合適的時機提前對交叉渡線進行相關的改造工作。

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