現代有軌電車折返線布置形式及長度研究

王惠鳳

(上海市城市建設設計研究總院(集團)有限公司,200125,上海//工程師)

現代有軌電車折返線布置形式及長度研究

王惠鳳

(上海市城市建設設計研究總院(集團)有限公司,200125,上海//工程師)

現代有軌電車線路主要以地面敷設為主,與大運量快速軌道交通相比有很大的區別。應按照施工現場的地形情況,綜合考慮遠期線網發展、運營靈活性、經濟技術、客運業務、折返能力、施工難度等因素,合理設計折返線方案。根據現代有軌電車的特點,分析了有軌電車起終點站折返線的型式,探討了有軌電車折返線的設置原則,提出了折返線長度和安全距離計算方法,并以某工程中的參數進行了案例分析。

現代有軌電車; 折返線; 折返線長度

Author′s address Shanghai Urban Construction Design Institute (Group) Co.,Ltd.,200125,Shanghai,China

現代有軌電車屬于中運量的公共交通系統,其在多層次公共交通體系中發揮著重要作用。現代有軌電車被定義為:采用低地板模塊化的軌道車輛,通過軌道承重和導向,主要敷設在地面,依靠司機瞭望行駛,按公交化模式組織運營的城市公共客運系統。

正是由于現代有軌電車的敷設方式以地面為主,所以在有軌電車線路設計時,如何在滿足系統功能的前提下盡可能合理地占用本就緊張的道路資源顯得尤為重要。本文以起終點站的折返線為切入點,分析有軌電車起終點站折返線不同型式及其優缺點,同時探討合理的折返線設置長度,以達到節約占用道路資源的目的。

大運量快速軌道交通系統(以下簡為“軌道交通”),單向最大運送能力為15 000人次/h以上。現代有軌電車為下一層級的公共交通系統,即中運量公共交通系統,單向最大運送能力為5 000～ 15 000人次/h。

1 軌道交通折返線主要型式

折返線屬于車站配線。列車經折返線可改變運行方向。軌道交通線路的折返線按其布置型式可分為盡頭式及貫通式,按折返作業方式可分為站前折返、站后折返、站前站后混合折返。

(1) 盡端式折返:折返列車進出只能從渡線的一端進行,如圖1所示。

圖1 盡端式折返線示意

優點:分離列車折返作業和車站客運業務,降低列車控制難度,安全性更高。對于雙折返線車站,如果列車發生故障,可利用折返線實現列車停放,不影響其他列車運行。

缺點:車站工程難度高、工作量大;選擇站后折返方式會延長折返作業時間,只能完成列車某一端的折返作業。

(2) 貫通式折返:折返列車可經兩端的渡線進出,如圖2所示。

圖2 貫通式折返線示意

優點:列車作業組織靈活,集列車到發和折返調頭為一體,折返間隔短;能實現雙向列車的折返作業,折返作業方式選擇余地大;結構簡單。

缺點:車站規模較大,站臺利用效率低,旅客上下車易發生混亂;折返作業對正線行車有干擾,遠端道岔距車站過遠。

(3) 站前折返:在列車前進方向的到達端咽喉進行折返作業,如圖3所示。

圖3 站前折返示意圖

優點:列車折返的過程中空走路程少,減少折返時間;不影響乘客上下車,停站時間和費用降低。

缺點:有進路交叉的問題,降低了行車的安全性;如果客流量較大易導致混亂,引起乘客上下車沖突。

(4) 站后折返:在列車前進方向的出發端咽喉進行折返作業,如圖4所示。將距離出發正線最近的折返線作為列車折返路徑,另一條備用。

圖4 站后折返示意圖

優點:安全性能好,站后列車進出站速度較高,有利于提高旅行速度。站后渡線使短交路更為便捷。

缺點:列車折返時間較長。環形線折返提高了線路的通行力,然而施工難度高、工作量大,鋼軌的磨耗量大。站后盡端折返線使用較為普遍。

2 有軌電車折返線設置原則

由于有軌電車敷設方式以地面為主,占用道路資源,故其必然受到道路現狀或規劃條件的制約。可從以下幾個角度考慮折返線布置方案。

(1) 折返作業量。根據早、晚高峰時段的折返作業量合理設置折返線數量。如果折返間隔比高峰時段需要的發車間隔長,就需要布置不少于1條折返線,在平峰期預先儲備充足的列車,以保證密集發車。

(2) 站臺布置形式。采用島式站臺時,站前折返能力比站后折返能力強;對于側式站臺,站后折返能力比站前折返能力強。因此,一般島式站臺與站前折返組合,側式站臺與站后折返組合。

(3) 線路建筑結構。有軌電車車站一般采用地面型式,折返線形式選擇自由度比較大。應綜合考慮環境、投資、效益、功能、安全等因素的影響,在實現功能的基礎上降低折返模式的復雜度,減少工程費用。

(4) 道路環境。有軌電車一般沿地面敷設,與城市道路共享資源,車站折返型式既要滿足現狀道路的需求,又要與遠期的道路規劃相匹配。

結論:相較于軌道交通,現代有軌電車起終點站的折返型式比較簡單,一般僅用于車輛掉頭折返,很少用于故障停車及早晚存車用。現代有軌電車起終點站的折返型式一般采用簡單的站前或者站后折返,根據不同的站型、遠期發車對數、現場周邊的道路環境,綜合選擇合適的折返型式。

3 軌道交通折返線長度

在保障運營效率和安全的前提下,合理選擇折返線的布置形式及折返線的有效長度,既能節約土地及工程造價,又能提高線路的運營能力。

GB50157—2013《地鐵設計規范》明確規定了折返線的有效長度,如下所示:

盡端式折返線長度為50 m+列車長度。安全距離包括信號瞭望和停車誤差距離。

貫通式折返線長度為60 m+列車長度,安全距離為50 m,還包括10 m信號瞭望長度。

所以,貫通式和盡端式的安全距離均為50 m。

盡端式折返線長度=列車長度+安全距離,為車擋與道岔前基本軌接縫中心之間的距離。在施工過程中,安全距離包括信號瞭望距離和右側停車誤差。同時,不能忽略安裝應答器的空間、安裝信號機的空間、信號瞭望計軸和距離、左側停車誤差等因素的影響。因此,盡端式折返線長度=車檔與道岔前基本軌接縫中心之間的距離=安裝應答器的空間+安裝信號機的空間+信號瞭望計軸和距離+左側停車誤差+安全距離+列車長度。如圖5所示。

目前,我國軌道交通信號控制系統大多為CBTC(移動閉塞)系統,利用無線通信技術進行信號傳輸。ATC(列車自動控制)系統由ATS(列車自動監控)、ATO(列車自動運行)、ATP(列車自動防護)等子系統構成。實際行駛中,列車駕駛模式為ATO,ATP系統僅用于限制列車行駛速度。圖6為ATP和ATO模式下列車緊急制動曲線。

圖5 盡端式折返線原理

由圖6可以看出,采用ATO駕駛模式時,列車速度始終低于緊急制動觸發線,S1為列車正常制動條件下的停車位置。當發生緊急故障,列車速度達到緊急制動觸發線,同時,列車緊急制動率為最小、且列車位于最大坡度的下坡道上等多種不利情況下,列車牽引力會自動切斷,通過ATP緊急制動在S2處停止。安全距離即S1到S2的距離。

圖6 ATP防護下的緊急制動曲線

4 有軌電車折返線長度

目前我國現代有軌電車尚無統一的設計規范,設計時基本都是參考國內現有的地鐵設計規范或者國外的有軌電車設計規范。

為保證客流量的要求,有軌電車線路一般均需要考慮在老城區道路上敷設。一般老城區道路具有道路路幅窄、交通量大、道路網密度大、路格街區短等特點,如果有軌電車線路起終點位于該區域,對于起終點線路折返線的長度必然會有一定的限制,若折返線長度嚴格參照軌道交通的規范執行,顯然不太合理,也是沒有必要的。

4.1 國外有軌電車設計導則

國外很多設計導則中對于終點站的描述為:在有軌電車終點處,應有一個將超出正常運營范圍的有軌電車安全帶入一個沙坑或其他地方的措施。措施包括采用一個或多個車擋、沙袋,鋼軌表面鋪軟碎石,有吸收能量性能的物體如大型植物,等等。措施的選擇應基于所在地段的可實施性,以及與周邊環境相協調的基礎上。有軌電車駛出正常范圍時,可能產生更大的風險,因此選擇的措施應能防止行人滯留在有軌電車駛出的區域。

4.2 有軌電車折返線長度的計算

對于有軌電車起終點折返線長度的計算,本文僅討論常用的盡端式站后折返型式,其他型式的計算原理同樣,本文不予闡述。

有軌電車沒有自動控制系統,其行車完全依靠司機的目視。目前國內已通車的城市中,有軌電車全部采用人工駕駛模式。

如圖7所示,現代有軌電車盡端式站后折返線的長度為:

L=L1+L2+L3+2L4

式中:

L1——遠期列車長度;

L2——安全防護距離;

L3——岔區長度(線間距×6,有軌電車正線一般采用6號道岔);

L4——軌道電路、軌道電路距道岔距離、6號道岔a值、停車誤差和信號瞭望距離之和。

圖7 有軌電車盡端式站后折返線原理

L1～L4中,除了L2需要計算確定,其他的都可根據列車模塊長度、信號確定,且每個工程的列車模塊、信號選型不同,其長度稍有差異。

有軌電車站后車檔一般采用隱形車檔,其景觀比較好,能阻檔的速度為3 km/h,故它能起到的作用有限。折返線站后的安全距離為下列兩種運行模式下的距離差。

模式1:列車以最高加速度從車站出發,當速度達到列車能在車檔前的停車線前停車的最高速度或運行線路限定的最高速度后,列車采取最高常用制動,列車恰好在停車線處停止的距離。

假設:模式1中的最大速度為v0;列車從站臺起動,以最大牽引加速度運行至最高速度,行駛距離為D1;采用最高常用制動,列車恰好在停車線處停止,行駛距離為D2。D2包括兩段,一是建立最高常用制動時列車行駛的路程(建立最高常用制動的時間為2 s,認為該距離內列車以v0恒速行駛);二是最高常用制動發揮效果的過程中列車行駛的路程。則:

D1+D2=L1+L3+2L4=

v0=gmaxt1=gmint2

式中:

gmax——列車最大牽引加速度;

gmin——列車常用制動減速度;

t1——列車以最大牽引加速度由零加速到v0所用時間;

t2——列車以常用制動減速度由v0減速到零的時間。

以某工程為例,L1=38 m,L3=24 m,L4=21 m,gmax=1.0 m/s2,gmin=1.2 m/s2,得D1=46.24 m,D2=57.76 m,v0=34.6 km/h。

模式2:列車以允許的最大牽引加速度從車站出發,當速度達到列車能在車檔前的停車線前停車的最高速度或運行線路限定的最高速度后,列車采取最大制動后失敗,由司機人工按緊急制動后運行的距離。

假設:模式2中車輛加速到v0;司機觸發常用制動,但施加最大常用制動失敗(牽引已切除),司機拍下蘑菇觸發安全制動至停車,運行的距離為D′2。常用制動失敗車輛發出蜂鳴報警,司機拍下蘑菇觸發安全制動的定義時間為2 s。

式中,v0=34.6 km/h,g′min采用最不利的1.5 m/s2,得D′2=69.29 m。

則折返線站后的安全距離為D′2-D2=11.5 m。

5 結語

通過分析軌道交通折返線及安全距離長度的相關要求,根據有軌電車與軌道交通不同的特點,分析了適用于有軌電車的折返線型式,提出了折返線長度及安全距離計算方法。

有軌電車折返線的長度需根據列車模塊長度、信號確定。每個工程的列車模塊、信號選型不同,長度稍有差異。在具體的工程實踐中,可根據具體情況套用參數計算即可。設計時,應結合地形地貌、沿線的道路條件、沿線交通及規劃,嚴格分析各段比選方案,以節省工程投資,減小施工風險,控制工期和造價。

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Layout and Length of the Turn-back Line for Modern Tram

WANG Huifeng

Modern tram is mainly constructed on the ground,significantly different from rapid rail transit with large capacity.The turn-back line between departure station and terminal station in modern tram shall be carefully designed according to the terrain conditions, with a full consideration of the long-term network development planning,operation flexibility,technical specifications,passenger service organization,turn-back capacity and engineering difficulties.In line with the characteristics of modern tram,various forms of turn-back line between departureand terminal stations are analyzed,the layout principle is discussed.On this basis,a calculation method for the proper length of turn-back line and the safety distance is proposed by referring to the practical parameters obtained from a construction project.

modern tram; turn-back line; length of the turn-back line

U482.1

10.16037/j.1007-869x.2017.04.019

2016-04-06)