中低速磁浮交通停車線的布局設(shè)置探討

鄢紅英

（中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，成都 610031）

隨著國內(nèi)外對磁浮交通的關(guān)注和認同，1磁浮交通建設(shè)市場逐漸鋪開。長沙磁浮快線的運營，不僅讓湖南人民有了“發(fā)展新體驗”，也讓人們更深層次地了解中低速磁浮交通制式。中低速磁浮交通作為一種新型軌道交通制式，具有運量大、列車運行時間間隔短的特點。在線運營的列車難免會發(fā)生事故、救援以及突發(fā)事件，為了能使故障車及時離開正線，保證正線其他列車正常運行，減少對正線運行的干擾，需考慮停車線的設(shè)置。中低速磁浮車輛具有其自身特性，其發(fā)生故障的機率較低，故障運行能力較強，且磁浮交通的停車線造價也較輪軌系統(tǒng)高，因此中低速磁浮列車停車線的設(shè)置相隔長度應(yīng)略長于輪軌系統(tǒng)。筆者探討的問題主要針對中低速磁浮交通系統(tǒng)如何合理確定停車線的分布密度和設(shè)置間隔，確保在中低速磁浮建設(shè)與運營過程中，既能提高運營效率，又能有效降低工程建設(shè)投資。

1 現(xiàn)狀設(shè)置規(guī)定及使用情況

1.1 設(shè)計規(guī)范的有關(guān)規(guī)定

《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB 50157—2013）對停車線設(shè)置提出“當(dāng)兩個具備臨時停車條件的車站相距過遠時，應(yīng)根據(jù)運營需求和工程條件設(shè)置停車線”，并建議“故障車待避線的車站間距約為8～10 km，加設(shè)的渡線可作為停車布置間距較大時的補充”[1]。

《城市軌道交通工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（建標(biāo) 104—2008）對停車線提出“每隔5～6座車站（或8～10 km）應(yīng)設(shè)置故障列車待避線，其間每相隔2～3座車站（約3～5 km）應(yīng)加設(shè)渡線”[2]。

1.2 地鐵停車線的使用情況

據(jù)統(tǒng)計，1999—2006年廣州地鐵1號線共發(fā)生了25次電客車故障救援事件，其中，1999年和2000年各發(fā)生了9次，2001年發(fā)生了1次，2004—2006年各發(fā)生了2次。通過列車救援影響時間分析，列車故障救援時間對行車的影響最長時間是45 min，最短14 min，其中有2次的影響時間達30 min以上，中斷行車時間25 min以內(nèi)的有22次，占總數(shù)的88%。

從近幾年上海地鐵共計45次列車故障救援事件統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，有7次是推送至停車線，其中4次為推行至終點站停車線，其余均為連掛列車直接回庫[3]。

綜上對于運營成熟的軌道交通線路，故障救援率約為每年1～2次；故障列車救援時間通常都在25 min以內(nèi)；停車線的使用頻率較低。

2 長沙磁浮快線停車線的設(shè)置及問題

2.1 運營情況

長沙磁浮快線是中國首條商業(yè)運營的中低速磁浮鐵路，連接長沙火車南站和長沙黃花國際機場，全程高架敷設(shè)，線路全長18.55 km，初期設(shè)車站3座（磁浮高鐵站、磁浮榔梨站和磁浮機場站），預(yù)留車站2座（會展中心站和汽車城），設(shè)計速度為100 km/h。

截至2017年5月5日，長沙磁浮快線安全運營365 d，共計開行列車35 175列次，運行圖計劃兌現(xiàn)率為100%，列車正點率99.8%。總運營里程超67.7萬km，累計發(fā)送旅客約260萬人次，全年單日客流最高達11 503人次。完成公司級運營演練26次，聯(lián)合應(yīng)急演練 4次；車輛檢修完成 1 742列/次日檢，31列/次專列整備；設(shè)備設(shè)施檢修時共計21.5萬h。長沙磁浮快線給居民提供了比地鐵交通更為安靜、舒適、安全的乘坐體驗，但運營公司同時也提出了車站配線不合理、運營效率不高等意見。

2.2 設(shè)置情況

長沙磁浮快線的車站配線如圖1所示。

從圖中可知，全線除車輛段外，黃花機場站具備停放一列故障車的條件。黃花機場站為始發(fā)車站，當(dāng)采用下行站臺進行列車折返時，上行方向的正線可作為停車線使用。

圖1 長沙磁浮快線全線車站配線示意Fig. 1 Changsha Maglev Express Station

2.3 存在問題分析

從長沙磁浮快運線配線設(shè)置來看，長沙南站靠近車輛段，全線除始發(fā)終點站外，中間車站和正線線路均無故障列車停放條件，這就意味著列車最不利情況可能需要推送或牽引距離接近18 km，故障列車清除時間也將遠遠超過30 min。同時起點終點站設(shè)置一副折返功能道岔，無備用通路，一旦道岔出現(xiàn)故障，全線將停運。長沙磁浮快運線正式運營一年多來，停車線間距設(shè)置不合理導(dǎo)致列車故障清除時間較長的問題尤為突出。

針對中低速磁浮交通制式，如何合理確定停車線的布局是設(shè)計和運營中亟待解決的問題。

3 中低速磁浮交通停車線的設(shè)置間距

兩停車線的設(shè)置間距，除受到客車救援時間、故障列車推行速度、事故頻率等因素影響外，還受到投資規(guī)模的限制。中低速磁浮交通停車線的分布密度從以下幾方面進行分析確定。

3.1 使用頻率和經(jīng)濟性

目前中低速磁浮列車的運營經(jīng)驗尚不豐富，從理論上講，與輪軌系統(tǒng)相比，中低速磁浮車輛的動力系統(tǒng)更加分散，每輛車有5個懸浮架，10個直線電機，因而運行故障的幾率小于輪軌系統(tǒng)，且故障運行能力較高。根據(jù)多年運營實踐，城市軌道交通運行故障的首要原因在車輛，而車輛故障又以車門故障為居多（約占 30%以上），電氣方面故障相對較少，而影響列車動力的故障更是少之又少。因此中低速磁浮交通停車線的使用頻率較輪軌系統(tǒng)有所降低。

停車線與正線的線路連接多采用道岔系統(tǒng)設(shè)備。與傳統(tǒng)鐵路道岔依靠轉(zhuǎn)轍器部分的尖軌扳動將列車引入正線或側(cè)線方向的原理和構(gòu)造不同，中低速磁浮交通采用關(guān)節(jié)型、整體橫移式鋼梁道岔，由道岔梁等主體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動、鎖定、控制、信號等部分組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)精度要求高；由于道岔的主動梁較長，其側(cè)向位遠端固定垛梁與直線位的垂直距離相對較大，同時還需滿足設(shè)計模數(shù)和安全距離的要求，使得道岔的線路適應(yīng)能力較低，對磁浮線路設(shè)計布置影響較大，對中低速磁浮交通停車線布局和造價產(chǎn)生一定的影響[4]。總的來說，中低速磁浮交通停車線的造價較輪軌系統(tǒng)高。

因此從經(jīng)濟適用上分析，中低速磁浮列車停車線的設(shè)置相隔長度應(yīng)略長于輪軌系統(tǒng)。

3.2 優(yōu)化客車救援程序

參照湖南磁浮交通發(fā)展有限公司的相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，磁浮列車救援過程主要分為以下幾個步驟[5-7]：

1）司機發(fā)現(xiàn)客車故障，司機或車輛工程師根據(jù)指示進行故障處理，在排除故障失敗后，申請救援，該過程需要約7 min；

2）司機做好故障車的防護、連掛前的準(zhǔn)備；同時救援列車清客，并向故障車靠近，準(zhǔn)備連掛，該過程需要5 min；

3）兩列車連掛，確認故障車制動緩解、交路開放，該過程需要3 min；

4）如果列車在區(qū)間內(nèi)發(fā)生故障，則故障列車及救援列車需要在前方車站停車，故障列車需清客。清客和起、停附加時間約2 min；

5）兩條停車線有一定的距離，救援時可采用后車推或前車拉的方式。重聯(lián)的磁浮列車推或拉速度為V救援。但前車拉的方式在高密度時較難實施，列車將會把進停車線的進路堵塞，因此通常采用后車推的方式；

6）救援列車及故障列車進入停車線時，要確認信號，并以5 km/h以下的低速進入停車線停車并解鉤，約需要2.5 min；

7）救援列車解鉤后，回到正線，按所在線路的正常運行方向運行，需要1.5 min，救援過程結(jié)束。

以上過程，不計算救援列車和故障車的走行時間，需要約21 min。

從客車救援不同步驟所產(chǎn)生的時間來看，影響救援時間的最大因素是判斷故障、申請救援與救援時的車輛連掛時間。通過優(yōu)化作業(yè)程序如提高司機的故障判斷處理能力、改變行調(diào)發(fā)布命令方式等，救援時間完全有可能再壓縮3～4 min[8]。這樣停車線的設(shè)置間距可延長2 km。

3.3 故障列車推送速度

長沙磁浮快線救援列車推進或牽引運行速度取值為 30 km/h。針對地鐵制式，通過對既有運營線路的列車分析、計算、試驗、培訓(xùn)、演練等，地鐵列車故障救援推行速度從2004年的25 km/h，提高到現(xiàn)在的35 km/h，下一步預(yù)計可提高到40 km/h[9]。因此中低速磁浮的故障推行速度將有很大的提升空間。

3.4 滿足救援時間

把從故障發(fā)生到恢復(fù)正常運行的時間段稱為救援時間。故障救援距離和救援列車運行速度、救援時間長短密切相關(guān)[10]。

式中：L救援為故障救援距離，即故障發(fā)生地點距離最近可行的故障車停留地點的距離，也即救援列車推行故障列車的走行距離；V救援為救援時間列車運行的平均速度；t救援為列車救援時間；t作業(yè)為確認故障、清客、連掛、進停車線、解鉤和分離等作業(yè)時間，即從故障發(fā)生到故障解除中除救援車和故障車走行時間之外的所有作業(yè)時間。

由（1）可知，救援距離主要取決于救援時間和救援時的允許速度。當(dāng)救援速度確定時，在設(shè)定了救援時間的允許值上限后，相應(yīng)的救援列車最長走行距離便可以計算出來，該值對軌道交通線路設(shè)計中故障停車線的設(shè)置具有重要的指導(dǎo)意義。

目前，多數(shù)地鐵運營公司的故障救援時間上限為30 min。從已運營地鐵線路的城市來看，從發(fā)現(xiàn)故障到救援結(jié)束最長時間均超過35 min。本次分別針對救援列車推送速度為30 km/h、35 km/h和40 km/h的情況進行分析，救援時間上限分別考慮30 min、35 min和40 min，救援作業(yè)時間取值21 min。不同救援時間下救援距離的上限見表1。

表1 不同救援時間的救援距離Tab. 1 Rescue distance for different rescue times

4 中低速磁浮交通停車線的布局

中低速磁浮交通停車線布局形式的要求與地鐵制式相同，均需滿足“折返站的停車線與折返線宜分開設(shè)置，專線專用”和“與正線貫通，便于回段”的要求，且停車線長度均需滿足列車長度加安全距離。基于中低速磁浮交通的道岔造價維修成本高，且易出故障，中部停車線形式宜采用簡易停車線。停車線可采用如下形式[11]（見圖2、圖3）。

圖2 停車線位于中間車站的布局形式Fig.2 Layout of the parking line located at the intermediate station

圖3 停車線位于終點車站布局形式Fig. 3 Layout of the parking line located at the terminal station

5 結(jié)論

1）停車線分布間距受多因素綜合作用，相互聯(lián)動動態(tài)影響；

2）停車線分布的合理間距宜規(guī)定一定范圍，各條具體磁浮線路可根據(jù)城市結(jié)構(gòu)特征、交通特征、功能定位、客流特征及城市的人文特征等綜合確定；在設(shè)計原則中，按照本文推薦范圍具體規(guī)定停車線分布間距；

3）推薦的停車線分布間距不小于5 km，不大于13 km；

4）停車線與折返線布置形式基本相同，功能可互通，必要時停車線可用做臨時折返線，特殊情況下，折返線可當(dāng)停車線；

5）停車線布置形式除起終點外，中部停車線形式宜采用簡易停車線。