城市軌道交通線路越江長區間內風井設置對通過能力的影響

喬玘珂

(中鐵十一局集團有限公司勘察設計院, 430070,武漢//高級工程師)

由于受自然條件的限制，地鐵線路穿越江河湖泊的區間(以下簡稱“越江區間”)站間距較一般站間距長。如武漢地鐵2號線越江區間積玉橋站—江漢路站長3 285 m，武漢站4號線越江區間復興路站—攔江路站長3 278 m，長沙軌道交通3號線湘江阜埠河站—書院路站長2 823 m，而一般地鐵線路平均站間距為1 km左右。

為保證在越江區間內列車運行安全，在隧道內運行的同一方向上的兩列車不能同時處于由兩個風井或由風井與車站端部機械風孔組成的區段內。因此，越江區間風井的設置有可能導致列車追蹤時間過長，進而對通過能力產生一定的影響，導致城市軌道交通系統輸送能力降低。

1 相關規范對越江區間的規定

建標[2008]57號《城市軌道交通工程項目建設標準》第九章第78條規定：“在長大區間隧道內，應充分研究最不利情況下的救援和疏散模式。按設計運行密度計算，出現在同一區間、同一方向上有2列或3列車同時運行時，應在區間中間設置中間風道或直通地面的專用疏散出口，或其他安全疏散措施。”針對該條規定，條文說明解釋為：當站間距在2 km以上的區間隧道內，列車運行密度達30對/h及以上時，需核算高峰小時段內該區間同時運行的列車數量；如果在同一方向上有2列或3列車同時運行，應充分研究當前列車突遇故障停運在區間時，后續列車也被迫停運在區間的最不利情況下，如何保證在車輛阻塞條件下送進足夠新風，如何救援和疏散乘客。

2 越江區間列車安全的要求

越江區間隧道方案一般有兩種：一種為大洞方案，即上下行線路置于一個隧道內；另一種為小洞方案，即上下行線路分別置于兩個獨立的隧道內。

對地鐵系統而言，最為緊急和危險的情況為列車發生火災。列車發生火災時，必須將乘客的生命安全放在第一位。而最為不利、最為危險的運行狀態為：前行列車在隧道區間發生火災，后續運行列車已出站駛入隧道區間。

為保證隧道通風及列車安全，長大區間隧道內均設有通風系統，保證不論在何種情況下，在由車站和風井構成的幾個區段內，每個區段只能有一列車。

對于大洞方案而言，越江區間隧道內設一個風道，風道上設置多個排煙口，在由車站和排煙口或排煙口與排煙口構成的區段內，完全可以保證每個區段內一個方向上僅有一列車運行。而小洞方案，風井設在江兩岸或江的一端，一個區間被風井分割為三段或兩段，會出現同一區間、同一方向上有2列或3列車同時運行的情況。因此，本次研究僅針對小洞方案的越江長區間設置風井對通過能力的影響。

3 越江區間能力的要求

通常情況下，地鐵系統設計能力要求不小于30對/h，最小行車間隔不大于2 min。越江地鐵線路，在越江段設置中間風井。為保證安全，在由兩個中間風井或風井與車站組成的區間內僅允許有1列車運行，在這種情況下，越江區間2列車的行車間隔可能會大于2 min，區間通過能力小于30對/h，該越江區間會成為整個地鐵系統的限制區間，對通過能力造成影響。

4 越江區間移動閉塞列車運行方式

由于對地鐵系統的運行能力要求較高，目前設計的地鐵線路，信號系統一般均采用現階段最先進的CBTC(基于通信的列車控制)移動閉塞系統。以下是基于移動閉塞情況下的分析。

系統正常運行情況下，如有列車在由風井組成的區間內運行，則后續運行列車的移動授權點在越江隧道的風井外方，如沒有列車在由風井組成的區間內運行，則后續列車的移動授權設置在前行車的尾部。為保證列車在越江隧道區間的正常運行，風井的設置應保證當前行列車在由風井組成的區間內運行時，不影響后行列車的正常運行曲線和導致后行列車制動。越江區間信號系統控制方式見圖1。

圖1 越江區間信號系統控制方式示意圖

5 越江區間能力檢算分析

對安全行車最不利的情況為：當前行列車為火災列車，列車尾部正處于前方風井位置時，后行列車得到實施制動的指令，經過t舒(通信容忍中斷時間)走行的距離為L舒;此時列車以該點速度經過t空(空走時間)的空走距離為L空，以該速度實施常用制動,經過t制(制動時間)的制動距離為L制，列車恰好停在風井外方距風井為L安(安全防護距離)處的位置。此時列車的追蹤時間I追最短，為越江區間的最小追蹤間隔，同時也為越江區間最小追蹤距離。列車在越江區間追蹤運行情況見圖2。

圖2 列車在越江區間追蹤運行示意圖

L追=L舒+L空+L制+L列+L安+L風井

在追蹤距離內,列車運行的時間為追蹤時間t追。

在地鐵設計中，L安取50 m，t舒取3.0 s，t空取1.6 s。

越江區間通過能力：n=3 600/t追(對/h)

在進行追蹤距離的計算時，由于速度v是一個變化著的參數，確定追蹤間隔存在著一定的難度。但可以轉換思維方式，把復雜問題進行簡單處理。

以30對/h作為地鐵系統通過能力，運行間隔為2 min，后方風井不做為移動授權點，仍將前方列車尾部做為移動授權點，以2 min作為前后兩列車的運行間隔。當前行列車尾部處于前方風井時，判斷與前行列車間隔2 min的后行列車在區間內的位置:如后行列車此時還未從后方車站出發，則風井的設置對系統能力無影響;如后行車已從后方車站出發進入越江區間，則需分析越江區間的通過能力。越江區間的通過能力分析可從以下三個步驟進行：

第一步，先判斷后行列車與前行列車間隔2 min時后行列車在區間中的位置。

第二步，后行列車得到實施常用制動指令后，又進行了時間為3.0 s的舒適駕駛，這時列車的速度為v，列車以該速度經過1.6 s的空走距離后開始實施常用制動，停在越江區間中。

第三步，判斷后行制動列車在越江區間中的位置，如處于兩個風井組成的區段內，則越江區間通過能力不能滿足30對/h的要求；如處于后方風井外，后行列車頭部距后方風井距離小于50 m的安全距離，則越江區間通過能力亦不能滿足30對/h的要求；如處于后方風井外，后行列車頭部距后方風井距離大于或等于50 m的安全距離，則越江區間通過能力能滿足30對/h的要求。如越江區間通過能力不能滿足30對/h的要求，可通過調整風井的設置位置來滿足。

6 本研究成果在城市軌道交通設計中的應用

本研究成果在武漢地鐵2號線一期、4號線二期、長沙軌道交通3號線、南京地鐵4號線等多個項目設計中成功地進行了應用，確保了越江區間通過能力不小于30對/h,從而保證了系統通過能力。

現以目前已開通運營的武漢地鐵4號線二期越江區間攔江路站—復興路站為例。攔江路站—復興路站區間長3 278 m，為長大越江區間，兩風井間距下行方向為1 796 m,上行方向為1 786 m。4號線采用B型車6輛編組,最高運行速度為80 km/h，設計的列車最小運行間隔為2 min。通過列車運行模擬計算，列車以最大速度、正常速度運行情況下的運行時間,下行分別為2 min 57 s、3 min 10 s，上行分別為2 min 56 s、3 min 9 s，均大于2 min、不超過4 min。因此，該區間內最多有兩列車在同時運行。以30對/h作為4號線通過能力，運行間隔為2 min。

下行列車以最高速度運行情況下，通過上述方法檢算，車頭距離攔江路風井端366 m，減去50 m的安全距離后尚余316 m，因此完全可以保證后行列車的安全。詳見圖3。

下行列車以正常速度運行情況下，通過上述方法檢算，車頭距離攔江路風井端133 m，減去50 m的安全距離后尚余83 m，因此完全可以保證后行列車的安全。詳見圖4。

上行列車以最高速度運行情況下，通過上述方法檢算，車頭距離復興路風井端178 m，減去50 m的安全距離后尚余128 m，因此完全可以保證后行列車的安全。詳見圖5。

上行列車以正常速度運行情況下，通過上述方法檢算，車頭距離復興路風井端59 m，減去50 m的安全距離后尚余9 m，因此可以保證后行列車的安全。詳見圖6。

通過檢算可見，風井設置可以滿足越江長區間攔江路站—復興路站通過能力不小于30對/h的要求。

圖4 下行列車以正常速度運行時風井設置檢算示意圖

圖5 上行列車以最高速度運行時風井設置檢算示意圖

圖6 上行列車以正常速度運行時風井設置檢算示意圖