上海軌道交通1號線富錦路站折返能力分析

項(xiàng)仲強(qiáng) 施莉娟

(1.卡斯柯信號有限公司, 200072, 上海; 2.上海市軌道交通結(jié)構(gòu)耐久與系統(tǒng)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 201804, 上海∥第一作者, 工程師)

地鐵線路的行車密度在很大程度上由終端折返站的折返能力決定。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及人口密度的不斷上升,越來越多的市民選擇地鐵作為出行工具,而由此帶來的對于上海軌道交通1號線(以下簡稱“1號線”)的行車密度要求也在不斷提高。1號線采用固定閉塞制式,富錦路站為線路北端終端折返車站。本文以富錦路站為例,對其站前、站后及交替折返能力進(jìn)行了分析,計(jì)算了折返間隔的實(shí)際數(shù)據(jù),總結(jié)了類似站形車站列車折返能力的一般特點(diǎn)及其規(guī)律。本文研究可為富錦路站折返能力的提升提供理論指導(dǎo),對實(shí)際的運(yùn)營組織有指導(dǎo)意義。

1 富錦路站站場說明

富錦路站有3個(gè)站臺,上行站臺和下行站臺用于列車的站后折返,而中間站臺用于列車的站前折返。站后有兩條折返線,其也是停車場的出入庫線。信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮了信號機(jī)X5—X1的防護(hù)進(jìn)路,當(dāng)進(jìn)路X5—X3暫時(shí)無法排列時(shí),系統(tǒng)觸發(fā)該防護(hù)進(jìn)路,為上行進(jìn)站列車提供速度碼,確保列車在停車點(diǎn)停車。

為了說明列車折返運(yùn)行中前車對后車的限制關(guān)系,即聯(lián)鎖關(guān)系及ATP(列車自動防護(hù))發(fā)碼條件對列車運(yùn)行的影響,需要在特定的位置定義列車運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)。富錦路站站型圖如圖1所示,其中列車運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)定義如表1所示。

表1 列車運(yùn)行關(guān)鍵點(diǎn)定義

注:X、SA、SB為信號機(jī);C為道岔;N11為下行軌道區(qū)段;S/T表示關(guān)鍵點(diǎn)S和關(guān)鍵點(diǎn)T均在該位置,其余同理。

通過仿真計(jì)算可以獲得以上關(guān)鍵點(diǎn)之間,列車按照最高設(shè)計(jì)速度運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行時(shí)間。關(guān)鍵點(diǎn)間的列車運(yùn)行時(shí)間如表2所示。其中:t1,xy為x點(diǎn)至y點(diǎn)的站前折返運(yùn)行時(shí)間;t2,xy為x點(diǎn)至y點(diǎn)的站后折返運(yùn)行時(shí)間。除表2中列出的折返時(shí)間外,其他與折返分析相關(guān)的時(shí)間參數(shù)為:中間站臺停站時(shí)間tdw為40.00 s;列車正常停站時(shí)間為30.00 s;列車折返線停留時(shí)間tce為25.00 s;列車起動反應(yīng)時(shí)間trea為2.00 s;進(jìn)路排列時(shí)間tr為13.00 s。

表2 關(guān)鍵點(diǎn)間列車運(yùn)行時(shí)間

2 站前折返分析

在城市軌道交通運(yùn)營中,通常用列車運(yùn)行時(shí)間間隔T來反映列車的折返能力,列車運(yùn)行時(shí)間間隔越小,表示列車的行車密度越大,即折返能力越強(qiáng)。在富錦路站,列車僅利用中間站臺進(jìn)行站前折返。對富錦路站的站前折返邏輯進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn),信號設(shè)備間的聯(lián)鎖關(guān)系限制了后車與前車的折返時(shí)間間隔。當(dāng)前車出發(fā)出清站前道岔區(qū)段,即列車后軸離開G點(diǎn)后,系統(tǒng)方可為后車排列上行進(jìn)站進(jìn)路X6—X10。當(dāng)信號開放時(shí),后車剛好接近B點(diǎn)。列車在中間站臺停車換端后,發(fā)車沿下行線駛向友誼路站。各列車在不同關(guān)鍵點(diǎn)的站前折返時(shí)間如表3所示。

表3 各列車在不同關(guān)鍵點(diǎn)的站前折返時(shí)間

站前折返的列車折返時(shí)間間隔T站前可以表示為:

T站前=t1,BC+t1,CD+t1,DE+tdw+t1,FG+tr=

39.53 s+57.75 s+10.01 s+40.00 s+

49.85 s+13.00 s=210.14 s

由此可知,單一的站前折返效率是比較低的,T站前與tdw線性相關(guān)。例如,因列車換端原因需將tdw設(shè)置為50.00 s時(shí),則T站前為220.14 s。

3 站后折返分析

列車的站后折返有3種方式:下行折返線折返、上行折返線折返及上下行折返線交替折返。其中,下行折返線折返方式的折返效率最高,這是由于當(dāng)下行折返線在前車占用的情況下,后車可以利用觸發(fā)信號機(jī)X5—X1防護(hù)進(jìn)路的方式,為后續(xù)上行進(jìn)站列車提供所需的速度碼,使得后續(xù)列車可以在上行站臺進(jìn)站停車。在后車上行站臺停站的這一時(shí)間段內(nèi),前車已經(jīng)出清折返線,此時(shí)可以排列后車進(jìn)下行折返線的進(jìn)路。本文以這種折返方式為例進(jìn)行分析,在實(shí)際運(yùn)營中,若在采用單一站后折返也是采用這種折返方式。

基于站后折返方式,根據(jù)聯(lián)鎖關(guān)系和ATP發(fā)碼設(shè)計(jì),前車對后車的運(yùn)行有著一系列的限制關(guān)系。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn),以下的限制關(guān)系是該折返的關(guān)鍵限制關(guān)系,即該關(guān)鍵限制關(guān)系限制了前后列車在時(shí)間上進(jìn)一步靠近:前車出折返線出清C1—C7道岔區(qū)段(P點(diǎn)),15.00 s后(排列進(jìn)路13.00 s;列車起動反應(yīng)時(shí)間2.00 s),后車方可從上行站臺起動(L點(diǎn))駛?cè)胝鄯稻€。各列車在不同關(guān)鍵點(diǎn)的站后折返時(shí)間如表4所示。

表4 各列車在不同關(guān)鍵點(diǎn)的站后折返時(shí)間

站后折返的列車折返間隔T站后可以表示為:

T站后=t2,LM+t2,MN+t2,NO+tce+t2,OP+tr+trea=

45.49 s+12.60 s+13.45 s+25.00 s+41.90 s+13.00 s+2.00 s=153.44 s

由此可知,單一的站后折返比單一的站前折返的折返效率高,T站后與tce線性相關(guān)。例如,因列車換端原因需將tce設(shè)置為40.00 s時(shí),則T站后為168.44 s。

4 前后交替折返分析

把前后交替折返看為在兩列站前折返列車的接車間隙中插入一個(gè)站后折返的接車,在兩列站前折返列車的發(fā)車間隙中插入一個(gè)站后折返的發(fā)車。根據(jù)該站場的站形特點(diǎn),當(dāng)列車運(yùn)行采用前后交替折返時(shí),站后折返的列車和站前折返的列車在發(fā)車時(shí)的發(fā)車順序會發(fā)生變化。例如:接車順序?yàn)榱熊嚔?后折返)—列車Ⅱ(前折返)—列車Ⅲ(后折返)—列車Ⅳ(前折返)—列車Ⅴ(后折返)—列車Ⅵ(前折返);經(jīng)過折返后,發(fā)車順序?qū)⒆優(yōu)榱熊嚔?前折返)—列車Ⅰ(后折返)—列車Ⅳ(前折返)—列車Ⅲ(后折返)—列車Ⅵ(前折返)—列車Ⅴ(后折返),以此類推。交替折返接發(fā)車順序變化示意圖如圖2所示。

圖2 交替折返接發(fā)車順序變化示意圖

各列車在不同關(guān)鍵點(diǎn)的交替折返時(shí)間如表5所示。與站前折返情況類似,前后交替折返的關(guān)鍵限制關(guān)系依然是兩列站前折返列車之間的聯(lián)鎖關(guān)系限制,即當(dāng)站前折返前車(表5中的列車Ⅱ)出發(fā)出清站前道岔區(qū)段、列車后軸離開G點(diǎn)后,系統(tǒng)方可為站前折返后車(表5中的列車Ⅳ)排列上行進(jìn)站進(jìn)路X6—X10。當(dāng)信號開放時(shí),后車剛好接近B點(diǎn)。此外,另一個(gè)限制關(guān)系是:站前折返的前車(表5中的列車Ⅱ)出清站前岔區(qū)后,站后折返的后車(表5中的列車Ⅲ)方可排列進(jìn)站進(jìn)路。這將導(dǎo)致這兩列列車的接車時(shí)間間隔T前后為110.28 s,而前車為站后折返列車((表5中的列車Ⅰ),后車為站前折返列車(表5中的列車Ⅱ)的接車時(shí)間間隔T前后為99.86 s,即接車時(shí)的列車時(shí)間間隔是不均衡的。

表5 各列車在不同關(guān)鍵點(diǎn)的交替折返時(shí)間

前后交替折返的列車折返時(shí)間間隔T交替可以表示為:

T前后=t1,BC+t1,CD+tr=

39.53 s+57.75 s+13 s=110.28 s

T后前=T站前-T前后=

210.14 s-110.28 s=99.86 s

T交替=(T前后+T后前)×0.5=

(110.28+99.86)×0.5=105.07 s

式中:

T前后——站前折返列車和后續(xù)站后折返列車之間的折返時(shí)間間隔,單位s;

T后前——站后折返列車和后續(xù)站前折返列車之間的折返時(shí)間間隔,單位s。

由此可知,T交替實(shí)際為T站前的二分之一。由表4可知,站后折返列車的運(yùn)行時(shí)間是非常充裕的,這導(dǎo)致站后折返列車需要在折返線上停留較長的時(shí)間,而這些多余的時(shí)間也可分配給上下行站臺的停站時(shí)間,保證其線路折返能力不受影響。

為了便于列車運(yùn)營調(diào)度,對上述前后交替折返分析結(jié)果進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化,即人為延長列車在站后折返線的停車時(shí)間,將所有列車接車間隔和發(fā)車間隔調(diào)整為相同時(shí)間間隔,但這需要犧牲線路部分的折返能力。優(yōu)化后各列車在不同關(guān)鍵點(diǎn)的交替折返時(shí)間如表6所示。

表6 優(yōu)化后各列車在不同關(guān)鍵點(diǎn)的交替折返時(shí)間

對接發(fā)車時(shí)間間隔進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化后,前后交替折返時(shí)間間隔T優(yōu)化取T前后和T后前中數(shù)值較大者。

T優(yōu)化=max(T前后,T后前)=

max(110.28 s,99.86 s)=110.28 s

5 結(jié)語

由于折返效率低,富錦路站單一站前折返模式并不適合在日常運(yùn)營中使用;而單一站后折返模式由于其運(yùn)營組織簡單、折返效率尚可,成為了目前1號線使用的折返模式。但隨著1號線列車運(yùn)行密度的不斷增加,啟用前后交替折返模式勢在必行。富錦路站啟用前后交替折返模式后的折返效率高于線路另一端的折返站——莘莊站的折返效率,富錦路站折返效率已不再是1號線提升運(yùn)營效率的瓶頸。

類似富錦路站這種類型的折返站,其前后交替折返的效率取決于站前折返效率,且兩者之間存在線性關(guān)系。站前折返列車的運(yùn)行延誤將直接導(dǎo)致整個(gè)車站的折返延誤;而站后折返列車相對來說有充裕的運(yùn)行時(shí)間,較小的站后折返運(yùn)行延誤并不會直接導(dǎo)致整個(gè)車站的運(yùn)行延誤,這也為后續(xù)進(jìn)一步提升富錦路站折返效率提供了研究思路和研究方向。