城市轨道交通尽端式站后折返线长度及效率计算

苏云峰邓志翔

（1.武汉铁路职业技术学院，430205，武汉；2.中铁第四勘察设计院集团有限公司通号处，430063，武汉∥第一作者，副教授）

城市轨道交通尽端式站后折返线长度及效率计算

苏云峰1邓志翔2

（1.武汉铁路职业技术学院，430205，武汉；2.中铁第四勘察设计院集团有限公司通号处，430063，武汉∥第一作者，副教授）

城市轨道交通折返站的折返能力是决定线路运营效率的关键因素之一。介绍了尽端式站后折返线信号设备的布置原则。从最快解锁道岔和列车以最小距离停在折返信号机前的角度，对尽端式折返线设计长度及列车折返时间进行分析计算，得出在最高折返效率下的折返线理论长度，为工程建设提供理论依据。

城市轨道交通；尽端式站后折返线；折返线长度；折返效率

First-author’s addressWuhan Railway Vocational College of Technology，430250，Wuhan，China

随着城市现代化步伐不断加快，城市内部可建设用地面积不断减少，土建工程成本节节攀升，因此，在保障城市轨道交通运营效率和安全的前提下，合理地设置特殊线路，如折返线、安全线、存车线等的长度，可以达到节省土建投资的目的［1］。

城市轨道交通信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。在运营重要性上，信号系统远高于其他弱电系统。因此，在设计某些线路长度时，必须符合信号系统的规范。如何在信号安全、运营效率和土建投资之间找到一个最佳的平衡点，是工程设计人员的一个难题。本文从信号安全和运营效率的角度，对城市轨道交通中常见的尽端式折返线设计长度进行了定量分析，并计算得到了该折返模式下的最小折返时间，为工程建设提供理论依据。

1 正线信号系统安全防护距离

目前，主流的城市轨道交通信号控制方案都采用基于无线通信的列车控制（CBTC）系统。其包含了列车自动防护（ATP）、列车自动运行（ATO）和列车自动监控（ATS）等子系统。正常运行时，列车一般采用ATO模式。该模式下的列车速度由计算机控制，速度变化平缓，增加了乘坐的舒适性和安全性；同时有效地减轻了驾驶员的劳动强度，并能实现与屏蔽门联动、精确停车等功能［2］。ATP系统可保障列车的速度不会超出限速，确保列车运行的安全。在ATP防护下采用ATO模式的列车紧急制动曲线如图1所示。

图1 ATP防护下的紧急制动曲线

由图1可知，在ATO模式下，列车速度应保持在紧急制动触发线以下，正常制动的停车位在S1处。一旦出现紧急情况，列车速度超过ATO控制曲线触碰到紧急制动触发线，且此时列车处于最大坡度的下坡路面，紧急制动率为最小值时，列车会主动切断牵引力，实施ATP紧急制动，停车点会在S2处。S1和S2之间的距离就是安全防护距离［3］。安全防护距离一般不会超过38.3 m，考虑一定的工程裕量，实际设置为45 m。该数值得到了各个信号设备供应商的一致认可。

2 尽端式站后折返线信号设备的布置原则

尽端式站后折返型站场示意图如图2所示，其中a为基本轨缝至计轴器的距离；b为列车正常制动距离；c为列车ATP停车精度；d为司机瞭望信号机的距离；e为一列远期车的长度；f为安全防护距离。图中的折返线和停车线皆可用于列车折返，但文献［5］通过分析计算指出，如果利用图中的停车线进行折返作业，其直进侧出的折返效率远低于侧进直出式。因此，尽端式站后折返线一般都采用侧进直出式，如图中虚线所示。

图2 尽端式站后折返站场示意图

折返线路上的信号设备主要包括信号机和计轴器。根据《地铁设计规范》，此处信号机和计轴器应该并置，但必须距前面的基本轨缝一段距离。因为任何计轴设备都会存在干扰抑制区，在该区域内不能安装例如牵引回流线等会带来强电磁干扰的设备，否则计轴器会出现计数不准的现象［4］。计轴器的干扰抑制区为±0.45 m。信号机前方的基本轨缝处要安装绝缘节鱼尾板和牵引回流线，绝缘节鱼尾板的标准宽度为0.42 m，牵引回流线根据种类的不同，安装宽度在0.5 m左右。此外，考虑到计轴设备不可能安装在枕木上，必须安装在枕木之间的空隙处，再加上工程安装误差等不确定性因素，计轴器距基本轨缝的距离一般设定为a=2 m。

地铁线路运营时，列车会处于各种驾驶状态，因此停车精度也有区别。一般人工驾驶时的停车精度较低，设定c=2 m；

普通列车地板距离轨面高度大于1 m，信号机灯位上方存在遮檐，如果司机要能清晰地看到信号机信息，必须有足够的瞭望距离，一般设定d=3 m。

因此在实际工程中，站台端部距离出站信号机的距离至少为c+d=5 m。

尽头型阻挡信号机与停车点之间的距离一般设置成为ATP防护下的安全防护距离，即f=45 m。

3 折返线长度及折返时间计算

我国城市轨道交通正线一般敷设9号道岔，交叉渡线上的一组双动道岔的岔尖基本轨缝之间距离约为67 m。9号道岔侧向允许的最高列车速度为35 km/h，但在折返处，列车的实际运营最高速度不会超过28 km/h。设列车的起动加速度a1=0.8 m/s2，正常停车减速度a2=1 m/s2，列车为6节A型车，长140 m。

方案一：最快解锁道岔。

该方案从最快解锁道岔考虑，计算折返线长度及列车折返时间。根据文献［6］，只有列车完全越过计轴器②时，双动道岔才能解锁，站台1的接车进路才能开放。因此，列车从站台1出发到车尾越过计轴器②的时间越短，站台1能办理接车进路的时间就越早，理论上该折返站列车折返的效率就越高。

列车从零速度加速到28 km/h所需时间t1≈9.7 s，行驶距离为S1=a1t21/2≈38 m。也就是说，在车尾越过计轴器②之前，列车速度已达到28 km/ h，然后匀速行驶，直至车尾越过计轴器②。此时双动道岔解锁，站台1可以办理接车进路。

与此同时，列车开始减速停车，到速度为零时，所需时间为t2≈7.8 s，行驶距离为S2=a2t22/2≈31 m。即列车经过9号道岔之后正常的制动距离b=31 m≫（c+d）=5 m，满足司机正常瞭望信号机。

因此，计轴器②前的基本轨缝至车档的距离为L=a+b+e+f=e+78 m。即尽端式站后折返线的长度为：1列车长+78 m。

折返间隔时分由以下几部分组成：

（1）列车进入折返线的时间T1；

（2）取消防护进路的时间T2；

（3）列车转换运行方向的时间T3；

（4）办理X4→X6进路的时间T4；

（5）列车进入上行站台，并出清X4→X6进路中第一个道岔区段的时间T5；

（6）后续列车的部分停站时间T6（含至折返线进路排列时间）。

列车从站台1进入侧向折返线时，最高运行速度不超过28 km/h，加速及减速时间分别为t1和t2，匀速运行的距离为e+2a+5 m+67 m-45 m=171 m，时间为t3≈22 s。因此，T1=t1+t2+t3≈40 s。

在列车折返过程中，T2、T3、T4的时间是重叠的，当列车越过计轴器②之后，防护进路解锁即开始进行；待列车停稳后，列车即开始转换方向，与此同时，新的进路也开始办理。一般而言T234≤20 s。

由于列车出清X4→X6进路行走的距离略小于列车进入折返线的距离，且出清X4→X6走的是道岔直向，因此T5会略小于T1，在此取T5≈T1= 40 s。

因此，列车的折返时间T=T1+T234+T5+T6=100 s+T6。

方案二：列车以最小距离停在②信号机前。

该方案考虑折返列车停在②信号机前5m，这样尽端式站后折返线的长度可达到最小，基本轨缝距离车档的距离L=a+c+d+e+f=e+52 m= 1列车长+52 m。

此时，列车从站台1到折返停车点所行走距离为e+2a+c+d+5 m+67 m=221 m。

加速时间t＇1=t1=9.7 s，行走距离S＇1=S1= 38 m。

减速时间t＇2=t2=7.8 s，行走距离S＇2=S2= 31 m。

按28 km/h匀速行驶的距离S＇3=221 m-S＇1-S＇2=152 m，时间t＇3≈20 s。

因此列车进入折返线的时间T＇1=t＇1+t＇2+t＇3≈38 s；列车从停车点进入到上行站台的时间T＇5≈T＇1=38 s。

此时的列车折返时间T＇=T＇1+T234+T＇5+T6=96 s+T6。

上述计算中，T6是根据运营间隔计算出来的。在高峰时期，由于列车发车频率高、追踪间隔小，T6数值较小，一般为20 s左右；而在非高峰时期，列车发车频率低，则T6取值较大。因此，尽端式站后折返线上，CBTC模式下最高折返效率可实现不大于2 min。

综上所述，方案一中列车从站台1发车至越过计轴器②所需时间为t1+t3=31.7 s；同理，通过计算可知，方案二中列车越过计轴器所需时间约为34.2 s，故方案一较方案二的道岔解锁时间提前了2.5 s，然而列车全程折返时间多出了4 s，且停车线长度需增加26 m。因此，方案二更加合理，工程性价比更高。

4 结语

城市轨道交通折返站的折返能力直接关系到线路的运营效率，折返线过长，会增加土建施工投资；折返线过短，则会降低折返能力。本文以尽端式站后折返线为例，在保障运营安全和效率的前提下，从信号系统的角度，通过该类折返线信号设备布局原理和数值计算，得到最佳折返线长度为1列车长+ 52 m，其最小折返时间不大于2 min。

［1］ 周鹏飞，刘金瑞.城市轨道交通工程折返线的防护距离分析［J］.铁路通信信号工程技术，2009，6（1）：36.

［2］ 付文刚.信号系统与屏蔽门系统的逻辑与控制［J］.城市轨道交通研究，2009（4）：50.

［3］ 李堂成.西门子准移动闭塞信号系统的安全区段概念［J］.城市轨道交通研究，2007（5）：49.

［4］ 弓剑.各类电子式计轴设备工程应用浅析［J］.铁道通信信号，2011，47（6）：34.

［5］ 邓红元.站后折返模式的分析与比较［J］.铁路通信信号设计，2002（4）：5.

［6］ 张滔.移动闭塞信号系统的安全距离计算浅析［J］.铁道通信信号，2010，46（6）：24.

［7］ 马能艺.一种常用折返站型的折返能力改进方案［J］.城市轨道交通研究，2013（2）：99.

Calculation of the Length and Efficiency of Turning-back Line at Urban Rail Transit Dead-end Station

Su Yunfeng，Deng Zhixiang

The back-turning capacity of urban rail transit station is one of the most important factors to affect the operation efficiency.In this paper，the principle of turning-back linesignal devices layout at dead-end station is introduced.Through analysis and calculation of the turning-back time and the design length of turning-back line based on the fastest unlock switch and the shortest train stopping distance，the theoretical length of turning-bake line is obtained，which has the highest turningback efficiency and could provide some theoretical support for other engineering projects.

urban rail transit；dead-end station turningback line；length of turning-back line；turning-back efficiency

U 231.1

2014-01-19）