上海轨道交通5号线莘庄站站后折返能力改进分析

刘 建

(中铁上海设计院集团有限公司，200070，上海//工程师)

上海轨道交通5号线既有线信号系统按当时远期行车(4 节编组)间隔163 s 设计。新一轮上海城市轨道交通规划要求既有5号线及5号线南延伸建成后，初、近期行车间隔约为150 s，远期为120 s。因此，既有5号线信号系统已不能满足未来5号线南延伸接入后贯通运营的需求，需对既有5号线信号系统同步进行CBTC(基于通信的列车控制)改造。莘庄站作为大小交路的折返点，其折返能力对实现运营交路至关重要。本文就如何提高莘庄站折返能力进行分析与探讨。

1 工程条件

1.1 运营组织

根据5号线南延伸工程初步的行车组织要求，5号线全线远期开行对数为30 对/h，如图1所示。因此，莘庄站作为大小交路的折返点，折返能力需达到30 对 /h 及以上。

图1 5号线初、近、远期行车交路图

1.2 站台扩建

既有5号线莘庄站有效站台长度为80 m。根据5号线南延伸初步站台扩建方案，5号线莘庄站将按照远期接发6 节编组列车要求进行站台“4 改6”扩建，下行站台向西扩建40 m，上行站台向东扩建14 m、向西扩建26 m，如图2所示。

1.3 仿真参数

仿真分析和实际折返能力计算表明，由于4 节编组列车走行距离较短，其折返能力一般优于6 节编组列车折返能力。因此，本文主要针对6节编组列车折返能力进行分析。6 节编组列车仿真参数如下:

图2 莘庄站初步站台扩建方案

·线路最高运行速度:80 km/h;

·站台限速:60 km/h;

·既有直线尖轨道岔侧向限速:30 km/h;

·更换曲线尖轨道岔侧向限速:35 km/h;

·列车折返安全防护距离:50 m;

·列车平均加速度:列车速度从0～30 km/h 时为 0.97 m/s2，从 0～80 km/h 时为 0.60 m/s2;

·最小保证紧急制动率:隧道段水平轨道为0.89 m/s2，地上段水平轨道为 0.72 m/s2;

·仿真冲量:0.75 m/s3;

·常用制动率:1 m/s2;

·常用制动延时:2 s;

·牵引切除时间:0.2 s;

·自0 至90%的EB(紧急制动)等效建立时间:1.6 s;

·既有直线尖轨道岔转动时间:11 s;

·更换曲线尖轨道岔转动时间:9 s;

·列车自动换端时间:20 s;

·列车模式转换时间:10 s。

2 既有线路折返能力分析

既有5号线莘庄站站后设置交叉渡线，列车折返可采用直进侧出、侧进直出和交替折返3 种方式。一般来讲，侧进直出折返方式比其他两种的折返能力高，且在实际运营过程中较为常用。因此，本文对莘庄站6 节编组列车采用侧进直出折返方式的折返能力进行仿真分析。

为了尽量减少对既有线路和运营的影响，本方案从增加下行站台站后长度角度出发，缩短站台与既有道岔岔尖的间距，提高既有线路的折返能力。如图3所示。

根据站场布置，利用初步的仿真参数，对莘庄站折返能力进行了仿真计算，如表1所示。

图3 利用既有线路延长折返方案

表1 莘庄站折返能力计算1

通过仿真计算，莘庄站初步的追踪折返间隔为135.5 s，不能满足初期 133 s 的需求。

3 影响折返能力的关键因素

从折返能力分析可以看出，影响莘庄站折返能力提升的关键因素主要包括:

(1)进站安全防护距离。根据信号系统技术要求，列车进站一般需要50 m 的安全防护距离。对于6 节编组列车，进站需要锁闭折返道岔，后车需要等待前车出清岔区，且道岔转至定位锁闭后才能进站，两车的折返间隔受到道岔影响。若能够通过移动站台或道岔，使得列车进站不锁闭道岔，则折返能力可得到提升。

(2)道岔侧向限速。既有5号线莘庄站站后交叉渡线道岔的侧向限速为30 km/h，列车在ATP(列车自动防护)下的实际过岔速度只有22 km/h，导致列车走行时间较长，影响了折返能力的提升。若能改为侧向限速35 km/h 的道岔，列车实际过岔速度可达到27 km/h，从而缩短列车走行时间，提高折返能力。

(3)站后折返轨曲线限速。既有莘庄站站后折返轨存在一段半径300 m 的曲线，曲线限速为30 km/h，列车进入限速区域后运行速度为22 km/h，影响了折返时间。若该曲线拉直或限速为35 km/h，列车进入限速区域后至少可根据道岔侧向限速按27 km/h的速度行驶，列车折返能力将得到提升。

试验地设在南昌市南昌工程学院生物技术实验基地。南昌工程学院位于南昌市东部，紧邻艾溪湖湿地公园和瑶湖森林公园。南昌市地处江西中部偏北，赣江、抚河下游，濒临鄱阳湖西南岸，位于东经115°27′～116°35′、北纬28°09′～29°11′，属亚热带湿润季风型气候，气候湿润温和，日照充足，降雨量充沛，夏季多偏南风，冬季多偏北风，年无霜期长、冰冻期短。

(4)停站时间。5号线南延伸后，莘庄站停站时间按照设计要求为40 s，也是影响折返能力的因素，适当缩短停站时间，将会提升列车折返能力。

4 折返能力改进分析

由仿真分析和实际折返能力计算可知，对于进站列车需锁闭站后折返道岔的情况，当停站时间大于35 s 时，折返能力达到120 s 比较困难。适当缩短停站时间虽可有效缩短折返间隔，提高折返能力，但会对运营能力造成较大影响，故本文主要从改进其余3 个关键因素出发进行仿真分析。

4.1 道岔不动，减少站台与道岔间距，折返轨拉直延伸

为尽量减少对既有线运营的影响，本方案利用既有道岔，将下行站台与既有道岔岔尖的间距缩短，以增加下行站台站后侧的长度，减少列车折返走行距离;同时将站后折返线拉直延长，提高折返轨限速，达到尽量提高折返线折返能力的目的，如图4所示。

图4 利用既有道岔折返方案

根据修改后的站场布置，利用初步的仿真参数，对莘庄站折返能力进行了重新计算分析，如表2所示。

根据仿真计算结果，初步折返能力约为28 对/h，满足初期运营需求;同时，此方案中停站时间对折返能力影响较大，近、远期可通过缩小停站时间适当提高折返能力。

表2 莘庄站折返能力计算2

4.2 更换道岔，增加站台与道岔间距，提高过岔速度，折返轨拉直延伸

为增加进站安全防护距离，将既有交叉渡线往站后移动，使得站台与道岔岔尖距离满足安全防护距离不小于50 m 的要求;同时，将既有直线尖轨道岔更换为曲线尖轨道岔，使得折返道岔侧向限速达到35 km/h;再者，为了提高站后折返轨曲线限速，将站后折返线拉直延长。如图5所示。

图5 更换道岔折返方案

根据修改后的站场布置，利用初步的车辆参数，对莘庄站折返能力进行了重新计算分析，如表3所示。

本方案设计需更换交叉渡线，工作量较大;同时站后折返线长度要求较长，对土建用地提出了更高的要求。但是，更换并移动道岔后，道岔岔尖与站台边距离满足了列车进站的安全防护距离，使得列车进站时道岔防护在直向或侧向都不会影响已进入折返线的折返列车，且提高了道岔侧向限速和折返线限速，从而大大提高了折返能力。根据上述仿真计算，停站时间对折返间隔不造成影响。

表3 莘庄站折返能力计算3

5 建议

本文分析了上海轨道交通5号线莘庄站改造过程中影响折返能力的关键因素，对几种典型的改进方案进行仿真计算。结果表明;

(1)如果终端站土建条件比较宽松，且对列车折返能力要求较高，建议将站后交叉渡线移出CBTC 列车进站防护区，使得列车进站不用锁闭道岔;同时，提高折返轨和折返道岔侧向限速，以缩短走行时间。此方案既能保证停站时间，又能使终端站的折返能力达到最大。

(2)如果终端站土建条件比较困难，且对列车折返能力要求相对宽松，建议尽量缩短站台与折返道岔的间距，减少列车走行距离;同时，提高折返轨侧向限速，以缩短走行时间，并且缩短列车停站时分。此方案可利用最有限的资源达到最大的折返能力。

莘庄站作为1、5、17号线的3 线换乘车站，在上海轨道交通网络中起着至关重要的作用。对于5号线而言，受宝成路下穿立交影响，莘庄站站后折返线可延伸长度有限，不能满足6 节编组列车的临时过渡折返。考虑到初期折返线改造对CBTC 改造和开通的影响较大，同时为尽量减少初期停运改造对运营的影响，建议初期采用不移动道岔方案，在近期选择合适的时机提前对交叉渡线进行相关的改造工作。

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