车辆段位于线路中部时向正线增加运行列车的能力研究

潘 琢 苗 沁 曾蓉娣

(1.中铁二院工程集团有限责任公司,610031，成都；2.西南交通大学峨眉校区交通运输系,614202，峨眉∥第一作者,工程师)



车辆段位于线路中部时向正线增加运行列车的能力研究

潘 琢1苗 沁1曾蓉娣2

(1.中铁二院工程集团有限责任公司,610031，成都；2.西南交通大学峨眉校区交通运输系,614202，峨眉∥第一作者,工程师)

当地铁的车辆段、停车场位于线路中部时,高峰期的加车将受到正线行车间隔的影响。本文对向正线增加运行列车的原理、过程进行详细分析,并通过计算得出能够保证向正线增加运行列车情况下的正线行车间隔,而且此行车间隔不影响后续列车正常运行。并给出了高行车密度下为了向正线增加运行列车可以采取的行车计划调整措施。

城市轨道交通; 车辆基地; 接轨方式; 行车间隔

First-author′s address China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd.,610031,Chengdu，China

目前,对地铁的能力研究主要集中于车站折返能力、车辆段(停车场)的出入段(场)能力。当车辆段(停车场)位于线路中部时,在高峰时段从车场向正线增加运行列车(以下简为“加车”),不仅受车场出段能力的影响,还受到正线行车间隔的限制。鉴于相关研究较少,本文专题对此进行研究,通过分析,计算出允许加车的正线最小行车间隔,即以此间隔行车时,加车和正线行车刚好不相阻碍。

1 车辆段的接轨方式

车辆段位于线路中部时的接轨方式一般有单侧接轨和八字线接轨两种,(如图1所示)二者各有优势。两种接轨方式的优缺点见表1。

图1 车辆段位于线路中部的接轨方式示意图

在实际的线路中,两种接轨方式均有应用,特别是在环线中对八字线的应用较多,如成都地铁7号线崔家店停车场、北京地铁10号线宋家庄停车场、上海轨道交通4号线的蒲汇塘基地，以及广州地铁11号线赤沙滘车辆段等。但具体的接轨方式应根据工程情况而定,本文仅从行车组织角度对其进行研究。

2 加车过程分析

加车是指为了保证早、晚高峰时段的行车对数,通常需要在早、晚高峰来临前将车辆提前从车辆段发出,经出段(场)线将车发至接轨站的过程。加车能力是指正线对来自车辆段列车的接纳能力，

表1 接轨方式优缺点分析

是由线路布局、列车性能、列控制式、列车在站作业时间等决定的，以及在不影响正线正常行车的前提下,允许车辆段向正线加入一列车的正线最小行车间隔。

这里重点以八字线顺向加车为例详细分析加车过程,并以文中所做相关假设为基础进行计算。

2.1 正线列车与出段列车运行过程

正线通过列车行车与出段列车行车间隔控制如图2所示。

图2 正线列车与出段列车行车间隔示意图

其加车过程如下:

(1) 当正线列车出清上行站台末端信号机时,即可开放停车线道岔防护信号机进站信号(道岔解锁和进路排列可在列车停站期间办理,但信号需等

正线列车出清出站信号机才能开放),开放信号时间t1。

(2) 信号开放后车载设备有一定延迟时间t2,此时车辆段列车从道岔防护信号机处启动加速进站停车,记所用时间t3。

(3) 出段列车停站上客时间(含开关门)t4。

(4) 出段列车起动加速至出清出站信号机时间记为t5。

因此正线列车与出段列车最小行车间隔为t12=t1+t2+t3+t4+t5。

2.2 出段列车与正线列车运行过程

出段列车出站与正线列车进站行车间隔控制如图3所示:

图3 出段列车与正线列车行车间隔示意图

(1) 出段列车出清出站信号机后,即可开放正线列车进站信号,时间t6。

(2) 此时正线列车存在一个临界点,其目的是保证正线列车正常运营状态下常规制动到进站限速,然后正常制动减速,在站台末端对位标前停车。其车载设备延迟时间记为t7,进站时间记为t8。

(3) 正线列车停站时间t9。

(4) 正线列车起动加速至出清出站信号机时间t10。

因此出段列车与正线列车最小行车间隔为t23=t6+t7+t8+t9+t10。

从以上分析可以看出:在加车时,不影响正线正常运营的最小行车间隔应该为正线列车与出段列车间隔加上出段列车与正线列车间隔。即tmin=t12+t23。

3 加车能力计算

3.1 计算基本参数

(1) 列车平均常用制动减速度为0.9 m/s2(75 km/h～0)。起动出站平均加速度为0.9 m/s2(0～40 km/h),0.6 m/s2(0～75 km/h)。

(2) 停站时间30 s,办理进路13 s,开放信号1 s,车载信号设备响应延迟时间2 s。

(3) 站台有效长度按B型车6辆编组取120 m,宽度11 m。

(4) 进、出站信号机距离站台端部6 m处,道岔防护信号机设于道岔中心前方16 m,道岔中心距离站台端部22 m。

(5) 正线间距14 m,采用9号道岔,实际限速30 km/h。

(6) 进入车站端部的速度按照规范要求不大于60 km/h,实际按55 km/h控制。

(7) 列车出清站台端部50 m后办理进路。

3.2 正线列车与出段列车行车间隔计算

正线与出段列车行车间隔主要分为列车进站、停站、出站三大过程。

3.2.1 列车进站时间

(1) 正线列车在停站期间可平行办理出段列车进站进路,但信号不开放。待正线列车出清站台50 m后,开放出段列车进站信号1 s。车载设备响应延迟2 s。此时出段列车从道岔防护信号机处启动加速至30 km/h。经计算该过程用时10 s,走行约39 m。

(2) 列车以30 km/h速度匀速过岔进站,进入站台有效长度范围内一定位置处开始减速停站。经计算,该点位置为车头距离站台远端约39 m处,走行时间约19 s。

(3) 列车从距离站台远端39 m处开始制动减速停车,经计算该过程为10 s。

列车进站过程总共用时42 s。

3.2.2 列车停站时间

列车停站时间主要由开关门时间、上客时间两部分组成。其中上客时间和上客人数有关。列车停站时间总共取为30 s。

3.2.3 列车出站时间

出站信号开放后,列车启动加速至尾部出清站台端部50 m(之后方可开放信号),经计算出站时间为23 s。

各道岔的距离取值如图4所示。

图4 正线列车与出段列车计算距离示意图

综上,正线列车与出段列车的行车间隔为:95 s。

3.3 出段列车与正线列车行车间隔计算

出段列车与正线列车行车间隔同样分为列车进站、停站上下客、出站三大过程。

3.3.1 列车进站时间

(1) 出段列车出清上行站台端部50 m后,开放正线列车进站信号1 s,车载信号响应延迟2 s,此时经计算正线列车位于进站站台端部112 m处。

(2) 正线列车距离站台端部112 m,从75 km/h开始制动减速至55 km/h,运行时间约8 s,此时列车车头位于车站端部位置。

(3) 正线列车以55 km/h速度减速进站至停稳时间约为22 s。

列车进站用时33 s。

3.3.2 列车停站时间

同上,列车停站取为30 s。

3.3.3 列车出站时间

正线列车启动加速至尾部出清站台端部50 m,同上出站时间为23 s。

各距离取值如图5所示。

图5 出段列车与正线列车计算距离示意图

综上,出段列车与正线列车的行车间隔为83 s。

为了更清楚地展示各个时间的衔接关系,采用横道图形式,如图6所示。

图6 正线最小行车间隔示意图

经计算正线最小行车间隔为178 s,即正线行车间隔2.96 min时可以由车场向正线顺利加车,且不影响正线的正常行车。相对应的正线行车密度为20对/h。

3.4 反向加车能力分析

反向加车时,加车进路与下行正线行车进路相敌对。由于敌对进路不能同时建立,所以列车反向出段时必须等待正线列车出清道岔才能办理出段进路。因此正线列车与反向出段列车的行车间隔需增加办理进路时间13 s,即108 s。因此反向加车最小行车间隔为108 s+83 s=191 s,加车能力为18对/h。

3.5 不同闭塞方式加车能力分析

城市轨道交通一般采用准移动闭塞或CBTC(基于通信的列车控制)移动闭塞系统,二者的主要区别在于追踪列车目标点的不同,准移动闭塞位于闭塞分区的分界处,移动闭塞则为前行列车的尾端。如图7所示。

图7 不同闭塞方式追踪原理

可以看出,采用CBTC移动闭塞比准移动闭塞可以拥有更小的行车间隔。对于本文来说,正线列车与出段列车之间不存在追踪,因为加车是从车辆段出车,出段至正线停车是由车站联锁控制,在道岔限速下运行至车站停车。出段列车与正线列车严格说也算不上追踪,因为正线列车即将到站停车,此时受ATO(列车自动运行)对位停车程序控制。因此,采用准移动闭塞和CBTC移动闭塞对加车能力影响不大。

4 加车过程运营组织

加车作业过程涉及到司机、行车调度员、信号楼值班员的互相配合,其主要过程如下:停车场信号楼值班员负责把车发至出段信号机前,之后的列车运行由正线的行调负责。司机遵从行调指令驾驶列车进入正线。正线行调可以为准备上正线的出段列车排进入正线的进路，对正线上的列车进行站台扣车，对正线的任一区段设置临时限速，为正线上的列车排列进路。列车以自动驾驶(AM)模式运行,运行安全受到ATP(列车自动防护)的全面防护,其中含联锁设备对敌对进路、交叉进路的限制,要么进路可以排列能够加车,要么进路不可以排列,也就是不能加车。不存在出段列车和正线列车相撞的安全风险。

5 结语

(1) 在本文的假定条件下,加车间隔为2.96 min。若正线行车间隔大于或等于2.96 min,加车对后续行车无影响。

(2) 若要在行车间隔小于2.96 min(对应的行车密度为20对/h)时加车,就需要对后续列车进行站台扣车,即人为地把正线上前后两列车之间的间隔拉大到2.96 min及以上。

(3) 一般城市轨道交通平峰时段的开行密度都不高,比如15对/h或更低,即行车间隔大于或等于4 min。因此从平峰期开始均匀加车至20对/h是完全没问题的。若从行车密度20对/h开始加车,部分车站就要使用扣车手段,或列车在区间限速运行等措施人为制造出一个加车间隔。当然,即便使用扣车手段,也并不意味着加车可以无限地进行下去,需受系统能力限制。

(4) 采用准移动闭塞和CBTC移动闭塞对加车能力影响不大。

(5) 反向加车能力稍低于正向加车能力。

[1] 薄青.哈尔滨地铁3号线线路设计中的若干问题研究[J].铁道标准设计，2012(8):16.

[2] 中华人民共和国建设部.地铁设计规范：GB 50157—2013[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

[3] 徐金祥.城市轨道交通列车运行自动控制技术[M].北京:中国铁道出版社,2013.

[4] 殷峻.城市轨道交通列车运行组织[M].北京:中国铁道出版社,2013.

Train Operation Increase Capability of Depot Located in the Middle of Urban Rail Transit linePAN Zhuo, MIAO Qin, ZENG Rongdi

When a depot is located in the middle of urban rail transit line,the insertion of train operation in rush hours is resticted by the headway of the mainline train service. In this paper, the train insertion principle and process are analyzed in details, the calculation result shows that the minimum headway where the train could be inserted will not cause any delay on the mainline.Therefore, a train regulation scheme is proposed in order to insert train from depot when the headway of the mainline train services is shorter than the required minimum headway.

urban rail transit; depot; connection mode; train headway

T 530.7

10.16037/j.1007-869x.2016.05.019

2014-09-12)