现代有轨电车折返线布置形式及长度研究

王惠凤

(上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司,200125,上海//工程师)

现代有轨电车折返线布置形式及长度研究

王惠凤

(上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司,200125,上海//工程师)

现代有轨电车线路主要以地面敷设为主,与大运量快速轨道交通相比有很大的区别。应按照施工现场的地形情况,综合考虑远期线网发展、运营灵活性、经济技术、客运业务、折返能力、施工难度等因素,合理设计折返线方案。根据现代有轨电车的特点,分析了有轨电车起终点站折返线的型式,探讨了有轨电车折返线的设置原则,提出了折返线长度和安全距离计算方法,并以某工程中的参数进行了案例分析。

现代有轨电车; 折返线; 折返线长度

Author′s address Shanghai Urban Construction Design Institute (Group) Co.,Ltd.,200125,Shanghai,China

现代有轨电车属于中运量的公共交通系统,其在多层次公共交通体系中发挥着重要作用。现代有轨电车被定义为:采用低地板模块化的轨道车辆,通过轨道承重和导向,主要敷设在地面,依靠司机瞭望行驶,按公交化模式组织运营的城市公共客运系统。

正是由于现代有轨电车的敷设方式以地面为主,所以在有轨电车线路设计时,如何在满足系统功能的前提下尽可能合理地占用本就紧张的道路资源显得尤为重要。本文以起终点站的折返线为切入点,分析有轨电车起终点站折返线不同型式及其优缺点,同时探讨合理的折返线设置长度,以达到节约占用道路资源的目的。

大运量快速轨道交通系统(以下简为“轨道交通”),单向最大运送能力为15 000人次/h以上。现代有轨电车为下一层级的公共交通系统,即中运量公共交通系统,单向最大运送能力为5 000～ 15 000人次/h。

1 轨道交通折返线主要型式

折返线属于车站配线。列车经折返线可改变运行方向。轨道交通线路的折返线按其布置型式可分为尽头式及贯通式,按折返作业方式可分为站前折返、站后折返、站前站后混合折返。

(1) 尽端式折返:折返列车进出只能从渡线的一端进行,如图1所示。

图1 尽端式折返线示意

优点:分离列车折返作业和车站客运业务,降低列车控制难度,安全性更高。对于双折返线车站,如果列车发生故障,可利用折返线实现列车停放,不影响其他列车运行。

缺点:车站工程难度高、工作量大;选择站后折返方式会延长折返作业时间,只能完成列车某一端的折返作业。

(2) 贯通式折返:折返列车可经两端的渡线进出,如图2所示。

图2 贯通式折返线示意

优点:列车作业组织灵活,集列车到发和折返调头为一体,折返间隔短;能实现双向列车的折返作业,折返作业方式选择余地大;结构简单。

缺点:车站规模较大,站台利用效率低,旅客上下车易发生混乱;折返作业对正线行车有干扰,远端道岔距车站过远。

(3) 站前折返:在列车前进方向的到达端咽喉进行折返作业,如图3所示。

图3 站前折返示意图

优点:列车折返的过程中空走路程少,减少折返时间;不影响乘客上下车,停站时间和费用降低。

缺点:有进路交叉的问题,降低了行车的安全性;如果客流量较大易导致混乱,引起乘客上下车冲突。

(4) 站后折返:在列车前进方向的出发端咽喉进行折返作业,如图4所示。将距离出发正线最近的折返线作为列车折返路径,另一条备用。

图4 站后折返示意图

优点:安全性能好,站后列车进出站速度较高,有利于提高旅行速度。站后渡线使短交路更为便捷。

缺点:列车折返时间较长。环形线折返提高了线路的通行力,然而施工难度高、工作量大,钢轨的磨耗量大。站后尽端折返线使用较为普遍。

2 有轨电车折返线设置原则

由于有轨电车敷设方式以地面为主,占用道路资源,故其必然受到道路现状或规划条件的制约。可从以下几个角度考虑折返线布置方案。

(1) 折返作业量。根据早、晚高峰时段的折返作业量合理设置折返线数量。如果折返间隔比高峰时段需要的发车间隔长,就需要布置不少于1条折返线,在平峰期预先储备充足的列车,以保证密集发车。

(2) 站台布置形式。采用岛式站台时,站前折返能力比站后折返能力强;对于侧式站台,站后折返能力比站前折返能力强。因此,一般岛式站台与站前折返组合,侧式站台与站后折返组合。

(3) 线路建筑结构。有轨电车车站一般采用地面型式,折返线形式选择自由度比较大。应综合考虑环境、投资、效益、功能、安全等因素的影响,在实现功能的基础上降低折返模式的复杂度,减少工程费用。

(4) 道路环境。有轨电车一般沿地面敷设,与城市道路共享资源,车站折返型式既要满足现状道路的需求,又要与远期的道路规划相匹配。

结论:相较于轨道交通,现代有轨电车起终点站的折返型式比较简单,一般仅用于车辆掉头折返,很少用于故障停车及早晚存车用。现代有轨电车起终点站的折返型式一般采用简单的站前或者站后折返,根据不同的站型、远期发车对数、现场周边的道路环境,综合选择合适的折返型式。

3 轨道交通折返线长度

在保障运营效率和安全的前提下,合理选择折返线的布置形式及折返线的有效长度,既能节约土地及工程造价,又能提高线路的运营能力。

GB50157—2013《地铁设计规范》明确规定了折返线的有效长度,如下所示:

尽端式折返线长度为50 m+列车长度。安全距离包括信号瞭望和停车误差距离。

贯通式折返线长度为60 m+列车长度,安全距离为50 m,还包括10 m信号瞭望长度。

所以,贯通式和尽端式的安全距离均为50 m。

尽端式折返线长度=列车长度+安全距离,为车挡与道岔前基本轨接缝中心之间的距离。在施工过程中,安全距离包括信号瞭望距离和右侧停车误差。同时,不能忽略安装应答器的空间、安装信号机的空间、信号瞭望计轴和距离、左侧停车误差等因素的影响。因此,尽端式折返线长度=车档与道岔前基本轨接缝中心之间的距离=安装应答器的空间+安装信号机的空间+信号瞭望计轴和距离+左侧停车误差+安全距离+列车长度。如图5所示。

目前,我国轨道交通信号控制系统大多为CBTC(移动闭塞)系统,利用无线通信技术进行信号传输。ATC(列车自动控制)系统由ATS(列车自动监控)、ATO(列车自动运行)、ATP(列车自动防护)等子系统构成。实际行驶中,列车驾驶模式为ATO,ATP系统仅用于限制列车行驶速度。图6为ATP和ATO模式下列车紧急制动曲线。

图5 尽端式折返线原理

由图6可以看出,采用ATO驾驶模式时,列车速度始终低于紧急制动触发线,S1为列车正常制动条件下的停车位置。当发生紧急故障,列车速度达到紧急制动触发线,同时,列车紧急制动率为最小、且列车位于最大坡度的下坡道上等多种不利情况下,列车牵引力会自动切断,通过ATP紧急制动在S2处停止。安全距离即S1到S2的距离。

图6 ATP防护下的紧急制动曲线

4 有轨电车折返线长度

目前我国现代有轨电车尚无统一的设计规范,设计时基本都是参考国内现有的地铁设计规范或者国外的有轨电车设计规范。

为保证客流量的要求,有轨电车线路一般均需要考虑在老城区道路上敷设。一般老城区道路具有道路路幅窄、交通量大、道路网密度大、路格街区短等特点,如果有轨电车线路起终点位于该区域,对于起终点线路折返线的长度必然会有一定的限制,若折返线长度严格参照轨道交通的规范执行,显然不太合理,也是没有必要的。

4.1 国外有轨电车设计导则

国外很多设计导则中对于终点站的描述为:在有轨电车终点处,应有一个将超出正常运营范围的有轨电车安全带入一个沙坑或其他地方的措施。措施包括采用一个或多个车挡、沙袋,钢轨表面铺软碎石,有吸收能量性能的物体如大型植物,等等。措施的选择应基于所在地段的可实施性,以及与周边环境相协调的基础上。有轨电车驶出正常范围时,可能产生更大的风险,因此选择的措施应能防止行人滞留在有轨电车驶出的区域。

4.2 有轨电车折返线长度的计算

对于有轨电车起终点折返线长度的计算,本文仅讨论常用的尽端式站后折返型式,其他型式的计算原理同样,本文不予阐述。

有轨电车没有自动控制系统,其行车完全依靠司机的目视。目前国内已通车的城市中,有轨电车全部采用人工驾驶模式。

如图7所示,现代有轨电车尽端式站后折返线的长度为:

L=L1+L2+L3+2L4

式中:

L1——远期列车长度;

L2——安全防护距离;

L3——岔区长度(线间距×6,有轨电车正线一般采用6号道岔);

L4——轨道电路、轨道电路距道岔距离、6号道岔a值、停车误差和信号瞭望距离之和。

图7 有轨电车尽端式站后折返线原理

L1～L4中,除了L2需要计算确定,其他的都可根据列车模块长度、信号确定,且每个工程的列车模块、信号选型不同,其长度稍有差异。

有轨电车站后车档一般采用隐形车档,其景观比较好,能阻档的速度为3 km/h,故它能起到的作用有限。折返线站后的安全距离为下列两种运行模式下的距离差。

模式1:列车以最高加速度从车站出发,当速度达到列车能在车档前的停车线前停车的最高速度或运行线路限定的最高速度后,列车采取最高常用制动,列车恰好在停车线处停止的距离。

假设:模式1中的最大速度为v0;列车从站台起动,以最大牵引加速度运行至最高速度,行驶距离为D1;采用最高常用制动,列车恰好在停车线处停止,行驶距离为D2。D2包括两段,一是建立最高常用制动时列车行驶的路程(建立最高常用制动的时间为2 s,认为该距离内列车以v0恒速行驶);二是最高常用制动发挥效果的过程中列车行驶的路程。则:

D1+D2=L1+L3+2L4=

v0=gmaxt1=gmint2

式中:

gmax——列车最大牵引加速度;

gmin——列车常用制动减速度;

t1——列车以最大牵引加速度由零加速到v0所用时间;

t2——列车以常用制动减速度由v0减速到零的时间。

以某工程为例,L1=38 m,L3=24 m,L4=21 m,gmax=1.0 m/s2,gmin=1.2 m/s2,得D1=46.24 m,D2=57.76 m,v0=34.6 km/h。

模式2:列车以允许的最大牵引加速度从车站出发,当速度达到列车能在车档前的停车线前停车的最高速度或运行线路限定的最高速度后,列车采取最大制动后失败,由司机人工按紧急制动后运行的距离。

假设:模式2中车辆加速到v0;司机触发常用制动,但施加最大常用制动失败(牵引已切除),司机拍下蘑菇触发安全制动至停车,运行的距离为D′2。常用制动失败车辆发出蜂鸣报警,司机拍下蘑菇触发安全制动的定义时间为2 s。

式中,v0=34.6 km/h,g′min采用最不利的1.5 m/s2,得D′2=69.29 m。

则折返线站后的安全距离为D′2-D2=11.5 m。

5 结语

通过分析轨道交通折返线及安全距离长度的相关要求,根据有轨电车与轨道交通不同的特点,分析了适用于有轨电车的折返线型式,提出了折返线长度及安全距离计算方法。

有轨电车折返线的长度需根据列车模块长度、信号确定。每个工程的列车模块、信号选型不同,长度稍有差异。在具体的工程实践中,可根据具体情况套用参数计算即可。设计时,应结合地形地貌、沿线的道路条件、沿线交通及规划,严格分析各段比选方案,以节省工程投资,减小施工风险,控制工期和造价。

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Layout and Length of the Turn-back Line for Modern Tram

WANG Huifeng

Modern tram is mainly constructed on the ground,significantly different from rapid rail transit with large capacity.The turn-back line between departure station and terminal station in modern tram shall be carefully designed according to the terrain conditions, with a full consideration of the long-term network development planning,operation flexibility,technical specifications,passenger service organization,turn-back capacity and engineering difficulties.In line with the characteristics of modern tram,various forms of turn-back line between departureand terminal stations are analyzed,the layout principle is discussed.On this basis,a calculation method for the proper length of turn-back line and the safety distance is proposed by referring to the practical parameters obtained from a construction project.

modern tram; turn-back line; length of the turn-back line

U482.1

10.16037/j.1007-869x.2017.04.019

2016-04-06)