设置站前交叉渡线初期终点站的近远期折返能力适应性研究——以南宁地铁2号线2期工程坛泽站为例

陈 骏， 袁 江， 王芳玲

(广州地铁设计研究院股份有限公司， 广东 广州 510010)

0 引言

由于城市发展水平及财政情况限制，对于一条较长的线路，一般采用分期实施方式进行建设，线路的起终点均设置折返配线，但折返方式不尽相同。站前渡线方式折返以其占地规模小、站型布置简单、折返走行距离短、行车间隔短等众多优点[1]，在目前的地铁工程设计中，常常设置在初期工程终点站，未来线路延伸后，站前渡线更多地将承担运营调车折返功能。鉴于单渡线站前折返能力有限，初期终点站一般设置站前交叉渡线用于初期车辆折返。

实际上，轨道交通线路设计初、近、远期的线路长度和分期建设情况是基于城市发展、线网规划、建设规划等进行判断，上位规划可能会由于各种原因发生变化，如城市总体规划调整导致线网规划调整、国家政策调整导致后续建设规划延期批复等，都会引起设计依据发生变化，最终产生本文所要讨论的问题： 设置站前交叉渡线的初期终点站面临着近远期线路不再延伸的问题，其近远期折返能力能否满足运营需求。

目前，国内学者已对站前交叉渡线的折返能力进行了一些研究。如招阳等[1]考虑了各专业的因素，对站前交叉渡线折返能力影响因素进行了归纳总结；李琼[2]对站前交叉渡线折返方式进行了研究，并提出提高折返能力的措施；张国宝等[3]对城轨列车各种折返方式的能力进行了分析与计算；程雯[4]以北京地铁6号线五路居站为例，分析了道岔型号与折返能力的关系；鲁秋子[5]通过建立CBTC安全距离计算模型，分析了站前折返安全距离长度对折返能力的影响；苗沁等[6]对列车折返过程和计算原理进行较为具体的分析；王国军等[7]从信号系统角度出发，对站前折返能力进行了计算；王俊峰等[8]以不同折返过程对站前折返间隔进行了详细的理论分析。然而，以上研究多是基于设计理论层面围绕折返方式的能力进行讨论，对可实施性涉及较少。

本文基于实际问题，即设置站前交叉渡线车站对于近远期线路不再延伸问题的适用性，提出研究方法及技术路线，从不同专业角度对折返能力进行分析，最后提出提高折返能力的、切实可行的措施，以期为类似工程折返配线设置提供依据和参考。

1 工程概况

南宁地铁2号线共分为3期建设。其中： 1期工程于2013年完成初步设计，2017年开通试运营；2期工程于2016年完成初步设计，2017年开工建设，计划于2020年开通试运营；3期工程尚处于规划阶段。

2期工程线路全长约6.3 km，共设置5座地下车站，设计初、近、远期采用6节编组的B型车，最高设计速度为80 km/h，全线采用9号道岔。2期工程在终点站(坛泽站)设交叉渡线，具备站前折返条件，考虑到侧式站台交叉渡线无法进行交替折返，折返能力受限，因此，车站设置为11 m的岛式车站，站后预留线路3期延长条件。南宁地铁2号线2期工程坛泽站(终点站)总平面示意图见图1。

图1 南宁地铁2号线2期工程坛泽站(终点站)总平面示意图(单位： m)

Fig. 1 General plan of Tanze Station of Phase 2 Project of Nanning Metro Line No. 2 (unit: m)

在2期工程初步设计阶段，将3期工程开通年定义为近期年限内，根据目前城市建设情况以及下一轮轨道交通建设规划情况判断，2号线3期工程很有可能在近期年限内不能如期开通，甚至线路不再继续延伸建设。因此，2期工程终点站的站前交叉渡线折返能力将面临着近远期的考验，对近远期站前交叉渡线的折返能力适应性需要重新衡量。2号线全线配线示意图见图2。

2 研究方法及技术路线

针对上述问题，本文提出并遵循以下研究方法及技术路线：

1)调整行车交路。根据客流预测情况以及近远期线路实施情况判断，调整行车交路，以满足最大断面客流需求。

2)研究站前交叉渡线的最大折返能力。从不同专业角度出发，探讨站前交叉渡线的最大折返能力是否满足近远期折返需求。

3)提出提高折返能力的有效措施。若站前交叉渡线未能满足近远期折返能力需求，则要从多方面(包括土建改造等)提出提高折返能力的措施，并进行综合比选。

4)总结分析近远期折返能力适应性。总结研究成果，得出结论，并提出相关解决方案及建议。

3 行车交路研究

3.1 原设计行车交路

2号线2期工程原初步设计交路如图3所示。

2期工程终点站坛泽站承担初期大交路14对/h的折返，近远期考虑线路延伸，大交路折返点调整至2号线全线终点站六晚站，系统规模预留30对/h，满足规范要求。

3.2 近期不能延伸

根据原行车方案，近期按2∶1开行大小交路，若3期工程延迟开工，可按原近期2∶1开行大小交路，大交路开行坛泽—西津，小交路开行玉岭路—秀厢，调整后的交路见图4。近期原预测最大断面客流为2.61万人次/h，可开行(14+7)对/h，列车定员按1 460人/列，运输能力按3.06万人次/h。

3.3 远期不能延伸

根据原行车方案，远期按2∶1开行大小交路，3期工程延迟开工，考虑玉岭路站距离坛泽站仅3个区间，远期大交路开行坛泽—西津，小交路开行玉岭路—秀厢，调整后的交路见图5。远期原预测最大断面客流为3.37万人次/h，可按1∶1开行(14+14)对/h，列车定员按1 460人/列，运输能力按4.08万人次/h。

3.4 小结

根据客流预测情况及行车交路设置，2期工程终点站(坛泽站)远期折返能力达到14对/h即可满足行车交路需求。

4 最大折返能力研究

由于各设计专业立足点不同，采用的计算方式也不尽相同，因此，站前交叉渡线最大折返能力应综合各专业计算成果，考虑一定余量(一般为10%[9])与运营实际情况后确定[10]。

4.1 行车设计专业

行车专业基于客流预测，通过牵引计算软件对通过折返线的列车进行模拟，得出单次折返时间，并计算其能力。折返时间主要包括列车进站时间、停站时间、办理进路时间、列车出站时间。停站时间是根据初步设计客流预测数据确定，本车站初、近、远期停站时间均为35 s，但考虑折返时上下行乘客同时在一侧站台上下车，同时在停站期间办理进路(通常按13 s计，包括按压或自动触发进路按钮3 s，选路及锁闭进路9 s，信号机开放时间1 s)[2]，计算折返能力时停站时间取60 s。此外，9号道岔曲尖轨侧向最大通过速度为35 km/h，为留有一定富余，牵引模拟时列车运行速度采用30 km/h。站前交叉渡线折返模式分3种，分别为单线折返侧进直出、单线折返直进侧出以及交替折返。

(a) 初期早高峰

(b) 近期早高峰

(c) 远期早高峰

(d) 系统规模预留

Fig. 3 Original designed return capacity of Phase 2 Project of Metro Line No. 2

图4 行车近期交路调整

Fig. 4 Short-term turnback capacity adjustment

图5 行车远期交路调整

4.1.1 侧进直出折返能力

根据计算，采用侧进直出方式折返(见图6)，车站折返能力为148 s(见图7)，即24.3对/h。

4.1.2 直进侧出折返能力

根据计算，采用直进侧出方式折返(见图8)，车站折返能力为153 s(见图9)，即23.5对/h。

图6 侧进直出折返示意图(单位： m)

Fig. 6 Turnback with lateral entry and straight out scheme (unit: m)

图7 侧进直出折返作业流程示意图(单位： s)

4.1.3 交替折返能力

根据计算，采用交替折返，折返能力可提高至120 s(见图10)，即30对/h。

4.2 信号设计专业

信号专业主要考虑信号反应时间、行车安全及列车速度因素，对通过折返线的列车进行模拟，得出单次折返时间，并计算其能力。主要设计基础参数有： 列车最高速度(顶棚速度)限速85 km/h，9号道岔侧向限速35 km/h，站台限速60 km/h，车站初、近、远期停站时间均为35 s。车辆性能参数有： 长度为119.676 m，保障制动率为0.85 m/s2，牵引切除时间为1.3 s，制动施加时间为0.9 s。列车牵引能力见表1。

图8 直进侧出折返示意图(单位： m)

Fig. 8 Turnback with straight entry and lateral out scheme (unit: m)

信号设计专业分别对列车采用单渡线折返及交叉渡线交替折返的时间间隔进行对比计算，结果见表2。

4.3 小结

根据行车设计专业以及信号设计专业的模拟计算，该站采用单渡线折返，最大折返能力为143～148 s，折返对数约为24对/h；采用交替折返，最大折返能力达到120～139 s，理想情况下最大折返能力可达到30对/h。

图9 直进侧出折返作业流程示意图(单位： s)

图10 交替折返作业流程示意图(单位： s)

表1 列车牵引能力

5 提高折返能力的措施

5.1 增加列车减速度

增加列车减速度带来的好处是减少列车进站时间，导致的后果是使乘客乘车舒适性降低。根据GB/T 14894—2005《城市轨道交通车辆组装后的检查与试验规则》[11]，为防止乘客摔倒等安全事故，车辆纵向冲击率即加减速度的变化率限制为1.0 m/s2。根据GB 50157—2013《地铁设计规范》[12]，为改善乘客乘车舒适性，冲击率不应大于0.75 m/s2。在前文的信号专业模拟结果中，减速度取0.6 m/s2，但实际模拟过程并不会达到这个数值。优化减速度后，折返时间间隔减少5～7 s，采用交叉渡线交替折返，折返时间达到132 s，约27对/h，具体模拟结果见表3，折返流程示意图见图11。

5.2 提高道岔侧向过岔速度

提高道岔侧向过岔速度也是通过减少列车进站时间增加折返能力。根据城市轨道交通列车通信与运营控制国家工程实验室白皮书《城市轨道交通列车运行速度控制导则》[13]的规定，9号道岔(普通尖轨)侧向临界速度为35 km/h，ATP顶篷速度为35 km/h，ATO目标速度不应小于25 km/h。由于信号专业模拟测试中考虑因素较多，安全富余量也较多，按照一般经验，当限速值为35 km/h时，模拟实际运行速度约为25 km/h[14]。

考虑上述原因，信号专业模拟对提高侧向过岔速度进行了相应的优化，结果见表4。当模拟实际过岔速度增至30 km/h，折返时间相应减少6～12 s，折返能力有了较大的提升，采用交叉渡线交替折返，折返时间达到了120 s，即30对/h，满足系统预留规模折返要求。

表2 信号模拟成果

表3 信号模拟成果(优化减速度)

表4 信号模拟成果(优化侧向过岔速度)

5.3 土建调整车站配线设置

为应对线路不再延伸的风险，可结合建设工期情况，采取调整车站配线的措施，但该解决方案调整较大，需要重新报批。针对本站进行2个方案的综合比选，分别为方案1——设置站前交叉渡线折返方案，方案2——设置站后单折返线折返方案。主要内容比选见表5。

表5 调整配线方案综合比选

对配线进行调整，可以说是从根本上改变折返方式，但调整设计需要重新审查、报批，对建设工期造成严重影响，同时该比选是基于车站尚未完工这种特殊情况下开展的，不具备一般性，其他工程需结合实际情况进行具体分析。

6 结论与讨论

设置站前交叉渡线的初期折返车站，根据设计模拟，在较为理想的情况下，采用单渡线折返，折返能力可以达到24对/h，采用交替折返可以达到30对/h，在本工程中满足调整后的近期(14+7)对/h、远期(14+14)对/h运营交路折返需求。考虑到实际运营中需要进行一定的安全储备(一般为10%)，为满足系统规模折返能力30对/h的需求，提出增加列车减速度、提高实际侧向过岔速度以及土建调整配线设置3个优化措施，增加站前交叉渡线的折返能力。其中： 前2个措施可能会对乘客乘车舒适性有一定的影响，第3个措施需要结合实际工程情况考虑，对土建投资和建设工期影响较大，不确定因素较多，可以作为参考，但不具备一般性。通过采取优化措施后，站前交叉渡线满足30对/h的系统规模折返能力要求。

纵观国内地铁终点站的设计案例，也有不少工程由于各方面因素采用站前交叉渡线进行折返，如广州地铁5号线滘口站、北京地铁6号线五路居站、无锡地铁3号线机场站等，均满足终点站折返能力要求。值得指出的是，站前交叉渡线交替折返对运营技术水平要求较高，因此建议继续提高运营水平，以解决折返能力瓶颈。