地铁折返站行车能力的分析与研究

张 耀

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710045)

0 引言

随着我国城市地铁交通的快速发展，居民出行对于地铁的依赖度越来越高。随着一、二线城市人口的不断聚集，以及客流量的不断增大，地铁运行强度也在不断增加，部分已运营地铁线路的运输能力已接近饱和。因此，部分地铁线路常见的状况是：早晚高峰在车站外采用限流措施、在车站内乘客大量滞留、上下车严重拥挤、屏蔽门和车门多次关启、列车超负荷运行等。这就引起地铁服务质量明显下降等一系列连锁反应。这些状况形成的主要原因是线路的行车能力不足。

线路行车能力是线路上各个因素综合作用的结果。新建线路通过选用较宽车型、增加车辆编组、调整车站数、采用全自动无人驾驶等措施，在建设前期提高线路的行车能力。因为线路车辆、配线、设备均已固定，已运营线路的最大行车能力受限，所以只能通过优化行车组织方式、信号设备布置等方法，在一定范围内提高行车能力[1]。

行车能力研究的重点是分析线路上列车的行车间隔。线路上不同区段的行车间隔一般都不相同。线路的最小行车间隔受制于正线行车间隔和折返站行车间隔，取两者中的最大值[2]。折返站往往是线路折返能力的薄弱环节。本文针对地铁折返站,分析与研究不同折返方式下的行车间隔和行车能力。

1 行车能力理论分析

行车能力是指当线路上车辆、配线、设备等固定时，一个区段单位时间内能通过的最大列车对数。而一条线路由多个区段和两端的折返站组成。每个区段的限制因素均不同，因此每个区段的行车能力也不尽相同。其中，行车能力最弱的区段将限制整条线路的行车能力[3]。

首先，假设前后两列车为平行运行。平行运行是理想模型，是指同一方向列车在同一区段内的运行速度相同，在两端折返站的折返方式也相同，两列车的运行线路相互平行。其次，确定此区段全天24 h内在运列车的有效运行时间，以及列车经过此区段的通过时间。由此，即可得出此区段的行车能力[4]。计算方式为：

(1)

式中：N为行车能力；Tg为列车日常维护维修等必须占用的固定时间;Tt为一列车在本区段运行通过时间；f为有效利用系数。

假设此区段为从A站的出站信号机XA到B站的出站信号机XB。列车运行区段如图1所示。

图1 列车运行区段示意图Fig.1 Schematic diagram of train running section

根据列车在此区段的通过时间，式(1)可变为：

(2)

式中：tpl为系统排列进路时间；tqd为列车的启动时间；tyx为列车从信号机XA运行至信号机XB并停稳所需的时间；tzt为列车停在B站的时间。

式(2)中增加了∑，是因为对于复杂的区段，系统可能经过多次排列进路，多次启动、运行和停车。一条线路建成后，系统单次排列进路时间、列车每次的启动时间一般为固定值[5]。因此，∑tpl、∑tqd与排列进路、列车启动的次数有关。∑tyx为列车在该区段的总运行时间。区段长度、区段的配线情况、是否经过道岔侧向等都影响着每个区段的运行时间，并且在一个区段列车可能经过多次运行。∑tzt为列车在车站的总站停时间。每个站的站停时间取决于车站性质、客流的强度。如列车跳站运行，则总停站时间为多次站停时间之和。

结合式(1)和式(2)可知，一个区段的行车能力与列车在该区段的通过时间Tt成反比。某区段的通过时间为前、后两列车的最小行车间隔或追踪间隔。本文中研究的行车间隔均与通过时间相等，为最小行车间隔。一条线路由很多区段构成。其中，行车能力最差的区段会影响整条线路的行车能力。由于需要系统经过多次排列进路，列车经过多组道岔侧向，并且要完成车头车尾系统换端，所以每条线路的折返站往往是限制该线路的行车能力的关键。

2 折返站的行车能力

折返站的行车能力也就是折返能力，体现在连续两列车的追踪能力上。由于配线设计不同，折返站采用不同的折返方式。常见的折返方式有站前折返和站后折返[6]。折返站的行车能力之所以制约线路行车能力，是因为一般折返作业由多个过程组成，每个过程的运行间隔均不相同，折返能力最终取决于运行间隔最大的过程。

2.1 站前折返

站前折返方式有两种。方式一是仅利用其中一个股道进行折返(以IIG为例 )。采用方式一的站前折返如图2所示。

图2 站前折返示意图(方式一)Fig.2 Schematic diagram of turn-back before station(Scheme 1)

折返时，列车从信号机X1行至IIG，再由IIG驶离信号机X2。此过程中只允许有一列车进行折返作业，直到列车离开信号机X2处的计轴磁头，才允许信号机X1再开放。因此，此时的折返间隔也就是信号机X1的信号开放间隔。

以X1为起点。X1的信号开放间隔由以下六个过程组成。

①系统排列进路时间tpl。

②列车的启动时间tqd。

③列车的运行时间tyx1：列车从信号机X1出发，经过1#、2#道岔侧向，至IIG停车。

④列车的站停时间tzt：站停时系统办理发车进路。

⑤列车的启动时间tqd。

⑥列车的运行时间tyx2：列车从信号机S2出发，车尾出清信号机X2处的计轴磁头。

经过以上六个过程的时间间隔，信号机X1可再次开放。折返间隔Tt为上述六个过程时间的总和。

方式一的折返进路比较简单，仅利用IIG侧站台上下乘客。但是，对于客流量大的折返站，单侧站台同时上下乘客易造成拥堵。

方式二是同时利用IG和IIG进行折返，且需保证站台两侧至少有一列车在上下乘客；不同站台的接发车进路不同，相关进路交替排列；起始状态以站台两侧均停一列车开始。采用方式二的站前折返如图3所示。

图3 站前折返示意图(方式二)Fig.3 Schematic diagramof turn-back before station(Scheme 2)

方式二的作业流程如下。

①列车A从信号机S1发车，经过3#、4#道岔侧向，出清道岔区段。

②列车C从信号机X1进站，经过1#、4#道岔定位，至IG停车。

③列车B从信号机S2发车，经过2#、3#道岔定位，出清道岔区段。

④后续列车从信号机X1进站，经过1#、2#道岔侧向，至IIG停车。

以上四个过程，还可以按照方式一的方法细分为tpl、tqd、tyx、tzt等过程。

采用方式二折返时，由于路径不同，相邻两列车的间隔时间不同，折返站的折返能力取决于相邻列车的最大时间间隔。

2.2 站后折返

站后折返如图4所示。图4所示的车站配线在正常情况下均采用站后折返。仅当站后道岔转辙设备出现故障时，将站前折返作用备用折返。以信号机X1为起点，IIIG作为折返轨。此过程中可同时有多列车进入准备或开始折返作业。折返的关键径路有三条，对应的信号机分别是X1、X2和S4。每条径路的行车间隔即对应信号机的信号开放间隔。

图4 站后折返示意图Fig.4 Schematic diagram of turn-back after station

信号机X1的信号开放间隔由以下几个过程组成。

①系统排列进路时间tpl。系统排列信号机X1至信号机X2的进路。

②列车的启动时间tqd。车载设备收到地面进路指令，启动列车运行。

③列车的运行时间tyx1。列车从信号机X1出发，至IG停车。

④列车的站停时间tzt。站停时系统办理发车进路。

⑤列车的启动时间tqd。车载设备收到地面进路指令，启动列车运行。

⑥列车的运行时间tyx2。列车从信号机X2出发至IIIG，车尾出清信号机S4处的计轴磁头。

信号机X2的信号开放间隔由以下几个过程组成。

①系统排列进路时间tpl。系统排列信号机X2至IIIG的进路。

②列车的启动时间tqd。车载设备收到地面进路指令，启动列车运行。

③列车的运行时间tyx1。列车从信号机X2出发，经过3#、4#道岔侧向，至IIIG停车。

④系统排列进路时间tpl。系统排列进路时；车头车尾完成换端。

⑤列车的启动时间tqd。车载设备收到地面进路指令，启动列车运行。

⑥列车的运行时间tyx2。列车从信号机S4出发，车尾出清信号机X3处的计轴磁头。

信号机S4的信号开放间隔由以下几个过程组成。

①系统排列进路时间tpl。系统排列信号机S4至IIG的进路。

②列车的启动时间tqd。车载设备收到地面进路指令，启动列车运行。

③列车的通过时间tyx1。列车从信号机S4出发，至IIG停车。

④列车的站停时间tzt。站停时系统办理发车进路。

⑤列车的启动时间tqd。车载设备收到地面进路指令，启动列车运行。

⑥列车的通过时间tyx2。列车从信号机S3出发，车尾出清S3处的计轴磁头。

X1、X2和S4对应的信号开放间隔即每段关键径路的折返间隔时间Tt，而该折返站的折返间隔应该为三个折返间隔的最大值。根据式(1)可知，折返间隔最大的折返站的行车能力最差，也决定了整个车站的折返能力。

3 滘口站折返能力优化方案

滘口站为广州地铁五号线的端头折返站，于2009年开通运营。滘口站配线如图5所示，滘口站采用站前折返，高峰期的最小折返间隔为126 s。五号线客流量大，然而滘口站的折返能力限制了五号线的加车需求，制约了五号线的运营效率。

图5 滘口站配线示意图Fig.5 Wiring diagram of Jiaokou Station

滘口站采用站前折返的第二种方式，即同时利用两侧站台进行交替站前折返，保证站台区至少停留一列车。站前折返时站前道岔区段只允许列车单向通过，即同一时刻只能允许有一条进路占用站前岔区，因此降低站前岔区的占用时间是提升折返能力的关键。

结合图3并通过流程分析可知，滘口站进行折返时，列车由正线至滘口站站台停车的接车进路时间较长。在移动闭塞模式下，此段接车进路不仅包括信号机X1距站台停车点的距离，还应包括两站间信号触发点距X1的距离。触发点一般由设备厂家根据线路牵引仿真数据计算确定。滘口站的X1位置距离防护道岔岔尖位置较远，触发点距离X1更远。因此，如果将X1向其防护道岔的岔尖位置移动，可缩短滘口站进站的接车进路长度，从而减少此流程占用时间。信号集成商根据此方案对滘口的折返间隔进行了牵引仿真计算。结果显示，滘口站的最小折返间隔可减小至120 s以内。

降低站前岔区占用时间的另一个方案是提高列车的侧向过岔速度。牵引仿真计算结果显示，信号系统内部将道岔的侧向运行速度由40 km/h提高至45 km/h，可使折返间隔缩小2 s。由于道岔的侧向运行速度受轨道道岔侧向限速的影响，必须先明确轨道道岔侧向限速。

根据分析可知，影响滘口站折返间隔的关键在于减小站前岔区占用时间。通过缩短进站接车进路的距离和提高列车侧向过岔速度，可压缩站前岔区占用时间，从而提高滘口站的行车能力。

4 结论

根据分析可知，区段的行车能力与列车的通过时间成反比。通过时间取决于行车间隔。行车间隔与区段内的行车组织方式、行车路径有关。其中，折返站的行车间隔是关键。折返站的行车能力取决于行车间隔，而行车间隔与车站的折返方式有关。折返方式越复杂，折返中的流程越多，系统排列进路和列车启动的次数越多，行车间隔越大，折返能力越差。结合广州五号线滘口站的实际情况，采用缩短滘口进站接车进路的距离和提高列车侧向过岔速度等折返能力优化方案，将滘口站折返时的行车间隔从126 s缩短至120 s以内，提高了滘口站的行车能力。