摘 要 地鐵安全線在日常運營中對保障運營安全有著重要意義。目前《地鐵設(shè)計規(guī)范》中對安全線長度的規(guī)定比較宏觀,不能滿足所有工程的需要。如何根據(jù)實際的運營需要,選擇合理的安全線長度,在工程中有著重要的意義。從工程實踐出發(fā),探討了不同情況下的折返線長度計算。建議在修訂《地鐵設(shè)計規(guī)范》時應(yīng)對安全線的設(shè)置作出更詳細(xì)的規(guī)定,并制訂可行的計算方法。
關(guān)鍵詞 地鐵;安全線;計算方法
1 安全線的功能
安全線是列車運行隔開設(shè)備之一。安全線設(shè)置的主要目的是為了防止在車輛段出入線、折返線和支線(岔線)上運行的列車未經(jīng)允許進入正線與正線列車發(fā)生沖突;或者由于進路沒有開通時列車冒進導(dǎo)致列車擠占道岔而發(fā)生列車出軌事故。在折返線上設(shè)置安全線(本文將折返線上設(shè)置的超過列車長度的部分也歸于安全線的范疇),除了防止與正線列車沖突外,還可以保證列車具有較高速度,以提高線路通過能力。
安全線長度的準(zhǔn)確設(shè)置不但可以保證日常運營安全,也可以使工程控制在合理的規(guī)模,以節(jié)約工程投資。
2 安全線設(shè)置
安全線通常在以下情況下設(shè)置:
1) 當(dāng)車輛段(場)出入線上的列車在進入正線前需要一度停車,且停車信號機至警沖標(biāo)的間距小于制動距離時,宜設(shè)置安全線(見圖1)。該規(guī)定適用于出入段線從區(qū)間接正線的情況。
2) 當(dāng)折返線末端與正線接通時,宜設(shè)置道岔隔開設(shè)備。在通常情況下,道岔隔開設(shè)備主要指安全線(見圖2)。
3)岔線(支線)在站內(nèi)接軌,當(dāng)與正線間為島式站臺,且站臺端至警沖標(biāo)的距離大于或者等于60m時,可不設(shè)列車運行隔開設(shè)備(見圖3);若為側(cè)式站臺,宜設(shè)置道岔隔開設(shè)備(見圖4)。
此外,線路末端也需要根據(jù)實際列車運營需要設(shè)置足夠的安全線長度。站前折返以北京地鐵亦莊線宋家莊為例,見圖5;站后折返以成都地鐵1號線廣都站為例,見圖6。
3 列車運行模式
地鐵列車在日常運營中涉及以下四種運行模式:
1)ATO(列車自動運行)模式:ATO系統(tǒng)根據(jù)ATP(列車自動保護)提供的地面速度限制信息,自動駕駛列車運行,由司機進行監(jiān)督。
2)ATP模式:由司機人工駕駛列車,按ATP的速度信息運行,一旦超速將實行緊急制動,以保證運營安全。
3)非限制模式:列車由人工駕駛,依靠地面顯示信號,按照線路允許速度運行,由司機保證運行安全。ATP系統(tǒng)大面積故障時用此模式。
4)限速人工駕駛模式:該模式用于無ATP地面速度信息的地點或者正線地面設(shè)備故障時的超速防護,列車由人工駕駛,按限速25km/h運行。一旦超速,車載ATP即實行緊急制動。
非限制模式完全由人工來保證安全,需要司機具有很高的職業(yè)素質(zhì)。這種運行模式下,司機工作強度比較大,發(fā)車密度低,一般采用站間閉塞方式行車;在實踐中這種運行模式也不作為常用模式,無法給出明確的安全線理論計算長度。
限速人工駕駛模式下,車輛運營安全也有賴于司機操作,且由于速度比較低,行車安全能夠得到保證。這種模式同樣不作為正線常用模式,其安全保證需要司機的謹(jǐn)慎駕駛。
ATO模式、ATP模式是日常運營的列車運行模式,列車在安全系統(tǒng)保護下自動運行或者人工駕駛。安全線的設(shè)置應(yīng)為其日常運營提供安全保障,并使整個系統(tǒng)保持比較高的運行效率,以發(fā)揮最大的通過能力。
4 設(shè)計規(guī)范對安全線長度的規(guī)定
《地鐵設(shè)計規(guī)范》(以下簡為《規(guī)范》)對安全線長度的規(guī)定如下:“安全線的長度一般不小于40m。在困難條件下,可設(shè)置脫軌道岔”。對折返線的有效長度,規(guī)定為:“遠期列車長度加40m(不含車檔長度)”。
在《規(guī)范》的條文說明中,沒有對安全線的長度作出明確的解釋,但是對折返線的有效長度作出如下說明。
”折返線的有效長度主要從以下因素考慮:
1)停車線端距道岔基本軌端留有必要的距離,該距離太短,將影響列車加速,從而影響列車折返能力;
2)列車進入折返線通過最后一組道岔時,不希望降低速度以便盡快給其他線開通進路,為此折返線的長度不能太短。
根據(jù)以上情況分析,折返線留有足夠的長度對保證列車折返安全和折返能力是必要的。原規(guī)范根據(jù)北京地鐵一、二期工程設(shè)置折返線的經(jīng)驗,其長度定位列車長加24m。……集多年建設(shè)和運營經(jīng)驗,為保證線路折返能力和行車安全,本規(guī)范規(guī)定折返線有效長度由原遠期列車長度加24m,改為加安全距離40m……”
《規(guī)范》規(guī)定安全線的長度為40m,雖然能夠保證安全線正常發(fā)揮作用,但是在某些情況下,會造成工程規(guī)模的浪費。
《規(guī)范》中關(guān)于折返線有效長度的規(guī)定主要是針對進行站后折返的情況,對于站前折返(例如圖5中宋家莊站)及《規(guī)范》未明確規(guī)定的情況并不適用。此時通過牽引計算,考慮信號系統(tǒng)工作特性來確定安全線長度,應(yīng)該是更為可行的方法。
5 安全線長度分析
5.1 車場線接正線
在這種情況下設(shè)置安全線(見圖1)主要是防止出入段線列車在未經(jīng)允許情況下沖入正線,與正線列車發(fā)生沖突。出段列車在車輛段轉(zhuǎn)換軌處已經(jīng)完成控制信號的轉(zhuǎn)換,此時的列車采用ATO模式或者ATP防護下的人工駕駛模式。列車每次投入運營時都需要在停車信號機前進行一度停車。安全線需要長度的計算與圖5中站前折返的情形應(yīng)該是一樣的。在滿足道岔結(jié)構(gòu)長度后,也需要滿足緊急制動要求,避免車輛撞擊車檔(只有在困難條件下,才允許車輛以不大于15km/h的速度撞擊車檔)。
5.2 折返線末端接正線
如圖2所示,安全線長度取40m,這不但考慮運營安全,也考慮列車保持足夠的速度,從而保證折返能力。從軌道結(jié)構(gòu)看,折返線末端通過道岔與正線連接,道岔全長大約30m,這也限制了安全線的最小長度。如果列車采用ATP防護下的人工駕駛模式,根據(jù)實際運營經(jīng)驗,為了給司機預(yù)留足夠的距離,避免車速過低影響折返能力,40m的'長度是合適的。如果列車采用ATO駕駛模式,列車自動折返,則此距離偏長;實際使用中可以根據(jù)車輛制動性能、信號設(shè)置及結(jié)構(gòu)計算等綜合給以確定。
5.3 岔線在站內(nèi)接軌
《規(guī)范》規(guī)定:當(dāng)與正線間為島式站臺,且站臺端至警沖標(biāo)的距離大于或者等于60m時,可不設(shè)列車運行隔開設(shè)備(見圖3)。但是,如果線路采用地下方式敷設(shè),列車望條件比較差,列車在非限制駕駛模式或者限速人工駕駛模式時,島式站臺岔線接軌形式反而不易保證絕對安全,工程條件允許時仍然應(yīng)該設(shè)置安全線。若為側(cè)式站臺,該距離一般小于40m(見圖4)。
5.4 線路末端站前折返
如圖5所示,列車進站需要在站內(nèi)定位停車。無論采用ATO駕駛模式還是ATP保護下的人工駕駛模式,站后安全線的作用都是在進站無法停車時為緊急制動提供制動距離。即使采用ATP保護下的人工駕駛模式,安全距離也不用考慮司機心理因素的影響。
現(xiàn)以圖5的亦莊線宋家莊站為例,計算站后安全線的長度。計算中重點考慮ATO和ATP兩種駕駛模式。計算的主要思路是:根據(jù)列車牽引曲線,在列車速度超過某一地點正常速度5km/h時ATP啟動緊急制動,制動平均加速度為-1.2m/s2。ATP反應(yīng)時間按照2s考慮。列車側(cè)向過岔速度按照曲線尖軌限速35km/h計。
計算方法:首先對正常進站列車進行牽引計算,得到牽引計算曲線;當(dāng)ATP啟動緊急制動時,列車速度超過正常速度5km/h,由此得到緊急制動啟動的速度曲線(見圖7);根據(jù)該曲中某一里程及其對應(yīng)的速度,利用速度、加速度與距離關(guān)系公式,可以得到在該里程緊急制動時需要的制動距離;該距離減去正常制動距離即是該點需要的安全距離。實際計算中,可以利用牽引計算的過程數(shù)據(jù),對各里程分別計算需要的安全距離(見表1),并取其最大值作為最終安全線長度。
這種計算方式對ATO和ATP模式都是適用的,能夠使安全線長度足以保證列車的運營安全。
由表1可知,考慮ATO和ATP兩種行車模式下的站后安全線距離至少需要17.6m(不計車檔距離)。《規(guī)范》雖規(guī)定車檔可以允許列車以15km/h速度撞擊,但實際上由于宋家莊站為站前折返,列車內(nèi)一般都載有乘客,為保證乘客安全,不考慮列車沖撞車檔。
宋家莊站為地下車站,線路條件受氣候影響相對較小。如果線路在地面或者高架橋上,因受雨雪天氣影響,列車黏著系數(shù)會有所降低,此時安全線的長度確定需要考慮這一因素而適當(dāng)加長。
上述計算結(jié)果適合亦莊線宋家莊站情況。在具體的工程案例中,要根據(jù)采用的車輛性能、線路平縱斷面等情況計算確定安全線長度。
5.5 線路末端站后折返
如圖6所示的線路末端站后折返與折返線末端接正線情況(見圖2)類似,但是由于折返線末端沒有與正線聯(lián)通,安全線設(shè)置完全是為了提高折返能力。在人工駕駛時,考慮為司機提供更好的工作條件,規(guī)范中根據(jù)實際運營經(jīng)驗規(guī)定安全線長度為40m是合適的;如果列車采用自動駕駛,可以參考前述計算方法來確定安全線長度。
6 結(jié)語
安全線在高密度行車的地鐵中對行車安全具有重要意義。地鐵在城市中修建,工程投資巨大,場地條件受到周邊建筑、管線等限制。合理的安全線長度有助于保證安全,控制投資規(guī)模。根據(jù)不同的運營需要決定安全線長度,在工程實踐中十分必要。鑒于目前對于安全線長度的計算沒有統(tǒng)一的方法和參數(shù)取值,建議在今后修訂規(guī)范時對安全線的設(shè)置作出更為詳細(xì)準(zhǔn)確的規(guī)定,并制定可行的計算方法。
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