地鐵安全線長(zhǎng)度分析論文
摘 要 地鐵安全線在日常運(yùn)營(yíng)中對(duì)保障運(yùn)營(yíng)安全有著重要意義。目前《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)安全線長(zhǎng)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(shí)際的運(yùn)營(yíng)需要,選擇合理的安全線長(zhǎng)度,在工程中有著重要的意義。從工程實(shí)踐出發(fā),探討了不同情況下的折返線長(zhǎng)度計(jì)算。建議在修訂《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》時(shí)應(yīng)對(duì)安全線的設(shè)置作出更詳細(xì)的規(guī)定,并制訂可行的計(jì)算方法。
關(guān)鍵詞 地鐵;安全線;計(jì)算方法
1 安全線的功能
安全線是列車運(yùn)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(yùn)行的列車未經(jīng)允許進(jìn)入正線與正線列車發(fā)生沖突;或者由于進(jìn)路沒有開通時(shí)列車冒進(jìn)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(zhǎng)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(zhǎng)度的準(zhǔn)確設(shè)置不但可以保證日常運(yùn)營(yíng)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(chǎng))出入線上的列車在進(jìn)入正線前需要一度停車,且停車信號(hào)機(jī)至警沖標(biāo)的間距小于制動(dòng)距離時(shí),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(shí),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(tái),且站臺(tái)端至警沖標(biāo)的距離大于或者等于60m時(shí),可不設(shè)列車運(yùn)行隔開設(shè)備(見圖3);若為側(cè)式站臺(tái),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(shí)際列車運(yùn)營(yíng)需要設(shè)置足夠的安全線長(zhǎng)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(hào)線廣都站為例,見圖6。
3 列車運(yùn)行模式
地鐵列車在日常運(yùn)營(yíng)中涉及以下四種運(yùn)行模式:
1)ATO(列車自動(dòng)運(yùn)行)模式:ATO系統(tǒng)根據(jù)ATP(列車自動(dòng)保護(hù))提供的地面速度限制信息,自動(dòng)駕駛列車運(yùn)行,由司機(jī)進(jìn)行監(jiān)督。
2)ATP模式:由司機(jī)人工駕駛列車,按ATP的速度信息運(yùn)行,一旦超速將實(shí)行緊急制動(dòng),以保證運(yùn)營(yíng)安全。
3)非限制模式:列車由人工駕駛,依靠地面顯示信號(hào),按照線路允許速度運(yùn)行,由司機(jī)保證運(yùn)行安全。ATP系統(tǒng)大面積故障時(shí)用此模式。
4)限速人工駕駛模式:該模式用于無(wú)ATP地面速度信息的地點(diǎn)或者正線地面設(shè)備故障時(shí)的超速防護(hù),列車由人工駕駛,按限速25km/h運(yùn)行。一旦超速,車載ATP即實(shí)行緊急制動(dòng)。
非限制模式完全由人工來保證安全,需要司機(jī)具有很高的職業(yè)素質(zhì)。這種運(yùn)行模式下,司機(jī)工作強(qiáng)度比較大,發(fā)車密度低,一般采用站間閉塞方式行車;在實(shí)踐中這種運(yùn)行模式也不作為常用模式,無(wú)法給出明確的安全線理論計(jì)算長(zhǎng)度。
限速人工駕駛模式下,車輛運(yùn)營(yíng)安全也有賴于司機(jī)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(jī)的謹(jǐn)慎駕駛。
ATO模式、ATP模式是日常運(yùn)營(yíng)的列車運(yùn)行模式,列車在安全系統(tǒng)保護(hù)下自動(dòng)運(yùn)行或者人工駕駛。安全線的設(shè)置應(yīng)為其日常運(yùn)營(yíng)提供安全保障,并使整個(gè)系統(tǒng)保持比較高的運(yùn)行效率,以發(fā)揮最大的通過能力。
4 設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)安全線長(zhǎng)度的規(guī)定
《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)為《規(guī)范》)對(duì)安全線長(zhǎng)度的規(guī)定如下:“安全線的長(zhǎng)度一般不小于40m。在困難條件下,可設(shè)置脫軌道岔”。對(duì)折返線的有效長(zhǎng)度,規(guī)定為:“遠(yuǎn)期列車長(zhǎng)度加40m(不含車檔長(zhǎng)度)”。
在《規(guī)范》的條文說明中,沒有對(duì)安全線的長(zhǎng)度作出明確的解釋,但是對(duì)折返線的有效長(zhǎng)度作出如下說明。
”折返線的有效長(zhǎng)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(jìn)入折返線通過最后一組道岔時(shí),不希望降低速度以便盡快給其他線開通進(jìn)路,為此折返線的長(zhǎng)度不能太短。
根據(jù)以上情況分析,折返線留有足夠的長(zhǎng)度對(duì)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(yàn),其長(zhǎng)度定位列車長(zhǎng)加24m�！嗄杲ㄔO(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn),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(zhǎng)度由原遠(yuǎn)期列車長(zhǎng)度加24m,改為加安全距離40m……”
《規(guī)范》規(guī)定安全線的長(zhǎng)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(huì)造成工程規(guī)模的浪費(fèi)。
《規(guī)范》中關(guān)于折返線有效長(zhǎng)度的規(guī)定主要是針對(duì)進(jìn)行站后折返的情況,對(duì)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(shí)通過牽引計(jì)算,考慮信號(hào)系統(tǒng)工作特性來確定安全線長(zhǎng)度,應(yīng)該是更為可行的方法。
5 安全線長(zhǎng)度分析
5.1 車場(chǎng)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(hào)的轉(zhuǎn)換,此時(shí)的列車采用ATO模式或者ATP防護(hù)下的人工駕駛模式。列車每次投入運(yùn)營(yíng)時(shí)都需要在停車信號(hào)機(jī)前進(jìn)行一度停車。安全線需要長(zhǎng)度的計(jì)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(zhǎng)度后,也需要滿足緊急制動(dòng)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(zhǎng)度取40m,這不但考慮運(yùn)營(yíng)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(zhǎng)大約30m,這也限制了安全線的最小長(zhǎng)度。如果列車采用ATP防護(hù)下的人工駕駛模式,根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn),為了給司機(jī)預(yù)留足夠的距離,避免車速過低影響折返能力,40m的.長(zhǎng)度是合適的。如果列車采用ATO駕駛模式,列車自動(dòng)折返,則此距離偏長(zhǎng);實(shí)際使用中可以根據(jù)車輛制動(dòng)性能、信號(hào)設(shè)置及結(jié)構(gòu)計(jì)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(tái),且站臺(tái)端至警沖標(biāo)的距離大于或者等于60m時(shí),可不設(shè)列車運(yùn)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(shí),島式站臺(tái)岔線接軌形式反而不易保證絕對(duì)安全,工程條件允許時(shí)仍然應(yīng)該設(shè)置安全線。若為側(cè)式站臺(tái),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(jìn)站需要在站內(nèi)定位停車。無(wú)論采用ATO駕駛模式還是ATP保護(hù)下的人工駕駛模式,站后安全線的作用都是在進(jìn)站無(wú)法停車時(shí)為緊急制動(dòng)提供制動(dòng)距離。即使采用ATP保護(hù)下的人工駕駛模式,安全距離也不用考慮司機(jī)心理因素的影響。
現(xiàn)以圖5的亦莊線宋家莊站為例,計(jì)算站后安全線的長(zhǎng)度。計(jì)算中重點(diǎn)考慮ATO和ATP兩種駕駛模式。計(jì)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(diǎn)正常速度5km/h時(shí)ATP啟動(dòng)緊急制動(dòng),制動(dòng)平均加速度為-1.2m/s2。ATP反應(yīng)時(shí)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(jì)。
計(jì)算方法:首先對(duì)正常進(jìn)站列車進(jìn)行牽引計(jì)算,得到牽引計(jì)算曲線;當(dāng)ATP啟動(dòng)緊急制動(dòng)時(shí),列車速度超過正常速度5km/h,由此得到緊急制動(dòng)啟動(dòng)的速度曲線(見圖7);根據(jù)該曲中某一里程及其對(duì)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(dòng)時(shí)需要的制動(dòng)距離;該距離減去正常制動(dòng)距離即是該點(diǎn)需要的安全距離。實(shí)際計(jì)算中,可以利用牽引計(jì)算的過程數(shù)據(jù),對(duì)各里程分別計(jì)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(zhǎng)度。
這種計(jì)算方式對(duì)ATO和ATP模式都是適用的,能夠使安全線長(zhǎng)度足以保證列車的運(yùn)營(yíng)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(jì)車檔距離)�！兑�(guī)范》雖規(guī)定車檔可以允許列車以15km/h速度撞擊,但實(shí)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(duì)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(huì)有所降低,此時(shí)安全線的長(zhǎng)度確定需要考慮這一因素而適當(dāng)加長(zhǎng)。
上述計(jì)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(jì)算確定安全線長(zhǎng)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(shí),考慮為司機(jī)提供更好的工作條件,規(guī)范中根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)規(guī)定安全線長(zhǎng)度為40m是合適的;如果列車采用自動(dòng)駕駛,可以參考前述計(jì)算方法來確定安全線長(zhǎng)度。
6 結(jié)語(yǔ)
安全線在高密度行車的地鐵中對(duì)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(chǎng)地條件受到周邊建筑、管線等限制。合理的安全線長(zhǎng)度有助于保證安全,控制投資規(guī)模。根據(jù)不同的運(yùn)營(yíng)需要決定安全線長(zhǎng)度,在工程實(shí)踐中十分必要。鑒于目前對(duì)于安全線長(zhǎng)度的計(jì)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(shí)對(duì)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(jì)算方法。
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