地鐵安全線(xiàn)長(cháng)度分析論文
摘 要 地鐵安全線(xiàn)在日常運營(yíng)中對保障運營(yíng)安全有著(zhù)重要意義。目前《地鐵設計規范》中對安全線(xiàn)長(cháng)度的規定比較宏觀(guān),不能滿(mǎn)足所有工程的需要。如何根據實(shí)際的運營(yíng)需要,選擇合理的安全線(xiàn)長(cháng)度,在工程中有著(zhù)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(xiàn)長(cháng)度計算。建議在修訂《地鐵設計規范》時(shí)應對安全線(xiàn)的設置作出更詳細的規定,并制訂可行的計算方法。
關(guān)鍵詞 地鐵;安全線(xiàn);計算方法
1 安全線(xiàn)的功能
安全線(xiàn)是列車(chē)運行隔開(kāi)設備之一。安全線(xiàn)設置的主要目的是為了防止在車(chē)輛段出入線(xiàn)、折返線(xiàn)和支線(xiàn)(岔線(xiàn))上運行的列車(chē)未經(jīng)允許進(jìn)入正線(xiàn)與正線(xiàn)列車(chē)發(fā)生沖突;或者由于進(jìn)路沒(méi)有開(kāi)通時(shí)列車(chē)冒進(jìn)導致列車(chē)擠占道岔而發(fā)生列車(chē)出軌事故。在折返線(xiàn)上設置安全線(xiàn)(本文將折返線(xiàn)上設置的超過(guò)列車(chē)長(cháng)度的部分也歸于安全線(xiàn)的范疇),除了防止與正線(xiàn)列車(chē)沖突外,還可以保證列車(chē)具有較高速度,以提高線(xiàn)路通過(guò)能力。
安全線(xiàn)長(cháng)度的準確設置不但可以保證日常運營(yíng)安全,也可以使工程控制在合理的規模,以節約工程投資。
2 安全線(xiàn)設置
安全線(xiàn)通常在以下情況下設置:
1) 當車(chē)輛段(場(chǎng))出入線(xiàn)上的列車(chē)在進(jìn)入正線(xiàn)前需要一度停車(chē),且停車(chē)信號機至警沖標的間距小于制動(dòng)距離時(shí),宜設置安全線(xiàn)(見(jiàn)圖1)。該規定適用于出入段線(xiàn)從區間接正線(xiàn)的情況。
2) 當折返線(xiàn)末端與正線(xiàn)接通時(shí),宜設置道岔隔開(kāi)設備。在通常情況下,道岔隔開(kāi)設備主要指安全線(xiàn)(見(jiàn)圖2)。
3)岔線(xiàn)(支線(xiàn))在站內接軌,當與正線(xiàn)間為島式站臺,且站臺端至警沖標的距離大于或者等于60m時(shí),可不設列車(chē)運行隔開(kāi)設備(見(jiàn)圖3);若為側式站臺,宜設置道岔隔開(kāi)設備(見(jiàn)圖4)。
此外,線(xiàn)路末端也需要根據實(shí)際列車(chē)運營(yíng)需要設置足夠的安全線(xiàn)長(cháng)度。站前折返以北京地鐵亦莊線(xiàn)宋家莊為例,見(jiàn)圖5;站后折返以成都地鐵1號線(xiàn)廣都站為例,見(jiàn)圖6。
3 列車(chē)運行模式
地鐵列車(chē)在日常運營(yíng)中涉及以下四種運行模式:
1)ATO(列車(chē)自動(dòng)運行)模式:ATO系統根據ATP(列車(chē)自動(dòng)保護)提供的地面速度限制信息,自動(dòng)駕駛列車(chē)運行,由司機進(jìn)行監督。
2)ATP模式:由司機人工駕駛列車(chē),按ATP的速度信息運行,一旦超速將實(shí)行緊急制動(dòng),以保證運營(yíng)安全。
3)非限制模式:列車(chē)由人工駕駛,依靠地面顯示信號,按照線(xiàn)路允許速度運行,由司機保證運行安全。ATP系統大面積故障時(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(xiàn)地面設備故障時(shí)的超速防護,列車(chē)由人工駕駛,按限速25km/h運行。一旦超速,車(chē)載ATP即實(shí)行緊急制動(dòng)。
非限制模式完全由人工來(lái)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(chē)密度低,一般采用站間閉塞方式行車(chē);在實(shí)踐中這種運行模式也不作為常用模式,無(wú)法給出明確的安全線(xiàn)理論計算長(cháng)度。
限速人工駕駛模式下,車(chē)輛運營(yíng)安全也有賴(lài)于司機操作,且由于速度比較低,行車(chē)安全能夠得到保證。這種模式同樣不作為正線(xiàn)常用模式,其安全保證需要司機的謹慎駕駛。
ATO模式、ATP模式是日常運營(yíng)的列車(chē)運行模式,列車(chē)在安全系統保護下自動(dòng)運行或者人工駕駛。安全線(xiàn)的設置應為其日常運營(yíng)提供安全保障,并使整個(gè)系統保持比較高的運行效率,以發(fā)揮最大的通過(guò)能力。
4 設計規范對安全線(xiàn)長(cháng)度的規定
《地鐵設計規范》(以下簡(jiǎn)為《規范》)對安全線(xiàn)長(cháng)度的規定如下:“安全線(xiàn)的長(cháng)度一般不小于40m。在困難條件下,可設置脫軌道岔”。對折返線(xiàn)的有效長(cháng)度,規定為:“遠期列車(chē)長(cháng)度加40m(不含車(chē)檔長(cháng)度)”。
在《規范》的條文說(shuō)明中,沒(méi)有對安全線(xiàn)的長(cháng)度作出明確的解釋,但是對折返線(xiàn)的有效長(cháng)度作出如下說(shuō)明。
”折返線(xiàn)的有效長(cháng)度主要從以下因素考慮:
1)停車(chē)線(xiàn)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(chē)加速,從而影響列車(chē)折返能力;
2)列車(chē)進(jìn)入折返線(xiàn)通過(guò)最后一組道岔時(shí),不希望降低速度以便盡快給其他線(xiàn)開(kāi)通進(jìn)路,為此折返線(xiàn)的長(cháng)度不能太短。
根據以上情況分析,折返線(xiàn)留有足夠的長(cháng)度對保證列車(chē)折返安全和折返能力是必要的。原規范根據北京地鐵一、二期工程設置折返線(xiàn)的經(jīng)驗,其長(cháng)度定位列車(chē)長(cháng)加24m�！嗄杲ㄔO和運營(yíng)經(jīng)驗,為保證線(xiàn)路折返能力和行車(chē)安全,本規范規定折返線(xiàn)有效長(cháng)度由原遠期列車(chē)長(cháng)度加24m,改為加安全距離40m……”
《規范》規定安全線(xiàn)的長(cháng)度為40m,雖然能夠保證安全線(xiàn)正常發(fā)揮作用,但是在某些情況下,會(huì )造成工程規模的浪費。
《規范》中關(guān)于折返線(xiàn)有效長(cháng)度的規定主要是針對進(jìn)行站后折返的情況,對于站前折返(例如圖5中宋家莊站)及《規范》未明確規定的情況并不適用。此時(shí)通過(guò)牽引計算,考慮信號系統工作特性來(lái)確定安全線(xiàn)長(cháng)度,應該是更為可行的方法。
5 安全線(xiàn)長(cháng)度分析
5.1 車(chē)場(chǎng)線(xiàn)接正線(xiàn)
在這種情況下設置安全線(xiàn)(見(jiàn)圖1)主要是防止出入段線(xiàn)列車(chē)在未經(jīng)允許情況下沖入正線(xiàn),與正線(xiàn)列車(chē)發(fā)生沖突。出段列車(chē)在車(chē)輛段轉換軌處已經(jīng)完成控制信號的轉換,此時(shí)的列車(chē)采用ATO模式或者ATP防護下的人工駕駛模式。列車(chē)每次投入運營(yíng)時(shí)都需要在停車(chē)信號機前進(jìn)行一度停車(chē)。安全線(xiàn)需要長(cháng)度的計算與圖5中站前折返的情形應該是一樣的。在滿(mǎn)足道岔結構長(cháng)度后,也需要滿(mǎn)足緊急制動(dòng)要求,避免車(chē)輛撞擊車(chē)檔(只有在困難條件下,才允許車(chē)輛以不大于15km/h的速度撞擊車(chē)檔)。
5.2 折返線(xiàn)末端接正線(xiàn)
如圖2所示,安全線(xiàn)長(cháng)度取40m,這不但考慮運營(yíng)安全,也考慮列車(chē)保持足夠的速度,從而保證折返能力。從軌道結構看,折返線(xiàn)末端通過(guò)道岔與正線(xiàn)連接,道岔全長(cháng)大約30m,這也限制了安全線(xiàn)的最小長(cháng)度。如果列車(chē)采用ATP防護下的人工駕駛模式,根據實(shí)際運營(yíng)經(jīng)驗,為了給司機預留足夠的距離,避免車(chē)速過(guò)低影響折返能力,40m的.長(cháng)度是合適的。如果列車(chē)采用ATO駕駛模式,列車(chē)自動(dòng)折返,則此距離偏長(cháng);實(shí)際使用中可以根據車(chē)輛制動(dòng)性能、信號設置及結構計算等綜合給以確定。
5.3 岔線(xiàn)在站內接軌
《規范》規定:當與正線(xiàn)間為島式站臺,且站臺端至警沖標的距離大于或者等于60m時(shí),可不設列車(chē)運行隔開(kāi)設備(見(jiàn)圖3)。但是,如果線(xiàn)路采用地下方式敷設,列車(chē)望條件比較差,列車(chē)在非限制駕駛模式或者限速人工駕駛模式時(shí),島式站臺岔線(xiàn)接軌形式反而不易保證絕對安全,工程條件允許時(shí)仍然應該設置安全線(xiàn)。若為側式站臺,該距離一般小于40m(見(jiàn)圖4)。
5.4 線(xiàn)路末端站前折返
如圖5所示,列車(chē)進(jìn)站需要在站內定位停車(chē)。無(wú)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(xiàn)的作用都是在進(jìn)站無(wú)法停車(chē)時(shí)為緊急制動(dòng)提供制動(dòng)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。
現以圖5的亦莊線(xiàn)宋家莊站為例,計算站后安全線(xiàn)的長(cháng)度。計算中重點(diǎn)考慮ATO和ATP兩種駕駛模式。計算的主要思路是:根據列車(chē)牽引曲線(xiàn),在列車(chē)速度超過(guò)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反應時(shí)間按照2s考慮。列車(chē)側向過(guò)岔速度按照曲線(xiàn)尖軌限速35km/h計。
計算方法:首先對正常進(jìn)站列車(chē)進(jìn)行牽引計算,得到牽引計算曲線(xiàn);當ATP啟動(dòng)緊急制動(dòng)時(shí),列車(chē)速度超過(guò)正常速度5km/h,由此得到緊急制動(dòng)啟動(dòng)的速度曲線(xiàn)(見(jiàn)圖7);根據該曲中某一里程及其對應的速度,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)際計算中,可以利用牽引計算的過(guò)程數據,對各里程分別計算需要的安全距離(見(jiàn)表1),并取其最大值作為最終安全線(xiàn)長(cháng)度。
這種計算方式對ATO和ATP模式都是適用的,能夠使安全線(xiàn)長(cháng)度足以保證列車(chē)的運營(yíng)安全。
由表1可知,考慮ATO和ATP兩種行車(chē)模式下的站后安全線(xiàn)距離至少需要17.6m(不計車(chē)檔距離)�！兑幏丁冯m規定車(chē)檔可以允許列車(chē)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(chē)內一般都載有乘客,為保證乘客安全,不考慮列車(chē)沖撞車(chē)檔。
宋家莊站為地下車(chē)站,線(xiàn)路條件受氣候影響相對較小。如果線(xiàn)路在地面或者高架橋上,因受雨雪天氣影響,列車(chē)黏著(zhù)系數會(huì )有所降低,此時(shí)安全線(xiàn)的長(cháng)度確定需要考慮這一因素而適當加長(cháng)。
上述計算結果適合亦莊線(xiàn)宋家莊站情況。在具體的工程案例中,要根據采用的車(chē)輛性能、線(xiàn)路平縱斷面等情況計算確定安全線(xiàn)長(cháng)度。
5.5 線(xiàn)路末端站后折返
如圖6所示的線(xiàn)路末端站后折返與折返線(xiàn)末端接正線(xiàn)情況(見(jiàn)圖2)類(lèi)似,但是由于折返線(xiàn)末端沒(méi)有與正線(xiàn)聯(lián)通,安全線(xiàn)設置完全是為了提高折返能力。在人工駕駛時(shí),考慮為司機提供更好的工作條件,規范中根據實(shí)際運營(yíng)經(jīng)驗規定安全線(xiàn)長(cháng)度為40m是合適的;如果列車(chē)采用自動(dòng)駕駛,可以參考前述計算方法來(lái)確定安全線(xiàn)長(cháng)度。
6 結語(yǔ)
安全線(xiàn)在高密度行車(chē)的地鐵中對行車(chē)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(xiàn)等限制。合理的安全線(xiàn)長(cháng)度有助于保證安全,控制投資規模。根據不同的運營(yíng)需要決定安全線(xiàn)長(cháng)度,在工程實(shí)踐中十分必要。鑒于目前對于安全線(xiàn)長(cháng)度的計算沒(méi)有統一的方法和參數取值,建議在今后修訂規范時(shí)對安全線(xiàn)的設置作出更為詳細準確的規定,并制定可行的計算方法。
參考文獻
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