高速磁懸浮鐵路車站站型研究

晏仁先

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430063）

1 引言

高速磁浮鐵路是我國交通向更高速度發(fā)展的一個(gè)趨勢，且具備相當(dāng)基礎(chǔ)[1－3]。我國通過上海磁浮示范線積累了豐富的高速磁懸浮運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)。目前國家已經(jīng)著手規(guī)劃布局高速磁浮線路，為我國自主研制的高速磁懸浮鐵路工程化發(fā)展做準(zhǔn)備。然而在高速磁浮車站站場設(shè)計(jì)方面，國內(nèi)外對高速磁浮車站的站型選擇研究相對較少，更多僅停留在上海浦東磁浮示范線和低速磁浮無配線車站設(shè)計(jì)上，且目前我國對磁懸浮相關(guān)研究主要集中在磁浮列車車輛設(shè)計(jì)、磁浮系統(tǒng)控制以及磁浮列車發(fā)展等方面[4－9]，而有關(guān)高速磁浮車站布置的研究較少。喻柱[10]等基于磁懸浮列車在長大干線上運(yùn)行特點(diǎn)，并參考高速鐵路車站類型特點(diǎn)，探討了磁懸浮長大干線車站的設(shè)計(jì)。張炳民[11]針對高速磁懸浮鐵路的特點(diǎn)，對其車站布置站型進(jìn)行了初步的理論研究，但沒有進(jìn)一步分析不同站型下車站的作業(yè)能力。

為此，本文對高速磁懸浮鐵路始發(fā)站和中間站站型進(jìn)行分析，確定車站合適的站型，并分析模擬車站各類作業(yè)過程，進(jìn)行車站作業(yè)能力仿真計(jì)算，得出車站到發(fā)線數(shù)量、主要技術(shù)參數(shù)等，為高速磁懸浮鐵路車站設(shè)計(jì)提供參考。

2 高速磁浮車站站型選擇分析

磁浮鐵路車站站型應(yīng)根據(jù)車站性質(zhì)、行車組織、作業(yè)功能等綜合分析確定，磁浮鐵路車站按技術(shù)作業(yè)性質(zhì)可分為中間站和始發(fā)站。始發(fā)站又根據(jù)車站是否位于磁浮線路端部分為通過式始發(fā)站、盡端式始發(fā)站。不同類型的磁浮車站所辦理的列車作業(yè)具有很大差異性。始發(fā)站一般主要辦理列車始發(fā)作業(yè)、終到作業(yè)、進(jìn)出車輛段作業(yè)、折返作業(yè)以及到發(fā)與通過作業(yè)等；中間站主要辦理列車停站作業(yè)、通過作業(yè)、客運(yùn)業(yè)務(wù)，同時(shí)在部分中間站會(huì)辦理少量的列車折返作業(yè)。

2．1 通過式始發(fā)站

始發(fā)站車站規(guī)模大，且作業(yè)比較復(fù)雜，一般設(shè)有車輛段所、綜合維修基地等，其通常采用縱列布置形式。咽喉區(qū)布置應(yīng)保證必要的作業(yè)平行進(jìn)路，當(dāng)有立折列車時(shí)，可在接車方向末端設(shè)置或預(yù)留折返線；當(dāng)車站咽喉交叉干擾較大時(shí)，車輛走行線在接軌車站增加接軌宜立交疏解。

圖1a所示站型雙方向均可辦理折返作業(yè)且工程量小，但站前折返無論采用正接反發(fā)還是反接正發(fā)折返作業(yè)方式，折返作業(yè)與列車到達(dá)或出發(fā)作業(yè)均存在交叉干擾。而圖1b所示站型將2組單開道岔調(diào)整為三開道岔，增加了平行進(jìn)路，并采用正接反發(fā)折返利用正線作為到發(fā)線辦理折返作業(yè)，可滿足最內(nèi)側(cè)股道折返作業(yè)與最外側(cè)股道接車作業(yè)同時(shí)進(jìn)行，在一定程度上提高了車站作業(yè)的靈活性，但并未顯著提高車站通過能力，且投資相對大。故通過式始發(fā)站一般采用圖1a所示站型。

圖1 通過式始發(fā)站站型

2．2 盡端式始發(fā)站

盡端式始發(fā)站一般位于線路起訖點(diǎn)，根據(jù)段所、維修基地等與車站的相對關(guān)系，車場可分為盡端式和貫通式兩種布置型式。通常車站站臺采用島式站臺，單方向辦理折返作業(yè)，運(yùn)輸組織相對簡單，工程量相對小。

圖2a所示車場為貫通式，具備雙進(jìn)路折返條件，運(yùn)輸組織靈活，可滿足高速磁浮運(yùn)輸能力12對／h的要求，且車輛段與車場呈縱列式布置，出入段作業(yè)進(jìn)路順暢，工程投資相對節(jié)省。圖2b所示始發(fā)站折返能力與圖2a基本相同，但車輛段位于進(jìn)站方向線路一側(cè)，出入段需折返運(yùn)行，作業(yè)徑路順暢度較差，且出入段線與正線采用立交疏解，出入段走行線展線長，工程投資相對大。故無論從工程投資角度分析，還是從運(yùn)輸組織角度分析，盡端式始發(fā)站一般選擇車場貫通的盡頭式布局，受城市現(xiàn)狀和規(guī)劃影響時(shí)也可采用圖2b站型。同時(shí)由于客運(yùn)場貫通式始發(fā)站需辦理始發(fā)、終到和立折這三類列車作業(yè)，車站作業(yè)復(fù)雜，考慮在車站兩端咽喉正線間各設(shè)1組八字渡線。盡端式始發(fā)站停車基地設(shè)置方式同通過式始發(fā)站。

圖2 盡端式始發(fā)站站型

2．3 中間站

中間站站型應(yīng)根據(jù)車輛車門設(shè)置、車站作業(yè)性質(zhì)、客流量大小合理選用，一般采用有配線布置型式，設(shè)配線兩條并采用貫通式布置；對于作業(yè)量較大的車站可酌情增加到發(fā)線數(shù)量。通常，中間站主要采用側(cè)式站臺和島式站臺兩種站型。

（1）島式站臺車站布置圖型分析

圖3a與圖3b為兩種典型的雙島式站臺四線車站站型，其中圖3a含兩組三開道岔，該站型主要便于辦理站站停作業(yè)，雖具備單進(jìn)路折返條件，但不宜辦理列車始發(fā)、終到與折返作業(yè)。由于目前磁浮三開道岔單價(jià)為1 800萬元／組，而單開道岔單價(jià)為600萬元／組，從工程造價(jià)角度站型圖3b優(yōu)于圖3a。

圖3 貫通雙島式站型

當(dāng)車站工程量較大，且停站通過列車作業(yè)量較大或有少量列車折返作業(yè)時(shí)，可采用雙島式站臺六線的車站規(guī)模，辦理大站快車及單進(jìn)路折返作業(yè)，以利于降低工程投資、方便運(yùn)輸組織。

（2）側(cè)式站臺車站布置圖型分析

考慮到鄰靠正線設(shè)置站臺時(shí)，列車在正線?？空九_會(huì)影響后續(xù)追蹤列車的通過，同時(shí)由于高速列車風(fēng)的影響，需加大站臺上旅客安全距離，并需采取安全防護(hù)設(shè)施。因此，有列車通過的正線原則上不宜鄰靠站臺，故有必要對側(cè)式站臺車站站型布置進(jìn)行分析研究。

圖4所示兩種典型的兩側(cè)式站臺夾四線車站站型圖，主要辦理大站快車作業(yè)，站臺不鄰靠正線，不考慮辦理折返作業(yè)，單方向僅有一條到發(fā)線，車站接發(fā)作業(yè)能力受限，可設(shè)置救援功能渡線，其余可不設(shè)置渡線。

圖4 兩側(cè)式站臺夾四線站型

兩側(cè)式站臺夾四線中間站主要辦理停站通過和不停站通過兩類列車作業(yè)。車站咽喉區(qū)布置時(shí)應(yīng)結(jié)合相鄰車站渡線設(shè)置情況及養(yǎng)護(hù)維修救援等需求，可在兩端咽喉各設(shè)一組單渡線組成八字渡線；當(dāng)車站有立即折返作業(yè)時(shí)，應(yīng)在車站有立即折返作業(yè)的一端增設(shè)1組渡線形成八字渡線，以滿足立即折返列車正接反發(fā)、反接正發(fā)靈活作業(yè)要求。

3 磁浮站列車作業(yè)過程模擬分析

為了模擬計(jì)算磁懸浮鐵路車站作業(yè)能力，首先需要模擬分析車站各類列車作業(yè)過程，確定每類列車作業(yè)在不同站型車站的進(jìn)路占用時(shí)間和能力查定值。故對最高運(yùn)營速度為600 km／h的高速磁懸浮列車在不同站型車站辦理不同作業(yè)過程時(shí)的股道占用時(shí)間與車站辦理能力進(jìn)行模擬分析。

所考慮的列車作業(yè)類型及其作業(yè)過程如下：

（1）不停站通過列車作業(yè)：其作業(yè)過程為準(zhǔn)備接車－進(jìn)路鎖閉－列車進(jìn)站－列車通過－列車出站－進(jìn)路解鎖。

（2）停站通過列車作業(yè)：其作業(yè)過程為準(zhǔn)備接車－進(jìn)路鎖閉－列車進(jìn)站停車－上下客（準(zhǔn)備發(fā)車）－列車出站－進(jìn)路解鎖。

（3）站前折返列車作業(yè)：其作業(yè)過程為準(zhǔn)備接車－進(jìn)路鎖閉－列車反向進(jìn)站停車－上下客（準(zhǔn)備發(fā)車）－列車出站－進(jìn)路解鎖。

（4）站后折返列車作業(yè)：其作業(yè)過程為準(zhǔn)備接車－進(jìn)路鎖閉－列車進(jìn)站停車－下客（準(zhǔn)備進(jìn)折返線進(jìn)路）－列車進(jìn)站后折返線停車－到發(fā)線解鎖－準(zhǔn)備出折返線進(jìn)路－列車出折返線至某到發(fā)線－上客（準(zhǔn)備發(fā)車）－列車出站－進(jìn)路解鎖。

（5）始發(fā)列車作業(yè)：其作業(yè)過程為準(zhǔn)備出段－進(jìn)路鎖閉－列車進(jìn)站停車－上客（準(zhǔn)備發(fā)車）－列車出站－進(jìn)路解鎖。

（6）終到列車作業(yè)：其作業(yè)過程為準(zhǔn)備接車－進(jìn)路鎖閉－列車進(jìn)站停車－下客（準(zhǔn)備入段）－列車入段－進(jìn)路解鎖。

為查定以上六類作業(yè)過程能力，設(shè)列車最大編組輛數(shù)為10輛，其端車與中車總長度設(shè)為251 m，列車速度取值范圍為0～500 km／h，最小追蹤間隔為5 min，列車上、下客同時(shí)作業(yè)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)為120 s，列車上、下客分別作業(yè)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)為72 s，進(jìn)路辦理時(shí)間為18 s，信號切換時(shí)間為0.2 s。

通過模擬得到各類列車在不同站型車站不同進(jìn)路的占用時(shí)間和能力查定值，其結(jié)果如表1所示。需要說明的是由于同一車站內(nèi)有多條股道可供進(jìn)路占用，為更加直觀體現(xiàn)數(shù)據(jù)對比，表1數(shù)據(jù)選取其平均值。

表1 磁浮車站列車作業(yè)過程模擬能力分析

4 高速磁浮車站作業(yè)能力仿真及結(jié)果分析

4．1 仿真計(jì)算

選定對車站作業(yè)類型多、作業(yè)過程復(fù)雜的六線規(guī)模車站進(jìn)行仿真[12]計(jì)算。通過對車站到發(fā)線通過能力利用率、道岔通過能力利用率進(jìn)行分析，在仿真模擬的基礎(chǔ)上提出適應(yīng)線路運(yùn)輸能力需求的最小車站規(guī)模。其中，選定始發(fā)站站型的通過式六線車站和盡端式六線車站均為4臺6線（含2條正線），中間站站型為一般的2臺6線（含2條正線）。通過模擬不同車站作業(yè)過程，分析其到發(fā)線通過能力平均利用率、道岔通過能力平均利用率、最大高峰小時(shí)辦理列車對數(shù)以及可適應(yīng)線上列車對數(shù)的股道最小規(guī)模。

本文設(shè)空岔系數(shù)為0.2，高峰期車站作業(yè)量共48列，模擬時(shí)段7：00－9：00內(nèi)3種站型車站綜合作業(yè)能力。此外，各站型其他相關(guān)參數(shù)如下：

（1）通過式六線始發(fā)站列車作業(yè)時(shí)空線系數(shù)設(shè)為0.2，考慮停站通過、始發(fā)、終到和立折四類列車作業(yè)（立折、停站通過與始發(fā)終到列車均為8列），停站通過列車作業(yè)只能正向使用股道，后三類列車作業(yè)均可雙向使用股道。

（2）盡端式六線始發(fā)站列車作業(yè)時(shí)空線系數(shù)設(shè)為0.25，考慮始發(fā)、終到和立折三類作業(yè)列車均為12列，始發(fā)、終到列車作業(yè)正向使用股道，立折列車作業(yè)可反向使用股道。

（3）六線規(guī)模中間站列車作業(yè)時(shí)空線系數(shù)設(shè)為0.25，考慮停站通過和不停站通過兩類列車作業(yè)（停站率為40%），兩類列車作業(yè)均正向使用股道。

到發(fā)線和道岔通過能力利用率計(jì)算公式如下：

式中：γ空岔為空岔系數(shù)；γ空線為空線系數(shù)。

在表1所給出的各類列車作業(yè)徑路占用時(shí)間基礎(chǔ)上，通過定義車站作業(yè)事件，采用基于事件模擬仿真方法，計(jì)算以上3種磁浮站站型能力模擬結(jié)果如表2所示，其中各到發(fā)線利用率如圖5所示。

表2 典型站型仿真模擬結(jié)果

圖5 不同站型到發(fā)線能力利用率

4．2 結(jié)果分析

（1）通過式六線始發(fā)車站

到發(fā)線通過能力平均利用率為30.3%，道岔通過能力利用率最大為85%。通過分析當(dāng)辦理線上的最大高峰小時(shí)48列情況下，與該作業(yè)量相適應(yīng)的通過式站型最小規(guī)模建議為四線（含兩股正線）。

（2）盡端式六線始發(fā)車站

到發(fā)線通過能力平均利用率為34.4%，道岔通過能力利用率最大為88%。通過分析當(dāng)辦理線上的最大高峰小時(shí)24列情況下，與該作業(yè)量相適應(yīng)的通過式站型最小規(guī)模建議為四線（含兩股正線）。

（3）六線規(guī)模中間站

到發(fā)線通過能力平均利用率為11.3%，道岔通過能力利用率最大為31%。通過分析當(dāng)辦理線上的最大高峰小時(shí)24列情況下，與該作業(yè)量相適應(yīng)的中間站最小規(guī)模建議為四線（含兩股正線）。

5 結(jié)論

（1）磁浮鐵路車站站型應(yīng)根據(jù)車站性質(zhì)、行車組織、作業(yè)功能等綜合分析確定，可分為通過式始發(fā)站、盡端式始發(fā)站以及中間站3種站型。

（2）始發(fā)站與段所、綜合維修基地宜采用縱列布置形式。通過式始發(fā)站采用島式站臺布置圖型，盡端式始發(fā)站采用島式站臺、貫通式客運(yùn)場布置圖型。車站股道規(guī)模建議設(shè)四線（含兩條正線，正線鄰靠站臺兼作到發(fā)線使用）。

（3）無不停站通過的中間站可采用島式站臺布置圖型，有不停站通過的中間站應(yīng)采用側(cè)式站臺布置圖型。車站咽喉區(qū)布置時(shí)應(yīng)結(jié)合相鄰車站渡線設(shè)置情況、養(yǎng)護(hù)維修救援、立折作業(yè)等需求綜合考慮。車站股道規(guī)模建議設(shè)四線（含兩條正線）。