方法主要是两种,都有实例。
一、正线劈叉。把站线夹在正线之间,这样对于正线仅仅相当于正线引出跟接入正线,不会产生切割的效果。比如京广高铁修建之前的北京西下行咽喉,就是两条正线分开,包裹住去京西机务段跟车辆段的走行线,印象中兰州站上行咽喉也有类似布置。而且各地的地铁轨交也没少用这种方式实现中途站的站后折返以便开行区间车。
二、立交渡线。车站伪分场,需要切割正线的股道汇集一条渡线,建立交自需切割正线反向运行的一侧从上方或下方穿过两条正线,转至只用做接入正线的一侧。比如贵阳站上行咽喉,因为贵阳站上行咽喉两条正线直股进入车站3、4台,5至10台(下文简写为下半场)如果要安排列车上行出发就需要切割下行正线,为了不影响下行正线正常接车,贵阳站在下半场的上行咽喉汇集出两条出站线,一条为上行渡线,另一条为去往后巢车辆段的走行线。上行渡线经过立交桥从上行方向右侧转移至正线左侧,做了个引入正线的道岔汇合入正线。
另外对于城市通勤铁路(各种地铁以及地面轨交),直接一交叉渡线玩站前折返就行,比如北京13号线西直门站。类似的还有东京站1、2台中央线,一个岛台也敢玩站前折返。实在不想站前折返还可以站后折返,就是稍微麻烦些,需要司机把车开到站后折返线换向。
在铁路线/车站的设计中,要避免中途折返的列车切割正线,总的思路都是让疏解过程与行车正线相分离。既然列车在疏解(折返)过程中与正线没有过多交集,也就避免了行车流冲突的问题。
实现此疏解过程的结构,既可以是平面的,也可以是立体的。
先从最简单的地铁/城轨式无配线车站说起,
这是一个最简单的正线兼到发线,同时车站前/后端带有折返渡线的设计,一般常见于地铁/城市轨道交通车站,尤其是线路的终点站。
这种条件下,列车的立折过程有两种。
第一种是列车直向进站,在站内完成乘降与换端作业,出站时利用折返渡线汇入正确的行车线(直进侧出);
第二种是进站时利用折返渡线汇入正确的行车线,在站内完成乘降与换端作业,然后直向出站(侧进直出)。
这样的行车流不可避免会相互产生交叉,因此一般多用于地铁/城轨的终点站。而一些历史比较悠久的地铁/城轨线路,其中间站可能会出现此种设计。在没有额外股道的情况下,折返列车会长期占用站台正线,折返过程中还需要占用另一方向正线以确保行车安全,若该种情形发生于线路中间站,也就是所谓的切割正线。
不过,若是在线路较为空闲的时间段或运行区间内,若线路的行车密度较低,空档大,也就允许了这样的中途折返(小交路)列车存在,例如港铁东铁线高峰期前夕会有从大埔墟等中间站始发的小交路列车。在中间站设置折返渡线,也有利于线路出现一部分故障时的应急处理工作,所以当代地铁/城轨中间站有时也会出现单独一条折返渡线的设计。
而对于地铁终点站而言,运营方可以通过精密的运行图编制,以及提升调度能力来解决这一弊端。
由于现实运营当中,往往存在着需要及时疏散中间站积压的乘客,或是分流终点站折返(接发列车)压力的要求。开行小交路(中途站折返)列车就成为了很有必要的事。
为此,当代设计的地铁/城轨线路中,往往会出现一种在两条行车线之间安排额外的折返股道与存车线的设计。
由于折返结构一般设置在车站站台的后端,因此也被叫做“站后折返”。立折列车通过道岔分岔离开正线,在专门的区域切换行车方向(换端),再经道岔汇入另一条正线中。
由于列车站后折返过程中没有同时占用2条正线,而对于单方向的正线而言,甚至可简单视作占用一个区间的常规通过列车。因此,站后折返即是一种避免切割行车正线的平面疏解设计。
对于地铁/城轨系统而言,站后折返不仅方便了安排小交路列车的运营需求,若在终点站也设置站后折返,还可分割上下车客流,使得乘客乘降的时间更短,列车占用车站单条股道的时间也越短,总体也提升了折返效率,改善了旅客的体验。
而对于行车组织更为复杂,旅客上下车时间更长的大铁/国铁系统而言,地铁系统的这两种设计显然不能满足需求。
由于大铁车站可供利用的土地往往更多,车站规模也可以做得不仅仅只有2条股道(到发线)那么大,由此也有了更多的、更复杂的设计思路。
相比起车厢更短、转向更为灵活,同时时速较低、设计较为简易的城轨系统,大铁通常为了保全整体设计,提高车辆周转效率(周转效率不等同于折返效率),中间站一般不采用需额外存车空间外加需要停靠两次站台的站后折返,而是直接使用只停靠一次站台的站前折返。另外,通常情况下大铁车站的股道数目较多(如同新建的高速铁路车站最少也有2台4线一般),相比起接发能力紧张的地铁无配线车站,大铁车站利用起站前折返也就没有那么捉襟见肘了。
在站后折返思路的基础上,将存车线缩短(也就是取消存车线的功能)并与正线连通,并额外增加2条股道,再将结构倒过来,就得到了看起来很大铁的站前折返式平面疏解。
这样正线外包内侧折返线的设计,在国铁范围内并不少见,不过内侧线路通常会有其他的设计用途,并非全部都是与正线联通,或只用于列车折返的,例如:
广州站西部的京广线上下行分离,包夹了广州机务段与广州车辆段。这使得机务段/车辆段派出机车/客车,或机车/客车入段时对京广线正线行车影响较小,一定程度上缓解了车站的压力。当然,这样的设计非常消耗城市土地空间,加之两条分离的正线包裹住了一片区域,也就产生了“铁路围城”的三角地带。
这种三角地带若要与市区相连,就必须穿过铁路,由于行政主体不同,加之铁路的行车繁忙,线路中断损失大,地方通常需要与铁路系统反复协商才能修建穿过铁路的市政道路。因此,三角地带的配套市政道路一般难以规划,对外(市区)联通之道路通常不像其他地区一样四通八达而相互分流,这也就造成了铁路切割城市的典型效应。广州站相似的三角地带其实并不止一处,广茂线广州站方向、棠溪站方向,以及京广线上行又分别构成了另一块三角地带。
这样的简单构型对于大铁的实际运营需求而言,显然还有许多优化空间,如:正线包夹引入不利于高速设计,能不能改成正线居中不分离,通过车站其他的到发线实现类似的功能?……
考虑到车站的到发线较多,同时要保证正线列车能快速越行通过车站、枢纽配线简化等等需求,在实际的线路设计中,通常的思路也是以正线居中为主。当然,正线居中所带来的折返切割弊端是不可忽视的。
但若将不需要折返的列车,在其行驶至折返交叉区间之前,就将其疏解到其他的股道中,而后再令其重新汇入正线,是不是也相当于实现了通过进路包夹折返进路呢?
于是,也就有了现实中大铁车站非常常见的设计思维——平行进路。
平行进路指的是两对或多对列车在经过车站时,彼此的进路近似平行,行车流线不冲突、不交叉。既然平行进路中列车相互不产生交集,那么就保证了行车安全,在此保障下,车站调度就能允许这几趟列车的作业同时进行,不需要停车避让。因此,平行进路设计明显提升了车站在平面下的列车接发能力与疏解能力。不论是国铁,还是外国铁路枢纽车站,平行进路几乎都是它们不可或缺的设计。在国铁一些较老的普铁铁路枢纽站中,通过平行进路疏解平面交叉车流更是家常便饭一般的事。
要实现列车的平行进路,就需要在各条股道汇出交集的车站咽喉区设置额外的平行辅助轨,辅助轨道一般就是并列平行于正线两端的数条线路。这些辅助轨道的末端有的会是尽头,有的可能会适当延长用作机车停车线,还有的会与一些联络线、列车出入库线相接。
透过该设计,列车能利用渡线从正线离开,驶进辅助轨道,进入车站站台。那么,即使此时列车前方正线上有折返列车,若两者之间构成了平行进路,也就意味着它们是互不干扰的。也就相当于实现了大铁车站的平面疏解。
回到正题,得益于这种设计,外加高速铁路先进的信号系统,以及到发规模庞大的车站设计(如广州南站高速场拥有多达10台19线的规模一般)。列车在车站范围内的追踪间隔较短,同时进路办理选择较多,因此大多数情况下,通过简单的平面疏解就能够解决一条线路列车通过与列车立折的大部分问题。
事实上,在京沪高铁一类较为繁忙的线路中,也还是允许了这种中途立折列车的存在。
当然,平行进路并不是十全十美的。
比如,下图中的红线代表了需要利用折返渡线进入靠外层的股道的一种列车进路。在这种远离正线而又需要折返的情况下,列车会占用车站一端咽喉区的全部进路,此时无法运用任何平行进路来提升效率。
另外,由于列车折返作业必然会占用正线,其无法与正线通过的列车进路共存,因此车站折返列车在进行作业时,只能相对应的安排一部分经停车站的进路。
平行进路不仅考验了车站设计者的思路与取舍,实际经营中也对运营方提出了更高的要求。但不得不说,平行进路对于铁路而言,就是一般好用,但便宜的存在。
国铁的高速铁路车站非常讲究上下行分场,车站规模普遍较大,站台较为宽阔,出于简化咽喉区设计、压缩车站用地规模等条件的限制,许多新车站的设计思路均为“先汇合,再整流”——即线路分离出的各条到发线,先汇合集中至靠近正线的地方,再安排数组渡线与道岔进行彼此的联络,这些渡线与道岔通常不会安排得很完全,设计过程中会因简化车站咽喉区而舍弃部分到发线(通常是远离正线的那一类)的完全互通能力,点到即止。这意味着车站内的一部分股道不能完全地联络所有路径,其所能办理的进路具有局限性、选择性;经过简化设计后,车站咽喉区部分路段、渡线与道岔的利用率将变得非常高,一条辅助轨将汇集多条到发线的大量车流。此时,如果有不止一条线路的列车需要利用车站内的少数几条折返渡线,那么势必会造成折返路段的高度紧张及车流积压,进而造成瓶颈,降低线路的运能与运营效率。
在国铁多年的铁路经营中,不少枢纽站与线路列车也饱受了各种因车站线路平面交叉所带来的折磨,尤其是因车站调度紧张所带来的严重晚点与低效。典型的例子为株洲站(沪昆线与京广线平面交叉)、郑州站(陇海客走部分与京广客走部分平面交叉)。
可见,平面疏解设计在越来越复杂的车站配线,乃至本身就存在设计缺陷(线路平面交叉)的情景中,并不能很好的解决实际问题。
因此,若某新建车站引入了不止一条线路,那么,在多条线路车流的交织以及种类要求繁多的跨线运营需求下,平面疏解显然已不能满足条件。此时,就需要通过立体疏解来解决多条线路共同引入车站的问题。
立体式疏解在建设发展历史悠久的普铁系统中就已经存在。多数普铁枢纽的疏解设计都具有历史或技术成因,其实现的思路较为曲折、复杂,通常会是部分立体疏解加平面疏解,而非完全的立体疏解,布置图中一般也难以辨识与理会其设计的目的。因此,这里主要讨论构型较为简单的高速铁路。
一般情况下,多条高速铁路引入车站所采用的设计框架基本为两种:合设站场、分设站场。
合设站场即方向别引入设计。简单的来说,由一条上下行正线分离的线路,包夹内侧居中的高速线一同引入车站,就是合设站场设计,也称居外侧的线路外包内侧线路。合设站场设计一般用于两线间的跨线,在车站区域中安排允许时速较高的渡线与道岔,来达到简易的跨线设置。但由于该种设计中会涉及到两线共用站场,除了要考虑内侧线路与外侧线路的通过列车径路不能冲突外,还需要考虑到外侧线路如何折返。
依据上述分析,若大型车站中出现了合设站场而不设置额外立体疏解的设计,两线列车集中于车站咽喉区进行折返作业,将必然会出现折返能力互相受制的情形。因此,在条件允许的情况下,大型车站多数时候都会安排有立体疏解设计。
其中,最常见的一种设计是为外包线路安排反发线。反发线在车站中临近外包线路的一侧正线,与该侧正线的行进方向相反,从车站引出后,反发线先以立交形式穿过外包线路的两条正线,再通过道岔汇入另一侧正线中,由此构成了一个可供外包线路列车折返的闭合回路。同时,反发线一般都会有属于自己的,或与其他线路部分共享的到发线,一般可视为反发线拥有一个小型始发站场。
外侧线路的列车先由一侧正线进入临近反发线的股道中,换端完毕后,出站时通过渡线汇入反发线,经反发线与联络道岔汇入另一侧正线中,进而完成折返过程,期间不涉及切割正线。
值得注意的是,反发线必须临近与其行车方向相反的正线,它们之间必须有渡线联络,拥有至少1条与反发线连通的股道(现实中1条肯定是不够用的,至少2条以上才能满足需求),中间一般也不能安排有其他联络线,确保形成能供列车立折的闭合回路。若不能构成闭合回路,反发线就没有意义了。
连云港站就是一较为典型的,利用反发线疏解外包线路立折列车的案例。青盐线以方向别形式外包陇海铁路引入连云港站,同时在连云港站增设了一条反发线与额外的股道,解决青盐线与连镇客专动车组在连云港站的立折需求。其中,连镇反发线与青盐上行正线构成了一个可供列车立折的回路,其对应的4条股道可以进行立折。值得一提的是,列车在最下方的立折股道发车时,运行路径与青盐上行正线形成了平行进路,不会对青盐线上行造成影响,即这4条股道的立折作业对青盐正线与陇海正线均无影响,所有折返过程均在反发线与上行正线构成的小型始发站场中完成。作为青盐线重要的中间站与连镇客专的客运起始站,位于上海铁路局管辖地区边界附近的连云港站承担了超过每日30对管内和跨线动车组的立折作业,反发线在此起到了至关重要的作用。
对于一些跨线功能为重,不需要始发与立折列车功能的中小型车站而言,外包线路不设反发线的情况也经常存在。另外,也有少数以方向别形式引入车站的线路会在上下行正线分离之前设置一对折返渡线以供简单的列车折返需求,但若该线路车次加密到一定程度后,这种立折逆行列车的存在将不被允许。
分设站场即线路别引入设计。简单的来说,就是两条线路并列引入车站,各自分设属于自己的独立铁路站场,彼此之间的通过列车与立折都是相对独立的。相较于合设站场,分设站场着重于每条引入线路的独立性,确保车站每一线路都有独立的接发能力与相当占比的始发能力。在大型枢纽车站中,线路一般都采用分设站场形式设置。
在此基础上,若要满足列车的跨站场、跨线路运营需求,除了最基础而廉价的站场共用到发线设计外,跨线疏解线就成为了必不可少的一种设计。
跨线联络线由某线路引出,以立体疏解形式外包另一线路引入车站内,通过车站咽喉区的渡线汇入或是分离其外包的正线。因此,跨线联络线就相当于是与另一线路合设站场。
更高级些的,如同上图的长沙南站,其拥有的2对跨线联络线与1条反发线的设计,使得武广场也可以单独办理沪昆高铁昆明方向的立折车作业,能够疏解沪昆场的立折列车作业。但实际运用中,长沙南站沪昆场的车流密度不及武广场的高,这条高配的反发线也就几乎没有了用武之地。
至于未有联络线沟通的其他方向,则先需要通过联络线进入车站,再按照正常换向列车(期间有时也需要利用折返渡线)处理。根据上图,假设有一列怀化南经长沙南往广州南方向的动车组列车,其就需要先经过长沙南站西北联络线至武广场进行换向,再进入武广高铁下行。
而对于一部分引入线路不全是通过式的车站来说,若某条线路以该站为终点站,这种情况下,就可以进一步简化跨线联络线的设计,缩减为仅有上行或下行一个方向的0.5对跨线联络线。另一个行车方向可直接通过车站咽喉进行联通,过程中切割任何一条线路之正线的可能性都比较小。这样的方案有效减少了工程投资。
复合式(线网)疏解即通过某线路和与其连通的其他铁路、枢纽联络线、其他车站一同形成列车的完整路径。目前想到的有多点发车,延长列车运行路径折返两种形式。
当一条线路存在分支,并且分支的终点站有列车折返条件时,该线路列车将会有多种路径可供选择,即:经主线至终点站折返、经分支线折返。在同一铁路枢纽(或运行线系统)中,若某线路列车可前往多个车站进行折返,那么可以认为该线路在枢纽内具备多点发车能力。
在大铁领域,某铁路在某城市或铁路枢纽内的互通通常是非常重要的,因此多点发车设计普遍存在于铁路系统中。至于列车交路较为简单的地铁/城轨系统,具备严格意义上的多点发车能力的,一般都是建设有分支线系统的线路,例如拥有罗湖主线与落马洲支线的港铁东铁线。
在站后折返线的思路基础上,存车线延长并设置站台变为一个车站,那么站后折返线与存车线就相当于基本构型中的支线,所以站后折返线其实也可以算是多点发车的一种。
当线路所接入的车站到发线规模紧张,或是线路外包引入而无反发线设计时,设计者会通过利用枢纽既有设施,或是新设联络线与车站来保证该线列车的运行与折返通畅,尽量避免瓶颈问题。运营层面上,这一疏解过程可能并不在线路所接入的车站内发生,而是需要通过适当延长列车运行路径至某站再进行折返,利用枢纽内其他车站的到发规模或设计来完成疏解。
因接入站到发线规模紧张而需要另一车站疏解的典型例子为郑州东站。规模为6.5台12线的郑州东站徐兰场实质上接入了3条铁路复线,相当于每条线路享有4条股道可供使用。但这些铁路在徐兰场中的位置并非完全居中,而是处于偏置状态。
配图施工中
这样一来,郑州东徐兰场以线路上下行正线为分界的股道数目是不均衡的,徐兰西行包括正线在内只有2条股道可用,郑济/郑万西行亦是如此。在郑济高铁与郑万高铁建成后,这样的设计弊端将尤为明显。若徐兰场所接入线路的多数列车在郑州东安排立折,那么徐兰场的利用率将会趋近饱和,造成瓶颈,影响线路的正常运营。郑万高铁区间新增设的郑州南站,一方面是为了解决郑州东徐兰场接发能力紧张的问题。郑州南站与郑万、郑济高铁开通后,郑州东站将办理两线路列车的大部分通过作业,立折列车则可运行至郑州南站再进行折返。这样的路径将同时停靠郑州东与郑州南站,从覆盖面的角度来说,也有利于弥补郑州南站站位离郑州市区较为偏远的不足。
另外,徐兰高铁对京广高铁有2对跨线联络线,所以徐兰高铁的列车可经联络线前往郑州东京广场。加上郑济西行列车也能经线路所至京广场,这意味着将徐兰场的部分列车可分流至京广场,使得郑州东徐兰场允许少部分列车在此折返。但这样的手段不可避免地会增加京广场的压力,因此新建郑州南站分流还是很有必要的。
另一种情况的典型例子则为新建南玉(深南)铁路引入南宁东站。
由于南宁东站建设时未有考虑预留新线接入的条件,其东咽喉区可供改造的空间较为局促,新建的南玉铁路无法直接接入至车站内。最后南玉铁路设计时利用了既有联络线(云钦联络线)改建,进而引入车站。但这样会导致南玉铁路的上下行正线分离,并外包了南广线、邕北线两条铁路,即南玉铁路的列车无法在南宁东立折。
根据既有线路布置情况,云钦联络线实际接入了南广线东行,而南钦场(邕北线)西咽喉有前往南广线西行的联络线。再者,南广线大部分列车实际均于南宁东折返,故南玉铁路列车可通过车站西咽喉区正向汇入南广线,前往南广线起点南宁站折返。待日后建成通车,原先为起点的南宁东站,在运营中将作为南玉铁路列车的通过站,南玉铁路列车近期则以南宁站为起讫站折返。
在车次逐步增加的中远期发展规划看来,这样的设计并非是完美的。例如,南玉铁路西行接入的南钦场可用到发规模较小,6条车站办客股道却实质接入了2条复线与2条单线(南玉铁路西行和普速北环线),平均分配到的资源仅1条复线对应2条办客股道;云桂线与南广线有大约20对的直通动车组列车,在南玉列车以南宁站为折返站的前提下,两种列车的运行径路可能会产生冲突。因此,设计者在距离南宁东站约10公里的五合站预留了远期可供列车利用其他车站折返的联络线接口,通过多点发车设计最终解决了南玉铁路列车的折返瓶颈问题。
环发线(灯泡线):一个供列车180度转弯同时切换上下行的圆环状线路,多见于一些普铁货运系统、铁路机务段或车辆段以及早期的地铁/城轨系统当中。可实现的效果类似于地铁站后折返,也可以认是站后折返的一种。由于灯泡线占地空间较大,规模不容易延展,一般只允许列车以较低时速通过,因此灯泡线在当代设计的铁路中几乎销声匿迹。利用灯泡线折返的列车,周转效率可能会稍高于利用普通站后折返线的列车。
三角线:多见于早期普铁系统、铁路机务段或车辆段中,实现的功能类似于灯泡线。列车/机车在三角线中通过转换运行方向两次,最终回到原线路完成折返(调头)作业。
共用到发线:不属于疏解,但属于分设站场的相关拓展内容。在车站分场设计中非常常见,一般规模为两场之间共用1-2条到发线。共用设计除了能让到发线运用更为灵活外,更多时候是作为无跨场联络线疏解的一种开行跨线车的廉价解决方式。列车经共用到发线时会切割某一边线路的正线,但若是像上海虹桥站一类大量始发终到车为主的端点站,利用共用到发线的跨线车,在切割正线的一端可视作是该线路的一趟立折车,并与另一条线路列车交路拉通下的结果。在跨线车为少数的情形下,共用到发线设计对于整个车站以及线路的影响较小。而若开行此种跨线车的需求较高,那么共用到发线设计非常容易成为车站跨线功能的瓶颈之处。
我想到了一个方案,权且抛砖引玉。
既然经过渡线折返会切割正线,那就把渡线与可能切割的正线修成立交。这样的例子比如潍坊北站的潍坊北立折线,潍荣高铁立折后开下行的列车通过潍坊北立折线连续上跨潍荣高铁上行及济青高铁上下行正线,在王伯村线路所再接入潍荣高铁下行正线,从而避免切割上述三条正线。再比如成都东站的成渝反发联络线,同样是为了避免切割成渝高铁下行正线和成贵客专上下行正线。