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摘要：文章针对深圳地铁4号线福田口岸站折返能力不足的问题，对福田口岸站折返能力进行了理论校核和实际运营压力测试，剖析了福田口岸站折返能力不足的成因，通过梳理福田口岸站既有条件和线路运营需求，提出了福田口岸站折返能力提升的改造方案及相关对策。
关键词：福田口岸站；折返能力；检算；系统能力
引言
深圳地铁4号线为城市中部组团内第一条轨道交通线路，其一期工程于2004年12月通车，二期工程于2011年6月通车，三期工程于2020年11月通车。伴随4号线开通，沿线产业、人口向4号线轴向聚集，使4号线客流增长超过预期。现状早高峰列车处于超员运营；其中，深圳北站、白石龙站、会展中心站、市民中心站等车站高峰时段均存在限流情况。虽然港铁公司已于2019年进行了车辆4改6的扩编工作，但列车扩编并未从根本上改善运力紧张的问题。故文章对4号线全线进行了系统能力检算[1]，得出本线系统能力控制点位于福田口岸站，通过与港铁公司校核，证实福田口岸站折返能力实际运营中确实制约了全线系统能力。基于此，文章对福田口岸站折返能力校验、能力提升措施及对策进行了分析。
1.福田口岸站折返能力运营检验
1.1福田口岸站折返能力检算
福田口岸站位于深圳河北岸，与香港隔深圳河相望，本站为地下一层，地面两层的半地下车站，站台型式为一岛两侧，见图1-1。岛式站台宽度为8.5m，侧式站台宽度分别为6.0m、5.7m，站台有效长度为140m。车站外包总长度为219.10m，总宽度为43.20m至21.84m。
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图1-1 福田口岸站车站平面示意图
列车运行方面，本站共有4条运行进路，见图1-2，仅有II道进站方向为直向过岔，其余3条进路均为侧向过岔，最高限速35km/h，实际限速27km/h；且站后保护区段距离仅24m，列车进站限速在30km/h以下，车站范围区域列车运行速度受限，对车站折返能力影响较大。
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图1-2 列车折返进路示意图
经检算，按等间隔接发列车，本站计算折返间隔为124s，系统计算能力为29.0对/h，考虑10%的运能储备，该站折返能力为26.1对/h。见图1-3。
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图1-3 福田口岸站折返能力计算表
1.2 运营压力测试
由于列车在站折返涉及多项技术作业，为保证安全运营，在实操过程中会适当预留一定的调整空间，且同时受运营管理、作业规章、列控预设、司机操作等多种因素的影响，可能出现实际能力与理论计算不符的情况。为验证理论计算的正确性，笔者在取得港铁深圳公司的支持下，对福田口岸站进行了折返能力的压力测试。
（1）测试方法及过程
为准确掌握现有运营系统及运营模式下，福田口岸站准确可实现的最大折返能力，港铁公司于2020年4月29夜间停运时段，进行了压力测试，主要过程为：
1）测试以4列6节车并按不同间隔时刻表（138，133秒）进行；
2）第1及2列车分别驶进福田口岸站 II道及I道，第3列车在第1列车离开后进入福田口岸站 II道，而第4列车在第2列车离开后进入福田口岸站I道，第3及4列车分别离开福田口岸站 II道及I道；
3）列车按测试时刻表运行，同时未有列车因前车不能出清线路而减速，则测试成功；
（2）138s行车间隔测试结果
经3轮测试，在138s的行车间隔下，列车T1至T4均无出现因前车未出清线路而减速情况，按预计的图定时间完成车站接发车作业，表明该站可实现138s行车折返间隔可行，现有运营技术条件可实现26对/h的折返能力。
（3）133s行车间隔测试结果
经过3轮测试，133s间隔下，列车T1和T2可按图定时间完成车站接发车，但列车T3和T4在测试过程中均发生明显减速过程，其中一轮测试T3触发紧急制动，表明该站难以实现133s、27对/h的折返能力。
经检验，实测结果与理论计算结果一致，现状福田口岸站在正常的等间隔接发列车作业方式下，折返能力为26对/h。
2.福田口岸站折返能力提升措施研究
2.1 限制车站折返能力的主要因素
通过对福田口岸站折返能力系统研究，得出限制福田口岸站折返能力的因素主要为以下三个方面。
（1）站前交叉渡线距离车站较远（106m），造成列车进、出站时间长，虽然信号系统在轨道电路划分上已进行优化，但受制于出站时间长而造成的列车进出干扰，降低了车站的折返能力；
（2）站前限速多，首先是侧向过岔限速，前已说明该站列车进出线路中3条为侧向过岔，其次是站前有小半径曲线，且超高设置不足，降低了进出站速度；
（3）站后保护区段距离短（24m），对列车进站限速约45km/h，且未来信号系统即使升级为移动闭塞，依然无法实现进站不限速的工况。
2.2 福田口岸站改造方案
针对上述限制因素，结合福田口岸站工程条件及运营需求，为进一步提高该站折返能力，文章研究了设置站后折返线、站前交叉渡线改12号道岔、信号系统升级为移动闭塞制式等3项改造方案。
2.2.1新增站后折返线
将现状福田口岸站I道、II道向后延伸约309m，并在正线间加设交叉渡线，线路需下穿深圳河，突破了香港口岸边界线。线路方案如图2-1所示。
列车采用站后折返型式，福田口岸站计算折返间隔为107s，计算能力33.6对/h，考虑能力储备后，可以满足30对/h系统设计能力的需求。在站各项作业及时间如图2-2所示。
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图2-1加设站后折返线方案示意图 图2-2福田口岸站折返能力计算表（站后折返）
从工程实施上看，既有福田口岸站南端距离深圳河约20m，站后折返线轨面标高为-4.3m；下游约130m处河底标高为-2.56m。站后折返线下穿深圳河并进入香港界，区间结构顶标高约为1.0m，位于深圳河水面线以上，影响船只通行，并需与香港、深圳两地政府等沟通，协调难度大，且区间结构长期浸泡在河中，对防水、防渗、防腐蚀等存在特殊要求。
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图2-3 折返线区间与深圳河剖面关系示意图
2.2.2站前交叉渡线改12号道岔
将目前站前交叉渡线的9号道岔升级为12号道岔，提高列车侧向过岔速度，以实现提高折返能力的目的。由于福田口岸站建成时间较早，受历史原因影响，左线岔后直线与站台段直线原设计采用R=400m，L=0m曲线连接。改造后，为保证缓和曲线不侵入站台范围，左线岔后直线与站台段直线只能继续延用R=400m，L=0m的曲线连接。站前交叉渡线改造方案见图2-4。
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图2-4福田口岸站前道岔改造方案示意图
站前交叉渡线容许过岔速度45km/h，站后保护区段有效长度24m、进站限速按45km/h计算，列车运行工况仍为两停车线交替折返作业，该方案车站折返能力计算表如下图。
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图2-5福田口岸站折返能力计算表（改12号道岔）
采用12号道岔可有效缩短列车侧向进出站时间，计算折返间隔为107s，计算能力33.6对/h，考虑能力储备后，可以满足30对/h的系统设计能力需求。但既有福田口岸-福民区间下穿福田保税区1号通道桥和广深高速桥，与桥桩密贴，为保证施工安全4号线该段需中断运营。由于道岔长度加长、右线往左移最大约2.13m，需改造道岔和轨道约157.5m；同时线路左移后与中隔墙距离约为0.43m，不满足限界，须改造。区间顶、底板跨度发生变化，原顶、底板配筋不满足调整后结构受力要求，需对部分结构拆除重建。经估算，此方案改造时间大概需要7~8个月，因此从对正线运营和工程实施层面分析，该方案实施难度大。
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图2-6站前交叉渡线及周边环境平面图
2.2.3信号系统升级为移动闭塞
地铁4号线既有线信号系统为西门子的准移动闭塞制式，以轨道电路分区作为闭塞区段保证列车运行安全，后行列车追踪的目标点是前行列车占用闭塞分区的末端；移动闭塞系统通过无线通信和无线定位技术实现后行列车追踪的目标点为前行列车的尾部，进一步缩小了列车运行间隔，提高了系统能力。为此文章研究了信号系统升级来提升福田口岸站折返能力的方案。
信号系统改为移动闭塞系统后，当没有道岔等固定分区限制时，后续列车可以追踪前行列车尾部运行，较准移动闭塞可有效缩短行车间隔；但对于福田口岸的站前折返而言，在图定列车进出站速度不变的前提下，当岔区进路为正常办理完毕前，后续列车追踪的目标点依然为道岔区，与准移动闭塞基本无变化，因此采用移动闭塞系统，福田口岸站折返能力仅进出站进路可适当减小4~5m，列车折返间隔估算可减小2~3s。现状福田口岸站折返间隔为124s，采用移动闭塞估算可有效缩短至121~122s，考虑裕量后能力在26.5对/h，提升效果有限。
本节对提高福田口岸站折返能力的措施进行了分析，总结见表2-1。
提高福田口岸站折法能力措施研究结论表 表2-1
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由于福田口岸站位于一期工程范围，受当时设计标准的影响，该站折返能力按24对/h、2.5min标准设计，与现行《地铁设计规范》要求的30对/h、2min标准有一定差距，因此福田口岸站成为了本线系统能力的瓶颈点，文章研究的站后折返、站前折返12号岔方案可实现30对/h的运营需求，但方案存在工程改造风险大，协调难度大、且需中断运营等问题；信号升级为移动闭塞系统，对福田口岸站折返能力的提高有限，且涉及大量设备改造，故均不可行。
3、福田口岸站折返能力提升对策分析
由于上述三项改造方案均无法有效提升福田口岸站折返能力和本线系统能力。故从运营组织措施和网络化解层面提出如下建议：
（1）利用备用车不等间隔发车
建议在高峰期间利用备用车加开1¬2列车次，在福田口岸站采用不等间隔接发列车的方式，如图3-1所示，该模式下福田口岸站可以实现105/124s间隔折返，计算能力可达到31.3对/h，考虑10%的能力储备，系统能力可达到28对/h，应对远期4.54万人次的客流断面，可以实现12.8%的运能裕量。
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图3-1福田口岸站折返能力计算表（不等间隔接发车）
（2）网络疏解
基于福田口岸站已无法进行有效工程改造实现运能提升的现实，建议在4号线平行通道区域修建平行线路，从网络上为乘客提供更多选择，对地铁4号线沿线客群进行网络疏解，从而实现缓解福田口岸站折返能力不足的问题。
结语
城市轨道交通建设为百年工程，工程设计必须以运营为导向，尽量降低工程风险，控制工程造价。地铁4号线福田口岸站在建设之初由于工程困难，未预留后期改造提升车站折返能力的条件，以至于现阶段无法采取有效手段从根本上提升线路的运营服务水平。后续城市轨道交通建设务必在保障运营服务基本功能的前提下，为后续工程改造和功能提升预留弹性条件。
参考文献：
[1]深圳市轨道交通4号线三期工程系统能力专题研究报告[R].2018.
[2]深圳市城市轨道交通4号线三期工程可行性研究报告[R].2018.
[3]GB50517-2013地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.
[4]城市轨道交通工程项目建设标准[S].北京：中华人民共和国建设部，2008.