京滬高速鐵路北京南站發(fā)車追蹤間隔研究

聶英杰，胡志垚

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司運(yùn)輸規(guī)劃研究院，天津300251)

京滬高速鐵路(北京南—上海虹橋)連接環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)和長三角經(jīng)濟(jì)區(qū)2個(gè)國家級城市群，沿線經(jīng)過我國客貨運(yùn)輸最繁忙、增長潛力巨大的交通走廊。目前，京滬高速鐵路北京南站、上海虹橋站最小到達(dá)間隔為4 min，最小發(fā)車間隔為5 min，其余車站最小到達(dá)間隔、發(fā)車間隔均為4 min；區(qū)間最小追蹤間隔為4 min。徐州東至蚌埠南段為最繁忙區(qū)段，開行列車144對/d，運(yùn)輸能力趨于緊張。提升運(yùn)輸能力的根本措施是進(jìn)一步壓縮列車的追蹤間隔，而調(diào)整北京南站發(fā)車追蹤間隔是壓縮全線追蹤間隔的控制因素之一[1-2]。

1 京滬高速鐵路北京南站發(fā)車追蹤間隔影響因素分析

北京南站京滬場于2008年8月1日與京津城際鐵路(北京南—天津)同步建成。根據(jù)高速鐵路列車追蹤間隔的研究，影響北京南站發(fā)車追蹤間隔的因素主要有以下2個(gè)方面。

（1）受道岔和曲線限速、列控系統(tǒng)模式影響，列車出站速度較低[3]。北京南站京滬場除正線XIII道發(fā)車外，其他到發(fā)線發(fā)車均需要通過側(cè)向道岔。出發(fā)咽喉均鋪設(shè)圖號為專線4223A的18號道岔，側(cè)向允許通過速度為75 km/h；同時(shí)受地形限制，部分股道緩和曲線長度不足，引起工務(wù)限速。根據(jù)中國鐵路總公司《CRH系列動車組操作規(guī)則》，列車始發(fā)采用CTCS-2級列控系統(tǒng)控制發(fā)車，CTCS-2發(fā)車條件下車載設(shè)備的控車模式有部分監(jiān)控和完全監(jiān)控2種模式。部分監(jiān)控模式是列控車載設(shè)備接收到軌道電路允許行車信息，而缺少應(yīng)答器提供的線路數(shù)據(jù)或限速數(shù)據(jù)時(shí)使用的模式，部分監(jiān)控模式下限速45 km/h。完全監(jiān)控模式是列車的正常運(yùn)行模式，列控車載設(shè)備根據(jù)控車數(shù)據(jù)自動生成目標(biāo)距離模式曲線，司機(jī)依據(jù)人機(jī)界面顯示的列車運(yùn)行速度、允許速度、目標(biāo)速度和目標(biāo)距離等信息控制列車運(yùn)行[4]。出站信號機(jī)開放后，列車按照部分監(jiān)控運(yùn)行，限速45 km/h，越過出站信號機(jī)后，列控中心(TCC)控制股道發(fā)送雙黃碼。CTCS-2級列控系統(tǒng)發(fā)車限速為45 km/h，列車完全進(jìn)入直股前需要保持一個(gè)車長，部分發(fā)車進(jìn)路需要列車尾部越過反向進(jìn)路信號機(jī)后提速，部分發(fā)車股道需要列車尾部越過反向進(jìn)站信號機(jī)后提速，導(dǎo)致出發(fā)列車通過咽喉區(qū)速度較低。

（2）咽喉區(qū)過長，列車出站走行距離長[5]。受地形限制，設(shè)計(jì)階段北京南站在咽喉區(qū)設(shè)置了發(fā)車進(jìn)路信號機(jī)。實(shí)際運(yùn)營中，為實(shí)現(xiàn)發(fā)車進(jìn)路的一次辦理，將出發(fā)進(jìn)路作為一整條出站進(jìn)路處理，即出清一離去后再辦理后行列車的出發(fā)進(jìn)路。而北京南站出站信號機(jī)至區(qū)間第一個(gè)通過信號機(jī)距離最遠(yuǎn)為2 389 m，列車啟動至出清一離去走行時(shí)間約為4 min，影響列車發(fā)車追蹤間隔時(shí)間。

除上述2個(gè)主要因素外，影響因素還包括調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)觸發(fā)周期過長引起的延遲、司機(jī)作業(yè)流程安排不合理、動車出入段與到發(fā)列車交叉干擾、進(jìn)路沖突時(shí)人工辦理進(jìn)路不及時(shí)及司機(jī)操作水平不達(dá)標(biāo)等。

2 京滬高速鐵路北京南站發(fā)車追蹤間隔方案研究

根據(jù)京滬高速鐵路北京南站設(shè)施設(shè)備具體情況，針對影響發(fā)車追蹤間隔的因素及方案實(shí)施可行性，研究提出壓縮發(fā)車追蹤間隔的技術(shù)方案及方案的組合應(yīng)用。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備性能數(shù)據(jù)，采用CRH380AL-16輛編組、CRH380BL-16輛編組，對各技術(shù)方案效果進(jìn)行理論分析。

2.1 提高道岔側(cè)向通過速度(方案Ⅰ)

結(jié)合各發(fā)車進(jìn)路實(shí)際道岔布置和可能達(dá)到的行車速度，開展行車模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證圖號為專線4223A的18號道岔側(cè)向通過速度能否提高到80 km/h，重點(diǎn)驗(yàn)證列車的安全性和旅客的舒適性[6]。如果道岔具備提速到80 km/h的條件，現(xiàn)有條件下出站信號機(jī)可以開放UUS碼(雙黃閃碼)。通過對CRH380AL-16輛編組列車、CRH380BL-16輛編組列車的理論分析，與北京南站現(xiàn)狀相比，12道至15道(12道、14道、15道由于R-400 m緩和曲線長度不足，限速50 ～ 60 km/h，下同)自列車啟動至出清一離去的走行時(shí)間與現(xiàn)狀相同(其中，13道為正線不受道岔限速影響，12道、14道、15道由于有限速，出站信號機(jī)無法開放UUS)，10道—11道自列車啟動至出清一離去的走行時(shí)間縮短約40 s，8道至9道、18道至19道自列車啟動至出清一離去的走行時(shí)間縮短約84 s。

2.2 降低開放UUS碼的要求(方案Ⅱ)

高速鐵路《技術(shù)管理規(guī)程》第477條第2款第10項(xiàng)規(guī)定，UUS碼表示“列車接近的地面信號機(jī)開通經(jīng)18號及以上道岔側(cè)向位置的進(jìn)路，且進(jìn)路允許速度不低于80 km/h”。針對北京南站道岔限速為75 km/h僅略低于80 km/h的實(shí)際情況，在發(fā)車進(jìn)路略低于80 km/h限速(道岔限速和曲線限速)情況下，側(cè)向發(fā)車信號開放后TCC控制對應(yīng)的發(fā)車股道發(fā)送UUS碼；同時(shí)出站信號機(jī)前方應(yīng)答器向列車發(fā)送線路允許速度信息[7]。列車以CTCS-2模式發(fā)車，通過出站信號機(jī)轉(zhuǎn)為完全監(jiān)控模式，隨后可以提速至線路允許速度。通過對CRH380AL-16輛編組列車、CRH380BL-16輛編組列車?yán)碚摲治?，與北京南站現(xiàn)狀相比，13道自列車啟動至出清一離去的走行時(shí)間與現(xiàn)狀相同，12道、14道、15道自列車啟動至出清一離去的走行時(shí)間縮短約24 ～ 31 s，10道—11道自列車啟動至出清一離去的走行時(shí)間縮短約36 s，8道至9道、18道至19道自列車啟動至出清一離去的走行時(shí)間縮短約76 s。

2.3 采用CTCS-3列控模式發(fā)車(方案III)

在CTCS-3列控模式下發(fā)車，列車啟動運(yùn)行至出站應(yīng)答器前采用目視行車，限速40 km/h；接收應(yīng)答器信息后轉(zhuǎn)入完全監(jiān)控并且保持1個(gè)列車長度，按線路限速運(yùn)行[8]。采用CTCS-3列控模式發(fā)車，研究認(rèn)為存在2個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn)。

（1）列車越過警沖標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。CTCS-3列控模式下發(fā)車，列車壓入出站信號機(jī)前方應(yīng)答器之前，司機(jī)采用目視行車。如果出站信號未開放而司機(jī)違規(guī)啟動列車，雖然應(yīng)答器設(shè)置了目視行車危險(xiǎn)報(bào)文(CTCS-137)，可以保證在出站信號機(jī)未開放情況下觸發(fā)緊急制動，但北京南站各股道應(yīng)答器距離警沖標(biāo)(緊急制動距離)僅為26 ～ 36 m，而8輛編組列車的停車標(biāo)距離應(yīng)答器(可能的加速距離)約為214 ～ 231 m，列車在人為操作失誤情況下，自列車啟動至越過出站信號機(jī)開始啟動緊急制動，最終停車位置存在越過警沖標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。為避免這種情況的發(fā)生，可以將各股道出發(fā)應(yīng)答器位置向站中心方向移動一段距離(北京南站各條到發(fā)線出站信號機(jī)距離16輛編組停車標(biāo)位置大約120 m，移動距離約80 m)的改進(jìn)措施。經(jīng)過對CRH3-350 (4D-4T)8輛編組列車、CRH2-350 (6D-2T)8輛編組列車、CRH2-380AL (14D-2T)16輛編組列車和CRH3-380BL (8D-8T) 16輛編組列車的理論檢算，出發(fā)列車加速到出發(fā)應(yīng)答器位置時(shí)如果收到危險(xiǎn)報(bào)文，可以確保列車在警沖標(biāo)內(nèi)側(cè)停穩(wěn)，從而消除上述風(fēng)險(xiǎn)。

（2）司機(jī)輸入錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。與CTCS-2列控模式發(fā)車比較，司機(jī)需要輸入電話號碼和ID號與無線閉塞中心(RBC)建立對應(yīng)關(guān)系，存在輸入風(fēng)險(xiǎn)[9]。為消除該風(fēng)險(xiǎn)，近期可以通過提升司機(jī)責(zé)任心來緩解，未來可以通過各種技術(shù)手段解決。在采用CTCS-3列控模式發(fā)車的情況下，通過對CRH380AL-16輛編組列車、CRH380BL-16輛編組列車的理論分析，與北京南站現(xiàn)狀相比較，13道自列車啟動至出清一離去的走行時(shí)間縮短約11 s，12道、14道、15道自列車啟動至出清一離去時(shí)間縮短約25 ～ 32 s，10道—11道自列車啟動至出清一離去時(shí)間縮短約35 s，8道—9道、18道—19道自列車啟動至出清一離去時(shí)間縮短約82 ～ 85 s。

2.4 發(fā)揮總出站信號機(jī)作用(方案IV)

針對京滬高速鐵路北京南站設(shè)置進(jìn)路信號機(jī)的特定情況，改進(jìn)CTC的控制模式，運(yùn)用總出站信號機(jī)將發(fā)車進(jìn)路一次性辦理分解為分段辦理[10]?？偝稣拘盘枡C(jī)防護(hù)進(jìn)路空閑作為發(fā)車進(jìn)路辦理的條件，CTC可以先辦理出站信號機(jī)至總出發(fā)信號機(jī)的進(jìn)路，待出清一離去后再辦理總出發(fā)信號機(jī)至反向進(jìn)站信號機(jī)的進(jìn)路，以提高車站咽喉通過能力。

方案IV中，對前、后行列車的運(yùn)行軌跡進(jìn)行了詳細(xì)研究。理論計(jì)算表明，正常運(yùn)行條件下，前行列車出清一離去、為后行列車辦理完遠(yuǎn)端出發(fā)進(jìn)路前，后行列車距離總出站信號機(jī)有足夠的緊急制動距離，保證后行列車能夠在總出站信號機(jī)前停車；前行列車運(yùn)行正常條件下，后行列車發(fā)車全過程不會產(chǎn)生限速。因此，分段辦理發(fā)車進(jìn)路方案在北京南站是成立的。

分段辦理發(fā)車進(jìn)路的前提條件是把2段進(jìn)路作為一個(gè)整體考慮。該方案存在一定的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，即后行列車運(yùn)行至總出站信號機(jī)前方，信號未開放(由于種種原因遠(yuǎn)端進(jìn)路未辦理完成)，后行列車需要在總出站信號機(jī)前的直線段(約400 m)停車，從而影響其他進(jìn)路辦理。通過對CRH380AL-16輛編組列車、CRH380BL-16輛編組列車的理論分析，采用分段辦理發(fā)車進(jìn)路的情況下，各股道列車出發(fā)追蹤間隔時(shí)間約為141 ～ 234 s。

2.5 各種方案的組合應(yīng)用(方案V)

為進(jìn)一步壓縮京滬高速鐵路北京南站的出發(fā)追蹤間隔，通過對CRH380AL-16輛編組列車、CRH380BL-16輛編組列車的理論計(jì)算，方案II、方案IV組合后，各股道出發(fā)追蹤間隔時(shí)間為146 ～165 s；方案I、方案II、方案IV組合后，各股道出發(fā)追蹤間隔時(shí)間為142 ～ 158 s；方案III、方案IV組合后，各股道出發(fā)追蹤間隔為146 ～ 163 s，均滿足京滬高速鐵路北京南站出發(fā)追蹤間隔時(shí)間為3 min的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3 結(jié)束語

根據(jù)京滬高速鐵路北京南站既有設(shè)施設(shè)備條件，在確保安全和可實(shí)施的前提下，通過調(diào)整部分規(guī)章和規(guī)定，優(yōu)化調(diào)度集中控制原理等措施，京滬高速鐵路北京南站出發(fā)追蹤間隔可以實(shí)現(xiàn)3 min的設(shè)計(jì)目標(biāo)。對京滬高速鐵路北京南站出發(fā)追蹤間隔的研究，涉及包括《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》在內(nèi)的多項(xiàng)規(guī)章制度，以及運(yùn)輸、電務(wù)、工務(wù)、機(jī)務(wù)等多個(gè)專業(yè)，還與北京南站既有的設(shè)施設(shè)備情況密切相關(guān)，有待通過運(yùn)營模擬試驗(yàn)加以驗(yàn)證，以適應(yīng)客流需求變化，為其他繁忙高速鐵路線路車站提供示范和借鑒。