我國高速鐵路到發(fā)線合理長(zhǎng)度研究

張守帥， 李微， 閆海峰

（1.西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川成都 611756；2.成都高級(jí)技工學(xué)校，四川成都 610081）

0 引言

到發(fā)線有效長(zhǎng)是高速鐵路車站設(shè)計(jì)的核心標(biāo)準(zhǔn)，其不僅影響到工程投資，而且與行車安全、行車效率息息相關(guān)。我國《鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定停靠長(zhǎng)編組列車時(shí)高速鐵路貫通式車站的到發(fā)線有效長(zhǎng)應(yīng)采用650 m，明顯長(zhǎng)于日本（530 m）、德國（450 m）等國家的相關(guān)規(guī)定。

實(shí)際上，我國京滬高鐵車站到發(fā)線有效長(zhǎng)大量在600 m左右，未滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求。2019年1月5日，約440 m長(zhǎng)的17輛超長(zhǎng)編組“復(fù)興號(hào)”列車在京滬高鐵正式上線運(yùn)行，表明我國目前的到發(fā)線有效長(zhǎng)對(duì)絕大多數(shù)不運(yùn)行17輛編組“復(fù)興號(hào)”的線路是有一定冗余的。

到發(fā)線有效長(zhǎng)與列控系統(tǒng)、動(dòng)車組牽引制動(dòng)性能等有著密切關(guān)系，若無法與之合理匹配，則會(huì)導(dǎo)致司機(jī)對(duì)標(biāo)停車?yán)щy、增加行車間隔甚至列車冒進(jìn)信號(hào)等安全事故。考慮到我國列控系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了多次優(yōu)化，有必要在分析高速鐵路到發(fā)線有效長(zhǎng)影響因素的基礎(chǔ)

上，研究與當(dāng)前技術(shù)條件相匹配的到發(fā)線有效長(zhǎng)。

1 我國高速鐵路車站到發(fā)線有效長(zhǎng)

與普速鐵路略有不同，高速鐵路到發(fā)線有效長(zhǎng)是指到發(fā)線兩端警沖標(biāo)間的距離。我國高速鐵路相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求到發(fā)線有效長(zhǎng)為650 m，其中站臺(tái)長(zhǎng)450 m，動(dòng)車組停車標(biāo)在站臺(tái)內(nèi)側(cè)15 m，出站信號(hào)機(jī)在站臺(tái)外側(cè)45 m，出站應(yīng)答器組在信號(hào)機(jī)內(nèi)側(cè)距離≥20 m，警沖標(biāo)在出站信號(hào)機(jī)外側(cè)55 m（見圖1）。

圖1 高速鐵路到發(fā)線有效長(zhǎng)示意圖

2 高速鐵路車站到發(fā)線有效長(zhǎng)確定依據(jù)

2.1 站臺(tái)長(zhǎng)度

站臺(tái)長(zhǎng)度應(yīng)確保我國所有型號(hào)動(dòng)車組中最長(zhǎng)列車的?？啃枨螅瑫r(shí)還應(yīng)留有一定冗余以保證在司機(jī)停靠存在一定誤差時(shí)列車也全部在站臺(tái)范圍內(nèi)。除少量17輛編組“復(fù)興號(hào)”外，目前我國重聯(lián)狀態(tài)下最長(zhǎng)的動(dòng)車組型號(hào)為CRH380D，長(zhǎng)度為430.6 m，單列最長(zhǎng)的動(dòng)車組型號(hào)為CRH1E，長(zhǎng)度為428.9 m，可見當(dāng)前站臺(tái)長(zhǎng)度有約20 m的冗余，滿足動(dòng)車組列車的?？恳?。

2.2 2個(gè)出站信號(hào)機(jī)間的距離

2個(gè)出站信號(hào)機(jī)間的距離是指同一到發(fā)線出站信號(hào)機(jī)與反向出站信號(hào)機(jī)間的距離。該距離的確定依據(jù)主要是在早期列控系統(tǒng)技術(shù)條件下，當(dāng)列車側(cè)向進(jìn)站僅接收到軌道電路的UUS碼，而未接收到進(jìn)站應(yīng)答器信息的特殊情況下，列車轉(zhuǎn)為部分監(jiān)控，以80 km/h的速度進(jìn)入車站，在股道接收到HU碼后采用最大常用制動(dòng)的停車距離，停車距離是以制動(dòng)距離相對(duì)較長(zhǎng)的CRH2型動(dòng)車組以85 km/h的初速度在連續(xù)2‰下坡道上的最大常用制動(dòng)距離為依據(jù)確定的［1］，即為540 m。

2.3 停車標(biāo)與出站信號(hào)機(jī)間的距離

動(dòng)車組進(jìn)站停車時(shí)需要按照列控系統(tǒng)的一次控車曲線行駛，我國列控系統(tǒng)在計(jì)算控車曲線時(shí)均考慮到列車運(yùn)行過程中測(cè)速測(cè)距等各種誤差而預(yù)留了60 m的安全防護(hù)距離，即控車曲線的實(shí)際“0速”點(diǎn)位于打靶點(diǎn)—出站信號(hào)機(jī)—前60 m。若動(dòng)車組停車位置標(biāo)距出站信號(hào)機(jī)小于60 m，則司機(jī)在股道上會(huì)受到控車曲線的影響而未到達(dá)停車標(biāo)時(shí)被迫停車，導(dǎo)致司機(jī)需再次啟動(dòng)列車前移以完成對(duì)標(biāo)，即所謂的“靠標(biāo)停車?yán)щy”或“二次停車”［2］。因此，停車標(biāo)應(yīng)距出站信號(hào)機(jī)60 m及以上的距離，具體數(shù)值由各鐵路局集團(tuán)公司自行確定，但一般按不小于80 m掌握。

2.4 出站應(yīng)答器與警沖標(biāo)間的距離

當(dāng)發(fā)生進(jìn)站信號(hào)機(jī)故障等特殊情況時(shí)，需要開放引導(dǎo)信號(hào)接車，此時(shí)列車以引導(dǎo)模式進(jìn)站運(yùn)行，若此時(shí)司機(jī)操縱失誤，有可能以引導(dǎo)模式冒進(jìn)出站信號(hào)，此時(shí)出站應(yīng)答器中的絕對(duì)停車包可起到最后一道防線的作用，因此出站應(yīng)答器至警沖標(biāo)間的距離應(yīng)滿足列車緊急停車的要求，保證列車不沖出警沖標(biāo)范圍。之前的列控系統(tǒng)中引導(dǎo)模式的允許速度為20 km/h，考慮到CRH3型動(dòng)車組以25 km/h在2‰的下坡道，緊急制動(dòng)距離為53 m，附加車頭至應(yīng)答器信息接收單元的距離5 m，因此出站應(yīng)答器距警沖標(biāo)不應(yīng)小于58 m。

2.5 出站應(yīng)答器與出站信號(hào)機(jī)間的距離

考慮到車載應(yīng)答器接收天線與地面應(yīng)答器為準(zhǔn)的匹配關(guān)系［3］，根據(jù)《CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》的要求，出站應(yīng)答器組宜靠近站臺(tái)端設(shè)置，且距離出站信號(hào)機(jī)的距離不應(yīng)小于20 m，同時(shí)應(yīng)答器組內(nèi)相鄰應(yīng)答器間的距離為5 m。

3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)變化及對(duì)到發(fā)線有效長(zhǎng)的影響分析

3.1 2個(gè)出站信號(hào)機(jī)間的距離

從坡度來看，我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定［4］：到發(fā)線有效長(zhǎng)度范圍應(yīng)設(shè)在平道上，當(dāng)設(shè)在坡道上時(shí)不大于1‰。從列控系統(tǒng)來看，已將部分監(jiān)控模式下的列車限速統(tǒng)一為45 km/h。

從邏輯上來看，當(dāng)進(jìn)站應(yīng)答器丟失后，列車轉(zhuǎn)而以部分監(jiān)控模式進(jìn)站，此時(shí)應(yīng)屬非正常情況，列車只需保證在進(jìn)入股道接收到HU碼時(shí)采取最大常用制動(dòng)后的停車點(diǎn)不超出警沖標(biāo)即可［5］，強(qiáng)制要求其停在出站信號(hào)機(jī)前是沒有依據(jù)的。以制動(dòng)力較差的CRH380BK型動(dòng)車組為例，其以50 km/h初速度在1‰下坡道上的最大常用制動(dòng)距離為172 m，遠(yuǎn)小于站臺(tái)長(zhǎng)度。

綜上所述，部分監(jiān)控模式下的動(dòng)車組制動(dòng)距離不應(yīng)再成為2個(gè)出站信號(hào)機(jī)間距離的限制因素。

3.2 停車標(biāo)與出站信號(hào)機(jī)間的距離

在實(shí)際中經(jīng)常出現(xiàn)停車標(biāo)與出站信號(hào)機(jī)間的距離過大或過小的情況，當(dāng)二者距離過大時(shí)，意味著停車標(biāo)更靠近站臺(tái)中部，導(dǎo)致部分較長(zhǎng)的列車進(jìn)站時(shí)無法保證車身全部在站臺(tái)范圍內(nèi)；當(dāng)二者距離過小時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致司機(jī)二次停車，影響行車效率［6］。因此停車標(biāo)與出站信號(hào)機(jī)間的距離應(yīng)當(dāng)大于列控系統(tǒng)最大常用制動(dòng)的安全防護(hù)距離，同時(shí)保證列車停穩(wěn)后尾部在站臺(tái)范圍內(nèi)。

目前我國各型列控系統(tǒng)（包括300T、300S、300H、200H等）均將緊急制動(dòng)曲線、常用制動(dòng)曲線的安全防護(hù)距離分別由50 m/60 m壓縮至30 m/40 m，因此目前停車標(biāo)與出站信號(hào)機(jī)間的距離最小保持40 m即可。

3.3 出站應(yīng)答器與警沖標(biāo)間的距離

目前我國列控系統(tǒng)已經(jīng)將引導(dǎo)模式下的最高允許速度統(tǒng)一為40 km/h，當(dāng)CRH380BK型動(dòng)車組以45 km/h初速度進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)距離長(zhǎng)達(dá)249 m，因此出站應(yīng)答器與警沖標(biāo)間的距離已遠(yuǎn)不能滿足引導(dǎo)模式下司機(jī)誤操作后的安全防護(hù)需求，繼續(xù)保持原58 m的距離沒有意義。

4 當(dāng)前技術(shù)條件下的高速鐵路到發(fā)線有效長(zhǎng)優(yōu)化

4.1 高速鐵路到發(fā)線有效長(zhǎng)計(jì)算

為便于分析，將出站信號(hào)機(jī)至警沖標(biāo)、出站應(yīng)答器至出站信號(hào)機(jī)、站臺(tái)邊緣至出站應(yīng)答器、停車標(biāo)至站臺(tái)邊緣的距離分別用x1、x2、x3、x4來代替（見圖2）。

圖2 高速鐵路車站到發(fā)線有效長(zhǎng)分析圖

根據(jù)上文分析，停車標(biāo)至出站信號(hào)機(jī)間的距離應(yīng)不小于40 m［7］，即x1+x2+x3≥40。

當(dāng)列車對(duì)標(biāo)停車時(shí)，司機(jī)駕駛室與停車標(biāo)對(duì)齊，列車頭部越過停車標(biāo)約5 m，此時(shí)最長(zhǎng)型號(hào)的列車（即長(zhǎng)編組復(fù)興號(hào)，以440 m計(jì)）尾部應(yīng)全部在站臺(tái)范圍內(nèi)，450-x4-（450-5）≥0。

同時(shí)，當(dāng)列車對(duì)標(biāo)停車時(shí)，應(yīng)保證列車頭部不超出站臺(tái)范圍，同時(shí)給司機(jī)操縱留有一定冗余（5 m），要求x4≥10。

列車最前面輪對(duì)未壓上出站方面的軌道電路時(shí)，列車頭部不應(yīng)越過警沖標(biāo)，x1≥5。

根據(jù)應(yīng)答器設(shè)置原則［8］，其距出站信號(hào)機(jī)應(yīng)不小于20 m，x2≥20。

應(yīng)答器組內(nèi)相鄰應(yīng)答器間的距離為5 m，因此x3≥5。

到發(fā)線的有效長(zhǎng)越短越有利于壓縮工程投資、提高行車效率［9］，因此目標(biāo)為到發(fā)線有效長(zhǎng)最小，即min（450+2x1+2x2+2x3）；同時(shí)考慮到出站應(yīng)答器的主要作用是防止停站列車在出站信號(hào)機(jī)未開發(fā)時(shí)，司機(jī)誤操作啟動(dòng)列車［10］，因此應(yīng)在保證到發(fā)線有效長(zhǎng)最小的前提下，盡量壓縮列車撞到應(yīng)答器前的啟動(dòng)加速距離，即min（x3+x4）。

通過對(duì)上述模型求解，可得x1=5、x2=35、x3=5、x4=10，此時(shí)的到發(fā)線有效長(zhǎng)為540 m，相比目前壓縮了110 m。優(yōu)化后的到發(fā)線各技術(shù)設(shè)備布置方案見圖3。

圖3 高速鐵路到發(fā)線有效長(zhǎng)優(yōu)化布置示意圖

4.2 優(yōu)化方案驗(yàn)證

對(duì)立折作業(yè)和重聯(lián)摘解作業(yè)進(jìn)行分析，驗(yàn)證該方案的可行性。

立折作業(yè)以最不利的17輛編組復(fù)興號(hào)為例進(jìn)行檢算，兩側(cè)停車標(biāo)間的距離為430 m，列車長(zhǎng)440 m，由于對(duì)標(biāo)停車時(shí)列車頭部超出停車標(biāo)5 m，因此其停穩(wěn)后恰好兩端司機(jī)室對(duì)應(yīng)站臺(tái)兩側(cè)停車標(biāo)，滿足立折要求。

重聯(lián)摘解作業(yè)則以我國最長(zhǎng)的8輛編組CRH380D型動(dòng)車組為例（列車長(zhǎng)215.3 m），要求重聯(lián)和摘解后的列車司機(jī)室均能在停車標(biāo)范圍內(nèi)，以便組織后續(xù)發(fā)車。組織重聯(lián)作業(yè)時(shí)，重聯(lián)后的列車長(zhǎng)約431 m，顯然滿足在站臺(tái)范圍內(nèi)的條件；摘解作業(yè)時(shí)，需要將列車移動(dòng)5 m以上，因此2列車外側(cè)車頭間距436 m，外側(cè)司機(jī)室間距約426 m，小于停車標(biāo)430 m的間距。

綜上，本方案可滿足最長(zhǎng)列車的立折作業(yè)和短編組列車的重聯(lián)摘解作業(yè)需求。

5 結(jié)論

到發(fā)線上的停車標(biāo)、應(yīng)答器、出站信號(hào)機(jī)、警沖標(biāo)等技術(shù)設(shè)備相互耦合，關(guān)系復(fù)雜，共同決定了到發(fā)線的有效長(zhǎng)。隨著我國列控系統(tǒng)的不斷優(yōu)化以及動(dòng)車組制動(dòng)能力的增強(qiáng)，在當(dāng)前技術(shù)條件下到發(fā)線長(zhǎng)度可壓縮110 m，即到發(fā)線有效長(zhǎng)最小為540 m時(shí)仍可保證列車運(yùn)行的安全、高效，這對(duì)提高運(yùn)輸效率、減少工程投資均有重要意義。