朱長(zhǎng)青，霍 亮

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

城際鐵路客運(yùn)站道岔型號(hào)選用的研究

朱長(zhǎng)青，霍 亮

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

城際鐵路客運(yùn)站咽喉區(qū)可選用12號(hào)或18號(hào)單開道岔，從接車時(shí)間的不同、滿足3 min追蹤時(shí)間間隔要求、動(dòng)車以相應(yīng)速度通過的舒適性、對(duì)車站站坪長(zhǎng)度及車站平面布置的影響、節(jié)省工程投資及運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本等方面進(jìn)行研究，提出對(duì)城際鐵路客運(yùn)站道岔型號(hào)選用的建議。

城際鐵路；客運(yùn)站；道岔選型

1 概述

我國(guó)普速鐵路客運(yùn)站咽喉區(qū)主要采用12號(hào)單開道岔,高速鐵路客運(yùn)站咽喉區(qū)主要采用18號(hào)單開道岔。目前正方興未艾建設(shè)的城際鐵路,速度目標(biāo)值一般在140～200 km/h,車站咽喉道岔可選用12號(hào)或18號(hào)單開道岔。研究城際鐵路客運(yùn)站道岔選型,在合適的情況下使用合適的道岔,對(duì)滿足線路通過能力及乘坐的舒適性、減小線路平縱斷面及車站設(shè)計(jì)的難度、節(jié)省工程投資具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2 采用不同型號(hào)道岔車站進(jìn)路接車時(shí)間分析

影響列車追蹤間隔的主要為車站進(jìn)路的接車時(shí)間,首先對(duì)車站接車時(shí)間進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 車站接車進(jìn)路組成（圖1)

接車進(jìn)路由進(jìn)站制動(dòng)區(qū)S1、咽喉區(qū)S2、?？繀^(qū)S3三部分組成。其中S1為進(jìn)站信號(hào)機(jī)前方列車由區(qū)間速度V1減至側(cè)向過岔速度V2的運(yùn)行距離,S2為進(jìn)站信號(hào)機(jī)至到發(fā)線進(jìn)站端警沖標(biāo)的距離,S3為到發(fā)線進(jìn)站端警沖標(biāo)至距站臺(tái)端內(nèi)15 m處的距離。

圖1 客站咽喉一個(gè)接車進(jìn)路的長(zhǎng)度組成（單位：m)

2.2 列車進(jìn)站運(yùn)行方式

我國(guó)城際鐵路基本上采用C2級(jí)列控系統(tǒng),要求停站列車在到達(dá)進(jìn)站信號(hào)機(jī)時(shí)速度降為咽喉區(qū)側(cè)向過岔速度,因此進(jìn)站信號(hào)機(jī)成為控制列車速度的分界點(diǎn)。進(jìn)站信號(hào)機(jī)前方為減速區(qū),列車速度由區(qū)間速度V1降為側(cè)向過岔速度V2。

列車通過進(jìn)站信號(hào)機(jī)之后以側(cè)向過岔速度V2勻速運(yùn)行,在站臺(tái)前方減速直至?？?。往往在車頭越過到發(fā)線進(jìn)站端警沖標(biāo)之后還要?jiǎng)蛩龠\(yùn)行一段距離,再做減速運(yùn)行至停車,因此列車勻速運(yùn)行距離及減速?？烤嚯x,不對(duì)應(yīng)于咽喉區(qū)長(zhǎng)度S2和停站減速區(qū)長(zhǎng)度S3。

2.3 接車時(shí)間計(jì)算

(1)進(jìn)站信號(hào)機(jī)前方制動(dòng)時(shí)間t1的計(jì)算

影響時(shí)間t1的因素為區(qū)間行車速度V1及制動(dòng)減速度β。

列車制動(dòng)減速度的大小直接影響車站接車時(shí)間。影響制動(dòng)減速度的主要因素是動(dòng)車組類型、采用的制動(dòng)力級(jí)別(分1、4、7級(jí)制動(dòng))、軌道干濕狀態(tài)以及列車運(yùn)行速度。以CRH2型動(dòng)車組濕軌狀態(tài)制動(dòng)減速度為例,其1級(jí)和4級(jí)制動(dòng)減速度計(jì)算式如表1所示。

7級(jí)制動(dòng)時(shí),CRH2型動(dòng)車組濕軌狀態(tài)減速度值(加上風(fēng)阻)見表2。

表1 CRH2型動(dòng)車組濕軌下制動(dòng)減速度計(jì)算式

表2 CRH2型動(dòng)車組濕軌狀態(tài)制動(dòng)減速度值

從表2看出,相同條件下減速度值隨速度減小而增大。80km/h以下減速度變化值不明顯,濕軌狀況1級(jí)制動(dòng)時(shí)約為0.17 m/s2,4級(jí)制動(dòng)時(shí)約為0.46 m/s2,7級(jí)制動(dòng)時(shí)約為0.75 m/s2。

進(jìn)站減速至信號(hào)機(jī)的時(shí)間可用積分法精確計(jì)算。例如在4級(jí)制動(dòng)條件下,從區(qū)間行車速度300 km/h減速至進(jìn)站信號(hào)機(jī)前80 km/h或45 km/h的制動(dòng)時(shí)間分別為

列車在80 km/h及以下速度,同一制動(dòng)級(jí)別下的減速度趨向于一定值。為簡(jiǎn)化計(jì)算過程,后續(xù)某運(yùn)行區(qū)段減速度采用一個(gè)平均減速度代替,則上式可以簡(jiǎn)化為

Δt=(V80-V50)/β=(22.22-12.50)/0.45=21.6 s

同理,1級(jí)制動(dòng)條件下該時(shí)差約為57 s,7級(jí)制動(dòng)條件下約為12.8 s。

計(jì)算可見:采用18號(hào)道岔與12號(hào)道岔相比,列車從開始制動(dòng)至進(jìn)站信號(hào)機(jī)之間的運(yùn)行時(shí)間差值Δt與區(qū)間行車速度v1無關(guān),只與β成反比關(guān)系,即與采用的制動(dòng)級(jí)別成反比。制動(dòng)級(jí)別越小,制動(dòng)減速度越小,該段運(yùn)行時(shí)差就越大。

(2)咽喉區(qū)走行時(shí)間t2的計(jì)算

列車在咽喉區(qū)的行進(jìn)狀態(tài),可視為以側(cè)向過岔速度作勻速運(yùn)動(dòng),時(shí)間t2的影響因素為咽喉區(qū)長(zhǎng)度S2、側(cè)向過岔速度V2。

進(jìn)站信號(hào)機(jī)至站臺(tái)端部為列車進(jìn)站的低速運(yùn)行區(qū)間,該段通過速度直接影響接車時(shí)間。采用12號(hào)道岔側(cè)向通過速度V2為45 km/h(12.50 m/s),采用18號(hào)道岔側(cè)向通過速度V2為80 km/h(22.22 m/s),采用18號(hào)道岔側(cè)向過岔速度為12號(hào)道岔的1.78倍。

列車越過進(jìn)站信號(hào)機(jī)之后,在咽喉區(qū)以側(cè)向過岔速度勻速運(yùn)行。該段屬低速運(yùn)行狀態(tài),如果咽喉區(qū)長(zhǎng)度過長(zhǎng),將明顯加長(zhǎng)接車時(shí)間,影響列車追蹤間隔。本文以幾種典型車站為例,在相同車站規(guī)模情況下,采用12號(hào)道岔與采用18號(hào)道岔咽喉區(qū)長(zhǎng)度對(duì)比見表3。

表3 采用12號(hào)道岔與采用18號(hào)道岔典型站咽喉區(qū)長(zhǎng)度比較

從表3可見,車站咽喉區(qū)長(zhǎng)度與車站規(guī)?；境删€性關(guān)系。在大型客運(yùn)站中采用18號(hào)道岔較采用12號(hào)道岔車站咽喉區(qū)長(zhǎng)度明顯加長(zhǎng),二者比例接近常數(shù)1.5。車站咽喉區(qū)由道岔及其連接部分組成,計(jì)算表明車站咽喉區(qū)的長(zhǎng)度與道岔號(hào)碼基本成比例關(guān)系,即咽喉區(qū)長(zhǎng)度比=道岔號(hào)碼比=1.5(18/12)。

設(shè)采用12號(hào)道岔的咽喉區(qū)長(zhǎng)度為S小、側(cè)向通過速度為V小,采用18號(hào)道岔分別為S大和V大,則

通過時(shí)間差=S小/V小-S大/V大=S小/V小-1.5S小/ 1.78V小=0.157 3S小/V小=0.012 6S小s

當(dāng)S小在常見的300～800 m時(shí),通過時(shí)間差在3.8～10 s間變化,這個(gè)數(shù)值對(duì)接車時(shí)間影響很小。

(3)警沖標(biāo)至停靠點(diǎn)的走行時(shí)間t3的計(jì)算(圖2)

影響時(shí)間t3的因素為到發(fā)線有效長(zhǎng)及制動(dòng)減速度β。城際鐵路車站到發(fā)線有效長(zhǎng)有650、450 m或者400 m等檔次。受進(jìn)站速度V2、到發(fā)線有效長(zhǎng)及制動(dòng)減速度的綜合影響,列車?？空九_(tái)前的制動(dòng)起點(diǎn)在警沖標(biāo)附近。

圖2 警沖標(biāo)至停靠點(diǎn)的走行時(shí)間t3的計(jì)算圖（單位：m)

列車在越過進(jìn)站端警沖標(biāo)至停站之間的運(yùn)行時(shí)間t3分兩種情況進(jìn)行計(jì)算。

情況1:制動(dòng)起點(diǎn)越過進(jìn)站端警沖標(biāo)

t3=t′3+t″3=S′3/V2+V2/β

上式中S′3=S3-S″3=S3-V22/2β,因此

t3=(S3-V22/2β)/V2+V2/β

情況2:制動(dòng)起點(diǎn)未到警沖標(biāo)

t3=(2S3/β)

不同有效長(zhǎng)時(shí),列車以不同的過岔速度通過停站減速區(qū)S3的走行時(shí)間t3對(duì)比分析見表4。

從表4可看出,對(duì)比兩種過岔速度,到發(fā)線有效長(zhǎng)越長(zhǎng),對(duì)停站減速區(qū)接車時(shí)間差影響就越大。

3 客運(yùn)站采用12號(hào)道岔與采用18號(hào)道岔的綜合對(duì)比分析

3.1 接車時(shí)間對(duì)比

根據(jù)前述分析計(jì)算,車站進(jìn)路接車時(shí)間t=t1+t2+t3,因此采用12號(hào)道岔較采用18號(hào)道岔需要增加接車時(shí)間Δt=Δt1+Δt2+Δt3。由于Δt2受車站規(guī)模影響較小,分別選取S小=300、500 m和800 m 3種情況進(jìn)行計(jì)算,得到的總接車時(shí)間差見表5。

表4 不同到發(fā)線有效長(zhǎng)走行時(shí)間t3對(duì)比s

表5 采用12號(hào)道岔與18號(hào)道岔接車時(shí)間差對(duì)比s

從表5可以看出,車站采用兩種型號(hào)道岔的接車時(shí)間差,與制動(dòng)減速度成反比,與咽喉區(qū)長(zhǎng)度、到發(fā)線有效長(zhǎng)成正比。對(duì)于城際鐵路而言,中間站規(guī)模小,咽喉區(qū)長(zhǎng)度短,且到發(fā)線有效長(zhǎng)較短,所以時(shí)間差值較小。城際鐵路采用CRH6型城際動(dòng)車組時(shí),列車進(jìn)站制動(dòng)的一般常用減速度大于0.5 m/s2。在咽喉區(qū)長(zhǎng)度約300 m、制動(dòng)減速度大于0.5 m/s2的情況下,該時(shí)間差值小于25 s。CRH6-A、CRH6-B型城際動(dòng)車組制動(dòng)性能對(duì)照見表6。

表6 CRH6型城際動(dòng)車組制動(dòng)性能對(duì)照

3.2 客運(yùn)站采用12號(hào)道岔最小追蹤間隔時(shí)間檢算

一般而言,列車追蹤間隔時(shí)間的4種情況(即I追追、I到到、I發(fā)發(fā)和I通過)中,I到到是決定因素,以下對(duì)I到到追蹤間隔進(jìn)行檢算。

檢算的基本條件是:區(qū)間行車速度為200 km/h (55.6 m/s),12號(hào)道岔側(cè)向限速45 km/h(12.5 m/s)；列車長(zhǎng)度200 m,到發(fā)線有效長(zhǎng)450 m；區(qū)間及站內(nèi)線路均為平直道；閉塞分區(qū)長(zhǎng)度為2 000 m,鄰近車站的閉塞分區(qū)長(zhǎng)度為1 200 m和1 500 m；列車采用CRH6動(dòng)車組,列控符合CTCS-2級(jí)的目標(biāo)―距離控制模式,平均減速度為0.66 m/s2；車站辦理列車到達(dá)作業(yè)時(shí)間為15 s；司機(jī)確認(rèn)車載設(shè)備信號(hào)顯示時(shí)間為10 s；車站自動(dòng)排列發(fā)車進(jìn)路時(shí)間或自動(dòng)排列接車進(jìn)路時(shí)間為8 s；車載設(shè)備接收信號(hào)應(yīng)變時(shí)間為2.2 s；車站設(shè)備啟動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)延遲時(shí)間為0.5 s。最小追蹤間隔時(shí)間示意如圖3所示。

圖3 最小追蹤間隔時(shí)間示意

列車到達(dá)追蹤間隔時(shí)間可按下式確定

其中:t作業(yè)=15+2.2+0.5=27.7 s；

因此,I到到=27.7+10.4+65.3+(l進(jìn)-119)÷12.5+ 19=l進(jìn)/12.5+112.9

如果要滿足3 min最小追蹤間隔的要求,則需I到到＜180 s,即l進(jìn)＜837.5 m,對(duì)應(yīng)的咽喉區(qū)長(zhǎng)度為837.5-450/2=612.5 m。由于采用12號(hào)道岔布置的一般中間站咽喉區(qū)長(zhǎng)度在400 m以內(nèi),因此可以滿足3 min最小追蹤間隔的要求。

3.3 旅客舒適性對(duì)比（表7)

表7 12號(hào)道岔與18號(hào)道岔旅客舒適性指標(biāo)對(duì)比

旅客列車以80 km/h的速度側(cè)向通過18號(hào)道岔,乘客感受到的離心加速度為0.449 m/s2,加速度時(shí)變率為0.55 m/s3；旅客列車以45 km/h的速度側(cè)向通過使用12號(hào)岔,離心加速度為0.446 m/s2,加速度時(shí)變率0.310 m/s2,均優(yōu)于18號(hào)道岔。

3.4 投資影響分析

(1)投資成本

單組道岔綜合安裝造價(jià),18號(hào)無作道岔約370萬元,12號(hào)無作道岔約180萬元,鋪設(shè)1組12號(hào)道岔較18號(hào)道岔節(jié)省約190萬元。對(duì)于道岔上橋甚至車站高架,投資成本還將增加道岔梁的成本,該項(xiàng)成本遠(yuǎn)高于單純鋪道岔的成本。

(2)運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本

18號(hào)道岔需要使用5臺(tái)轉(zhuǎn)轍機(jī)牽引,而12號(hào)道岔只需要2臺(tái),因此使用18號(hào)道岔將大大增加運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

4 結(jié)論及建議

研究表明:城際鐵路客運(yùn)站采用12號(hào)道岔與采用18號(hào)道岔相比,接車時(shí)間的增加值在25 s以內(nèi),可滿足3 min追蹤時(shí)間間隔要求,動(dòng)車以45 km/h的速度側(cè)向通過12號(hào)道岔比以80 km/h的速度側(cè)向通過18號(hào)道岔的舒適性相當(dāng)；但在有效減小車站站坪長(zhǎng)度、靈活布置車站平面、節(jié)省工程投資及運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本等方面優(yōu)點(diǎn)突出。因此城際鐵路的客運(yùn)站選用12號(hào)道岔也是可行的,特別是城際鐵路深入市區(qū)時(shí),車站咽喉用12號(hào)道岔,對(duì)線路平縱斷面的設(shè)計(jì)以及車站布置是非常有利的。

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Research on How to Select the TyPe of Turnout Suitable for the Track at Passenger Station of Intercity Railway

ZHU Chang-qing,HUO Liang
(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.,Ltd.,Wuhan 430063,China)

U238；U213.6

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.07.002

1004-2954(2014)07-0004-05

2013-07-02；

2013-10-30

朱長(zhǎng)青(1974―),男,高級(jí)工程師,1997年畢業(yè)于北京交通大學(xué),工學(xué)學(xué)士,E-mail:758054313@qq.com。