辛鐘江 南昌鐵路局總工程師室

贛龍線線間距提速試驗安全風險與應對措施

辛鐘江 南昌鐵路局總工程師室

闡述了贛龍線線間距提速試驗背景，分析了試驗存在的安全風險點，提出了“提速安全控制關鍵技術參數(shù)”、“行車設備整治”、“新一代LKJ裝置應用”、“全過程動態(tài)實時監(jiān)測”、“應急搶修預案制定”等應對措施，總結了試驗的意義。

贛龍線；線間距提速試驗；安全風險；應對措施

1 試驗背景

我國現(xiàn)有高速鐵路的線路等級分為200 km/h、250 km/h、300 km/h、350 km/h等，不同速度等級線路的線間距和隧道凈空面積有不同的設計標準（見表1），但都預留有一定的提速空間和發(fā)展余量。印尼雅萬高鐵設計標準速度目標值300 km/h（最高速度350 km/h）、線間距4.6 m、雙線隧道凈空面積81.37 m2、軌道型式為無砟軌道，但目前我國沒有相應的測試數(shù)據(jù)和相關的理論研究來支撐。

中國鐵路總公司經(jīng)過對同期正在聯(lián)調聯(lián)試或剛開通運營線路進行綜合比選，確定在贛龍線贛縣至會昌北快速場區(qū)段進行200 km/h等級的提速試驗，探索該等級鐵路線間距和隧道凈空面積下的列車最高運行速度。為相關“中國鐵路走出去”項目順利推進提供技術支撐。

表1 各速度等級高速鐵路線間距及隧道凈空面積

2 試驗概述

2.1 試驗區(qū)段技術標準情況

贛龍鐵路正線長度約為249.58 km，主要技術標準為：I級國鐵、雙線，設計速度200 km/h。正線線間距4.4 m，最大限制坡度贛州至瑞金段為6‰、瑞金至龍巖段為雙機13‰，最小曲線半徑一般為3 500 m、困難地段2 800 m，到發(fā)線有效長度為850 m。雙線隧道在線間距為4.4 m時軌面以上凈空面積為81.37 m2。通信系統(tǒng)采用GSM-R系統(tǒng)，行車指揮方式為調度集中系統(tǒng)（CTC），信號系統(tǒng)采用CTCS-2級列控系統(tǒng)，接觸網(wǎng)采用全補償簡單鏈形懸掛的直接供電方式。

2.2 試驗主要內容

試驗主要測試提速后的列車空氣動力學和隧道空氣動力學效應，根據(jù)列車通過隧道和在明線區(qū)段、龍華山隧道、新楓樹排隧道及梓山隧道交會時測試列車空氣動力學、隧道氣動效應、軌道狀態(tài)、動車組動力學響應、軌道結構、道岔動力性能、橋梁動力性能、弓網(wǎng)受流性能等。第一階段為單列動車組逐級提速，速度從200 km/h逐級提速到310 km/h。第二階段為交會試驗，交會試驗速度級分別為220 km/h至310 km/h。

3 試驗存在的安全風險點分析

贛龍線線間距提速試驗是中國鐵路首次在4.4 m線間距、81.37 m2隧道斷面、允許速度200 km/h線路上，不改變超高設置的前提下進行的，試驗提速至310 km/h。整個試驗過程中將伴隨著較大的欠超高情況，最大欠超高達到140.6mm。是首次突破《鐵路技術管理規(guī)程（高速鐵路部分）》（以下簡稱《技規(guī)》）對線路速度等級規(guī)定的超速高速列車隧道氣動效應試驗 ，主要安全風險點如下：

（1）工務線橋隧方面

試驗區(qū)段線橋隧按200 km/h線路標準設計，試驗過程中最高速度將達到310 km/h，將產(chǎn)生如下風險，一是綜合檢測車高速通過曲線時欠超高過大引起的安全風險；二是線路道岔軌道幾何狀態(tài)不良引起的安全風險；三是綜合檢測車高速通過時細小道砟擊打動車組的安全風險；四是綜合檢測車高速通過時線路上遺留的路材路料、垃圾等擊打動車組的安全風險。

（2）牽引供電方面

本次試驗最高時速達310 km/h，試驗過程中的弓網(wǎng)之間平均接觸力、硬點、動態(tài)抬升量等均遠大于200 km/h的運行工況。如：接觸網(wǎng)導線張力不滿足《技規(guī)》要求。一是本線導線組合為JTMH120+CTS120，張力組合15 kN+20 kN，接觸網(wǎng)懸掛方式為簡單鏈形懸掛。滿足《技規(guī)》的情況下開行300 km/h的動車組，導線張力應不小于25 kN。二是本線導線高度采用的隧道外為6 000 mm，隧道內為5 750 mm，導線坡度按不大于2‰設計。不滿足《高速鐵路設計規(guī)范》（以下簡稱《設計規(guī)范》）中“設計速度大于250 km/h時坡度應為0”的要求。三是本線接觸網(wǎng)懸掛系統(tǒng)是按時速200km進行設計的，其抬升量160 mm、晃動量300 mm，而《設計規(guī)范》中所規(guī)定的高速鐵路接觸網(wǎng)懸掛系統(tǒng)抬升量為150 mm、晃動量為350 mm。故綜合檢測車高速運行時其受電弓動態(tài)抬升量和晃動量存在安全風險。

（3）行車組織方面

行車組織需突破贛龍線既有技術規(guī)章體系。比如：綜合檢測車運行過程中若采用ATP控車，則需修改試驗區(qū)段地面無源應答器數(shù)據(jù)和列控中心軟件來適應310 km/h運行需求。由于修改工作量大，而且修改后需要對列控C2系統(tǒng)進行驗證，時間上不允許。另外，綜合檢測車既有LKJ2000裝置最高控車速度為165 km/h，也滿足不了310 km/h運行試驗要求。因此，試驗過程需采取人工控速方式，由此帶來行車安全風險大，試驗效率低，精確交會試驗難度高。特別是試驗區(qū)段里程只有54 km，上行線K29+542、K52+927和下行線K30+272、K52+927處各有兩處分相，人工控速方式無法以規(guī)定速度通過檢測點。試驗區(qū)段于都快速場Ⅰ、Ⅱ道接觸網(wǎng)有10組交叉線岔，不滿足高速綜合檢測車運行要求，一旦綜合檢測車高速通過該地點可能會引發(fā)行車安全事故。

（4）綜合檢測車方面

一是在有砟軌道，設計時速200 km/h試驗段高速運行時，綜合檢測車被異物擊打可能性大大增加，走行部（含輪轂輪輞）、受電弓等部件易受損；二是贛龍線隧道多，隧道內施工剩余的灰塵較多，電氣絕緣性能下降，容易引起接觸網(wǎng)和綜合檢測車絕緣子短路，導致接觸網(wǎng)跳閘、設備燒損等故障。

4 試驗風險應對措施

4.1 確定提速安全控制關鍵技術參數(shù)

表2 贛龍線高速鐵路線間距等速度試驗安全提速關鍵技術參數(shù)

本次試驗沒有可以借鑒的提速試驗列車運行安全控制標準，只能借鑒多年來我國高速鐵路聯(lián)調聯(lián)試和科研試驗所取得的經(jīng)驗，參考接觸網(wǎng)和各半徑曲線的速度仿真計算結果，結合贛龍線試驗段工程特點，研究制定一整套提速安全控制技術措施，包括提速安全控制關鍵技術參數(shù)等（見表2）。

表2中“降至安全速度級”：指后續(xù)試驗局部限速至安全速度級，試驗后立即安排線路施工整修?！巴Ｖ固崴佟币馑际牵汉罄m(xù)試驗不超過當前速度級。

4.2 整治行車設備

試驗前根據(jù)贛龍線設計特點及試驗要求，組織相關單位根據(jù)滬寧高鐵運行試驗的經(jīng)驗開展了試驗安全風險研判工作，對試驗區(qū)段的曲線超高設置和接觸網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)及接觸網(wǎng)設計、施工現(xiàn)狀進行分析，對試驗可能存在的安全風險進行全面梳理，采取了一系列專門措施，如：

（1）對試驗區(qū)段相關曲線技術資料逐條進行核實、檢算，確定了每條曲線的最高試驗速度，特別是確定了290 km/h為K30+287～K31+601、K51+521～K52+558兩條半徑為4 500 m曲線最高允許速度，比既定限速280 km/h目標值提高10 km/h。

其一針對綜合檢測車高速通過曲線時因欠超高過大、軌道幾何狀態(tài)可能不良以及細小道砟、遺留的路材路料和垃圾等可能擊打檢測車和檢測設備的風險，對有關線路按時速300 km/h有砟道床標準進行了整理，對路基地段砟肩堆高進行降低調整，將橋隧地段道床面調整至平軌枕面。其二，對軌道結構進行了強化整治。如：精測線路128 km、大機搗固精調128 km、軌檢小車復核回檢處理超限122處、線路鋼軌預打磨128.63 km，道岔鋼軌預打磨13組等。

（2）組織有關設計院針對接觸網(wǎng)張力問題進行評估。經(jīng)檢算本線接觸網(wǎng)現(xiàn)有張力情況下波動傳播速度可以滿足運行310 km/h要求。為確保試驗安全，還進行以下補救措施：一是拆除了于都快速場線岔側線線索，對10組接觸網(wǎng)線岔側線進行了抬高、封錨，并登記停用于都快速場側線接觸網(wǎng)設備，確保于都快速場Ⅰ、Ⅱ道正線接觸網(wǎng)設備滿足試驗安全要求。二是調整了牽引變電所保護整定值。根據(jù)設計單位提出的建議意見，保留過電流保護和高阻接地Ⅰ段保護，取消過電流保護低電壓閉鎖，并對保護裝置及整定值進行了調整。三是對試驗區(qū)段接觸網(wǎng)拉出值、定位器坡度、限位間隙進行全面檢查和調整，防止高速試驗時，綜合檢測車受電弓碰撞定位器或定位支座。四是試驗區(qū)段采取越區(qū)供電作業(yè)。試驗區(qū)段內于都變電所、楊屋村分區(qū)所越區(qū)供電，并向上行線K29+542、K52+927和下行線K30+272、K52+927處電分相中性區(qū)遠動送電。綜合檢測車在試驗區(qū)段運行時對自動過分相裝置進行隔離，確保試驗列車通過試驗區(qū)段電分相區(qū)時不降速。

（3）對綜合檢測車部分參數(shù)進行調整。一是對新一代LJK列控裝置改造后車外速度傳感器布線、車體布線進行密封；對連續(xù)換氣裝置進行頻率調整，將頻率調整為53 Hz、73 Hz、103 Hz，保證綜合檢測車試驗期間車內外氣壓試驗指標符合試驗要求；二是將受電弓靜態(tài)接觸壓力在允許范圍內調整至75 N，270 km/h速度級以上試驗時采用受電弓開口工況運行的方案，同時制定了特殊情況下臨時調整靜態(tài)接觸壓力的備用方案。三是針對贛龍線隧道多，隧道內集塵較多的不利因素，對入庫檢修動車組的牽引變壓器濾網(wǎng)、牽引變流器濾網(wǎng)、裙板濾網(wǎng)、空調裝置濾網(wǎng)、新風濾網(wǎng)等進行清潔和更換，避免了灰塵進入，導致電氣統(tǒng)短路、發(fā)熱、燒損等故障的發(fā)生，同時對各部風機的集塵進行高壓風清潔，防止由于積塵后風機偏載轉動導致的異常震動的發(fā)生。

4.3 優(yōu)選列控設備

由于本次試驗速度高于線路允許速度，為方便司機把握提、降速時機，對LKJ2000、ATP、新一代LKJ裝置（LKJ15）三種車載設備進行優(yōu)選。由于LKJ2000裝置最高控車速度為165 km/h，不能滿足試驗要求，故以下只對ATP、LKJ15裝置控車試驗進行比較。

圖1 ATP設備顯示界面

圖2 LKJ15裝置顯示界面

其一若采用ATP控車，需修改試驗區(qū)段地面無源應答器和列控中心軟件來適應310 km/h運行需求。其二，ATP沒有調整速度等級功能，無法滿足試驗逐級提速控制要求。此外，ATP顯示界面中有關線路、列車運行狀態(tài)等不便于司機按標尺操縱。

若采用LKJ15裝置控車，只需修改LKJ車載基礎數(shù)據(jù)中頂棚限速值，即可適應310 km/h試驗速度要求。另外，LKJ15裝置具備速度等級設定功能，可根據(jù)試驗要求逐級設定最高頂棚速度。同時，LKJ15裝置還能提供詳細的線路縱斷面、模式限速曲線、公里標、線路曲線等信息，方便司機按試驗要求操縱列車。二者顯示界面分別如圖1、圖2所示。由表3可以得出本次試驗選用LKJ15裝置進行控車。

表3 ATP與LKJ15裝置控車方案功能比較

4.4 做好動態(tài)實時監(jiān)測

在綜合檢測車和試驗區(qū)段線路上布置了大量的視頻監(jiān)控設備和相應的傳感器，包括在綜合檢測車上實時測量軌道狀態(tài)、動車組動力學、空氣動力學、弓網(wǎng)受流性能、關鍵部件應力和溫度等，在試驗段還設置了隧道氣動效應、軌道結構、道岔、橋梁等測點，以全過程、全方位地動態(tài)實時監(jiān)測試驗過程，一定程度上保障了綜合檢測車運行安全。

4.5 制定應急搶修預案

一是抽調機務、車輛、工務、電務、供電等專業(yè)人員專門成立應急搶修隊伍，部署在于都、瑞金，并做好應急演練工作；二是配備了133套隧道內特型定位支座及定位器，和1.8 km接觸線、承力索和一個錨段接觸網(wǎng)相關配件；三是做好突發(fā)事件應急搶修預案，重點是針對提速過程中突發(fā)的弓網(wǎng)故障、接觸網(wǎng)傷線、斷線及塌網(wǎng)等應急處置預案；四是提前預想，組織施工單位做好線索拉弧損傷等導線更換應急儲備預案等。

6 結束語

贛龍線線間距提速試驗期間累計開行列車130列次，檢測里程6 760 km。本次試驗之所以圓滿成功與選用新一代LKJ裝置（LKJ15）作為控車設備分不開。試驗證明該裝置既可以保障試驗列車運行安全，又能提供豐富的界面信息輔助司機操縱，還可以為試驗人員提供精確的測速測距和定位數(shù)據(jù)，方便司機貼線操作，提高了試驗效率及列車交會的準確性。本次試驗結果為綜合評估4.4 m及4.6 m線間距條件下的200 km/h等級高速鐵路提速至更高速度的冗余能力提供科學依據(jù)，為印尼雅萬高鐵設計標準的制定及中國標準動車組等新型列車的設計改進提供數(shù)據(jù)支撐。試驗中“提速安全控制關鍵技術參數(shù)”把握及新一代LKJ裝置（LKJ15）應用為今后高速鐵路綜合試驗提供了非常有價值的借鑒。

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責任編輯：宋 飛

來稿時間：2016-08-15