孔惠惠，蘇梅

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

鐵路樞紐客運(yùn)線路共線段通過(guò)能力研究

孔惠惠，蘇梅

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

客運(yùn)鐵路多線引入樞紐后通過(guò)共線方式引入同一客運(yùn)站，分析共線段通過(guò)能力的影響因素，提出縮短共線段長(zhǎng)度、減少越行次數(shù)、采用CTCS-2級(jí)及以上列控系統(tǒng)、優(yōu)化接軌點(diǎn)信號(hào)設(shè)備聯(lián)鎖方式、適當(dāng)增加中速車連發(fā)比例等措施，可提高共線段通過(guò)能力。

鐵路樞紐；共線段；通過(guò)能力

復(fù)雜鐵路樞紐銜接多個(gè)方向客運(yùn)線路，不同方向線路為在同一客運(yùn)站辦理客運(yùn)作業(yè)，一般按分線或共線方式引入車站。共線引入即不同線路在樞紐內(nèi)某站或通過(guò)區(qū)間設(shè)線路所合并后共線引入客運(yùn)站（見(jiàn)圖1）。共線段的通過(guò)能力受列車速差、共線段長(zhǎng)度、列控地面設(shè)備的設(shè)置、追蹤間隔、列車運(yùn)行接續(xù)、行車量等因素影響，往往是客運(yùn)樞紐通過(guò)能力的薄弱環(huán)節(jié)。

1 共線段長(zhǎng)度及列車速差對(duì)通過(guò)能力的影響

1.1 無(wú)越行站

由于各方向線路運(yùn)行列車種類不同，引入樞紐后共線段存在不同速度等級(jí)列車混合運(yùn)行的可能。運(yùn)行速度不同的列車占用同一區(qū)間的時(shí)間不同，列車速差越大，區(qū)間通過(guò)能力損失越多（見(jiàn)圖2）。借鑒扣除系數(shù)通過(guò)能力的計(jì)算辦法，時(shí)速160～250 km列車（簡(jiǎn)稱中速車）的扣除系數(shù)ε中為因鋪畫一列中速車所扣除的時(shí)速250 km以上列車（簡(jiǎn)稱高速車）列數(shù)，I為追蹤間隔時(shí)間，其計(jì)算公式如下：

由式（1）可知，當(dāng)速差一定時(shí)，中速車扣除系數(shù)與共線段長(zhǎng)度成正比，與高速車追蹤間隔時(shí)間成反比。

圖1 共線引入樞紐

圖2 無(wú)越行站高中速列車運(yùn)行示意圖

1.2 有越行站

當(dāng)共線段線路較長(zhǎng)，根據(jù)運(yùn)輸組織需求設(shè)置越行站來(lái)滿足高速車越行中速車，越行作業(yè)及越行站的設(shè)置對(duì)共線段通過(guò)能力有一定影響。

1.2.1 單列中速車被高速車越行

假設(shè)共線段有m個(gè)越行站，組織單列中速車在每個(gè)站同時(shí)有n列高速車越行（見(jiàn)圖3）。

中速車的扣除系數(shù)如下：

式中：ni為第i站越行中速車的高速車列數(shù)，一般t起停+I到通+I通發(fā)＞I。

圖3 單列中速車被高速車越行示意圖

由式（2）可知：（1）每被越行1次，中速車會(huì)增加因越行的停站而引起的額外時(shí)分，中速車扣除系數(shù)隨被越行次數(shù)的增加而增加，當(dāng)m=0時(shí)（即區(qū)間無(wú)越行站），中速車扣除系數(shù)ε中最??；（2）同一站同時(shí)越行中速車的高速車數(shù)量ni不影響中速車扣除系數(shù)，但影響中速車旅行速度。

因此，在共線段通過(guò)增加越行站不能降低因列車速差對(duì)通過(guò)能力的影響[2]，但能增加運(yùn)輸組織靈活性和提高客運(yùn)站接發(fā)列車的均衡性。

1.2.2 多列追蹤運(yùn)行中速車被同一高速車越行

在共線段追蹤運(yùn)行的中速車在不同站被同一高速車越行的通過(guò)能力影響見(jiàn)圖4。按中速車由遠(yuǎn)而近停站順序的原則，利用前方列車停站空隙鋪畫后續(xù)列車，追蹤運(yùn)行的中速車在相鄰站被同一列高速車越行后仍可追蹤運(yùn)行。

圖4 中速車組在不同站被同一高速車越行示意圖

中速車的扣除系數(shù)如下：

式中：Ii為被高速車越行后中速車的追蹤間隔時(shí)間，Ii≥I。

由式（3）可知，當(dāng)共線段較長(zhǎng)時(shí)組織多列中速車連發(fā)，在不同站相繼被同一高速車越行，可減小中速車扣除系數(shù)，且當(dāng)Ii=I時(shí)，中速車組對(duì)通過(guò)能力影響最小。因此，當(dāng)共線段較長(zhǎng)、中速車較多，可通過(guò)組織中速車成組多站越行來(lái)減少因越行對(duì)線路能力損失的影響，并可根據(jù)速差及追蹤間隔時(shí)間設(shè)置合適的越行站間距 l：

2 信號(hào)系統(tǒng)對(duì)通過(guò)能力的影響

2.1 銜接處信號(hào)設(shè)備的設(shè)置

當(dāng)兩線列車向共線段運(yùn)行時(shí)（見(jiàn)圖5），為防護(hù)兩線列車側(cè)面沖突、追尾等事故，通常在接軌點(diǎn)設(shè)置地面防護(hù)設(shè)施，如防護(hù)信號(hào)、安全線和大號(hào)碼道岔應(yīng)答器等。

圖5 兩線在區(qū)間銜接示意圖

當(dāng)接軌點(diǎn)距相鄰車站距離較近時(shí)（≤3 km），一般將其信號(hào)設(shè)備聯(lián)鎖納入該站集中控制。此時(shí)加大該相鄰站的咽喉長(zhǎng)度，將影響車站的到發(fā)間隔，相鄰站距接軌點(diǎn)距離越長(zhǎng)，到發(fā)間隔越大，降低了銜接處的通過(guò)能力；當(dāng)相鄰站為大型客運(yùn)站時(shí)，其到發(fā)間隔增大，可能成為銜接線路能力的限制點(diǎn)。因此，當(dāng)相鄰站距接軌點(diǎn)距離較長(zhǎng)時(shí)，建議在接軌點(diǎn)設(shè)置線路所，或?qū)榆夵c(diǎn)集中控制的車站增加進(jìn)路信號(hào)機(jī)，減少兩線接軌對(duì)通過(guò)能力的影響。

2.2 列控系統(tǒng)選擇

2.2.1 共線段地面列控設(shè)備對(duì)列車運(yùn)行的影響

我國(guó)鐵路主要根據(jù)線路性質(zhì)和速度等級(jí)配置相應(yīng)等級(jí)的列控系統(tǒng)：250 km/h及以上鐵路采用CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)；200 km/h及以下鐵路采用CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)；160 km/h及以下鐵路采用CTCS-0、1級(jí)列控系統(tǒng)。對(duì)于銜接不同速度等級(jí)線路的共線段，只有地面設(shè)備與該線上列車裝載的車載設(shè)備相匹配，才能使列車按各自等級(jí)的速度運(yùn)行[3]。

共線段為CTCS-2級(jí)及以上地面設(shè)備時(shí)，可運(yùn)行配置CTCS-2級(jí)及以上車載設(shè)備的列車。目前，CTCS-2級(jí)運(yùn)營(yíng)線路大多仍設(shè)置地面信號(hào)機(jī)，共線段地面設(shè)備為CTCS-2級(jí)可運(yùn)行有CTCS-0級(jí)車載設(shè)備的列車。共線段僅按CTCS-0級(jí)設(shè)置地面設(shè)施時(shí)，配置CTCS-2級(jí)車載設(shè)備的列車可按不超過(guò)160 km/h速度運(yùn)行，配CTCS-3級(jí)車載設(shè)備的列車需停車轉(zhuǎn)為“機(jī)車信號(hào)模式”后才能運(yùn)行。

因此，共線段地面信號(hào)設(shè)備的設(shè)置，需根據(jù)運(yùn)行各列車車載設(shè)備的情況而定。僅運(yùn)行動(dòng)車組列車時(shí)配置CTCS-2級(jí)及以上地面設(shè)備，動(dòng)車組列車與普速列車混跑時(shí)應(yīng)設(shè)置CTCS-2級(jí)再加信號(hào)機(jī)的地面設(shè)備。若利用地面設(shè)備為CTCS-0級(jí)的既有線作為共線段時(shí)，為使所有動(dòng)車組列車均能靈活運(yùn)行，需對(duì)既有線的地面信號(hào)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。

2.2.2 共線段的列車追蹤間隔時(shí)間

CTCS-3和CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)均采用速度-距離曲線控制模式，同一速度等級(jí)列車追蹤間隔時(shí)間為：

按我國(guó)鐵路列控系統(tǒng)的設(shè)備情況，列車速度160～350 km/h追蹤間隔時(shí)間的計(jì)算值為2～3 min、設(shè)計(jì)值為3 min，實(shí)際運(yùn)行中，追蹤間隔時(shí)間為4～5 min。

CTCS-0級(jí)列控系統(tǒng)按4種顯示信號(hào)制式運(yùn)行：

按目前既有閉塞分區(qū)長(zhǎng)度大小，列車速度為80～160 km/h時(shí)，追蹤間隔時(shí)間計(jì)算值為4～6 m in。實(shí)際運(yùn)行中，普速列車追蹤間隔時(shí)間為6 m in、動(dòng)車組列車追蹤間隔時(shí)間為5 min。

地面采用CTCS-2級(jí)及以上設(shè)備時(shí)，追蹤間隔較小，可提高線路通過(guò)能力；共線段運(yùn)行普速列車時(shí)需設(shè)置地面信號(hào)機(jī)，且普速列車追蹤間隔時(shí)間為6 min（見(jiàn)表1）。因此，為提高線路通過(guò)能力，共線段宜采用CTCS-2級(jí)及以上設(shè)備，盡量避免與普速列車共線。

表1 地面、車載設(shè)備與追蹤間隔關(guān)系表

3 運(yùn)輸組織對(duì)共線段通過(guò)能力的影響

3.1 兩線列車運(yùn)行接續(xù)

兩線匯合時(shí)，在銜接處兩線列車存在接續(xù)，兩線兩列車接續(xù)時(shí)一般不會(huì)嚴(yán)格按照追蹤間隔時(shí)間接續(xù)，在運(yùn)行圖上將會(huì)產(chǎn)生空費(fèi)時(shí)間。每接入1組側(cè)線列車（側(cè)向通過(guò)接軌點(diǎn)的列車），共線段運(yùn)行圖可能產(chǎn)生2個(gè)空費(fèi)時(shí)間（見(jiàn)圖6），當(dāng)有k組側(cè)線列車引入時(shí)，共線段全日總空費(fèi)時(shí)間如下：

式中：t空費(fèi)1、t空費(fèi)2∈［0，2I］，空費(fèi)時(shí)間與側(cè)線列車引入的組數(shù)成正比。

由式（7）可知，組織同一線路列車追蹤運(yùn)行，可減少空費(fèi)時(shí)間。實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)，由于列車晚點(diǎn)無(wú)法按圖運(yùn)行時(shí)，兩列車接續(xù)產(chǎn)生的空費(fèi)時(shí)間增大。因此，兩線接軌點(diǎn)應(yīng)盡量避免區(qū)間接軌，而采用車站接軌。

圖6 共線段運(yùn)行圖空費(fèi)時(shí)間示意圖

3.2 共線段高中速列車行車量及運(yùn)行圖鋪畫方式

高中速列車混合運(yùn)行時(shí)，中速車可不成組或成組運(yùn)行（見(jiàn)圖7）。

圖7 共線段高中速列車運(yùn)行圖

共線段最大可開(kāi)行列車對(duì)數(shù)（即混合能力）等于中速車總數(shù)與扣除中速車占用時(shí)間后最大可開(kāi)行高速車數(shù)之和，其計(jì)算公式如下：

式中：Tw為綜合維修天窗時(shí)間或非有效利用時(shí)間，min；S區(qū)段為計(jì)算客運(yùn)線路區(qū)段長(zhǎng)度，km；v為客運(yùn)線路區(qū)段內(nèi)高速車旅行速度，km/h；n中i為第i組中速車數(shù)，列。

由式（8）可知，當(dāng)站間距和列車速度一定的情況下，中速車追蹤運(yùn)行的組數(shù)越多，共線段的總行車量越小，最不利情況為k=min（n中總，n高總）。

因此，共線段組織相同等級(jí)速度列車追蹤運(yùn)行，減少不同等級(jí)列車組數(shù)，可有效提高共線段通過(guò)能力。但是，相同速度列車過(guò)分集中鋪畫時(shí)，各銜接線路會(huì)形成運(yùn)營(yíng)“天窗”，降低銜接線某時(shí)段的服務(wù)頻率，同時(shí)影響其設(shè)備使用的均衡性和恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)組織的時(shí)效性。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析，共線段通過(guò)能力受限因素較多，為提高共線段通過(guò)能力，應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行優(yōu)化：

（1）共線段的長(zhǎng)度和不同速度等級(jí)列車速差對(duì)共線段通過(guò)能力影響較大，不同速度等級(jí)線路需共線引入樞紐時(shí)，應(yīng)結(jié)合線路走向及地理?xiàng)l件，盡量縮短共線段長(zhǎng)度。

（2）客運(yùn)鐵路組織列車越行時(shí)會(huì)降低通過(guò)能力，但越行站可增加運(yùn)輸靈活性和均衡性，當(dāng)共線段較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合列車速差及間隔時(shí)分合理確定越行站位置及數(shù)量。

（3）兩線在區(qū)間接軌時(shí)，接軌點(diǎn)信號(hào)設(shè)備聯(lián)鎖方式應(yīng)結(jié)合接軌點(diǎn)距相鄰車站的距離以及行車量進(jìn)行綜合比選確定。當(dāng)行車量較大時(shí)，銜接處有條件時(shí)宜設(shè)置為車站或線路所，若聯(lián)鎖納入了相鄰站控制，宜增設(shè)進(jìn)路信號(hào)機(jī)。

（4）樞紐共線段地面宜采用CTCS-2級(jí)及以上設(shè)備，行車量較大時(shí)不宜運(yùn)行普速列車。

（5）當(dāng)高速車、中速車行車量一定時(shí)，適當(dāng)增加高速車或中速車的連發(fā)比例，可以增加共線段通過(guò)能力。

隨著客運(yùn)專線路網(wǎng)的不斷完善，客運(yùn)鐵路共線引入樞紐的情況越來(lái)越多。在實(shí)際站場(chǎng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)從運(yùn)輸需求、安全、投資、通過(guò)能力要求等方面綜合選擇銜接點(diǎn)的位置及合理設(shè)置共線段的地面信號(hào)設(shè)備。

[1] TB 10621—2014 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 王俊峰. 客運(yùn)專線不同列車控制系統(tǒng)共線對(duì)通過(guò)能力的影響[J]. 北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，34(6)：1-4.

[3] 蔣元華，曹桂均，邢科家．鐵路樞紐運(yùn)輸作業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)總體方案研究[J]. 中國(guó)鐵路，2015(4)：65-69.

Study on Passing Capacity of Mixed Traffic Section o f Passenger Railways

KONG Huihui，SU Mei
（China Railway Siyuan Survey and Design Group Co Ltd，Wuhan Hubei 430063，China）

The passenger railways usually share the same track section while accessing to the railway station. The factors influencing the passing capacity of shared section are analyzed and measures for improving the passing capacity are proposed, like shortening the length of shared section, reducing times of overtaking, application of CTCS-2 or above train control system, optimization of interlocking system at the junction point and increasing the proportion of conventional speed trains appropriately.

railway terminal；shared track section；passing capacity

U211

A

1001-683X（2017）09-0063-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.09.063

中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2015X004-E）

孔惠惠（1978—），女，高級(jí)工程師。E-mail：konghuihui@yeah.net

責(zé)任編輯 苑曉蒙

2017-06-13