李紅俠,王東方

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

1 概述

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，通過大規(guī)模建設(shè)高速鐵路、運(yùn)營高速列車，我國鐵路進(jìn)入以高速鐵路交通系統(tǒng)作為核心運(yùn)輸方式的時(shí)代，高速鐵路已為人們中短途出行提供了首選的快捷出行方式。高鐵車站出站信號機(jī)的設(shè)置與列車長度、站臺長度以及股道有效長等因素有關(guān)，高鐵車站出站信號機(jī)的設(shè)置優(yōu)化可以在一定程度上改善運(yùn)輸條件、提高運(yùn)輸效率。

TB10621-2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》2015年2月1日實(shí)施[1]，該規(guī)范第3.2.5條“到發(fā)線有效長度應(yīng)采用650 m”，規(guī)范中到發(fā)線有效長度采用650 m主要考慮了3個(gè)因素：站臺長度、安全防護(hù)距離、警沖標(biāo)至絕緣節(jié)的距離。

站臺長度：根據(jù)最大編組要求，確定16輛編組時(shí)站臺長度為450 m；

安全防護(hù)距離：考慮測速測距誤差、司機(jī)確認(rèn)停車點(diǎn)距離及動車組過走防護(hù)距離，確定安全防護(hù)距離≥95 m；

警沖標(biāo)至絕緣節(jié)的距離：根據(jù)目前第一輪對距離車頭的距離最長為4.85 m，確定警沖標(biāo)至絕緣節(jié)的距離為5 m。

因此到發(fā)線有效長度計(jì)算為：16輛編組時(shí)(5+95)m×2+450 m=650 m，其中站臺長度即是到發(fā)線有效停車長度為450 m；站臺長度：根據(jù)列車最大編組要求，確定站臺長度450 m是按CRH1型動車最大編組輛數(shù)為16輛考慮，列車總長度為2×214 m=428 m，取430 m，另每側(cè)考慮10 m的停車余量。雙方向使用到發(fā)線有效長度為線路一端的警沖標(biāo)至另一端的警沖標(biāo)的距離，或線路一端的警沖標(biāo)至另一端有效長計(jì)算點(diǎn)的距離，或線路一端的有效長計(jì)算點(diǎn)至另一端有效長計(jì)算點(diǎn)的距離。

“復(fù)興號”動車組自2017年6月26日投入運(yùn)營以來，以其良好的乘車體驗(yàn)廣受旅客歡迎，“復(fù)興號”動車組有8輛和16輛兩種車型，編組為8輛的運(yùn)力僅為576人，在春運(yùn)、暑運(yùn)以及其他節(jié)假日等高峰期，鐵路部門將2列8輛編組“復(fù)興號”重聯(lián)運(yùn)行或者采用每列16輛長編組“復(fù)興號”動車組(每列16輛長編組定員達(dá)到1193人)，以增加運(yùn)力。長編組“復(fù)興號”動車組除在京滬高鐵運(yùn)行外，還安排在京廣高鐵、滬昆高鐵等線路上開行。自“復(fù)興號”動車組運(yùn)營以來，熱門線路、長大干線特別是京滬高鐵的客流一直持續(xù)增長，原有的2列8輛編組“復(fù)興號”重聯(lián)或者16輛長編動車組的定員一定程度上已經(jīng)不太能滿足高峰時(shí)旅客出行的需要。面對新的鐵路運(yùn)輸需求，相關(guān)部門研制出了超長版17輛編組“復(fù)興號”動車組；相對16輛編組只增加1節(jié)是綜合考慮到國內(nèi)高鐵站臺長度一般為450 m(對應(yīng)股道有效長為650 m)以及動車段、動車所的檢修庫線限制，在不增加站臺長度的情況下，增加到17輛編組(每列定員達(dá)到1283人)，超長版“復(fù)興號”動車組采用17輛編組。因此，目前我國研制的時(shí)速350 km“復(fù)興號”動車組有8輛編組、16輛長編組、和17輛長編組(CR400AF-B)三個(gè)版本，8輛編組重連、16輛長編組和17輛長編組的列車長度分別是417.6，411.3，439.9 m。

2 高鐵出站信號機(jī)設(shè)置相關(guān)要求以及優(yōu)化到發(fā)線有效長研究試驗(yàn)情況

2.1 相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中出站信號機(jī)設(shè)置要求

京張高鐵出站信號機(jī)設(shè)置執(zhí)行的規(guī)范有TB 10007—2017《鐵路信號設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]和TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]，以下為兩個(gè)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定。

(1)TB 10007—2017《鐵路信號設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中出站信號機(jī)設(shè)置原則

發(fā)車線發(fā)車方向末端為對向道岔時(shí)，出站信號機(jī)設(shè)置于對向道岔尖軌尖端外方；發(fā)車線發(fā)車方向末端為順向道岔時(shí)，出站信號機(jī)設(shè)置于順向道岔警沖標(biāo)內(nèi)方，無動車組運(yùn)行時(shí)設(shè)置于距警沖標(biāo)沿線路方向不小于3.5 m處；有動車組運(yùn)行時(shí)設(shè)置于距警沖標(biāo)沿線路方向不小于5 m處。

(2)TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中出站信號機(jī)設(shè)置規(guī)定

有高速列車通過的車站出站信號機(jī)宜設(shè)在距警沖標(biāo)不小于55 m或距最近的對向道岔尖軌尖端不小于50 m的位置，應(yīng)答器組設(shè)于距出站信號機(jī)20～30 m處，高速鐵路出站信號機(jī)及應(yīng)答器設(shè)置如圖1所示(盡頭式車站出站信號機(jī)應(yīng)設(shè)置在距警沖標(biāo)不小于5 m的位置或臨近的對向道岔岔前軌縫處)。

一般高速鐵路中間站出站信號機(jī)設(shè)計(jì)執(zhí)行以上兩本規(guī)范，出站信號機(jī)宜設(shè)在距警沖標(biāo)不小于55 m或距最近的對向道岔尖軌尖端不小于50 m的位置，應(yīng)答器組設(shè)于距出站信號機(jī)20～30 m處。

2.2 高鐵優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗(yàn)情況[3]

京沈高鐵優(yōu)化到發(fā)線有效長[3]研究試驗(yàn)是為適應(yīng)我國高速鐵路新形勢下發(fā)展需求、滿足中國鐵路“走出去”戰(zhàn)略實(shí)施要求而開展的一項(xiàng)綜合試驗(yàn)項(xiàng)目，目標(biāo)是在僅開行16 輛編組動車組條件下，對到發(fā)線有效長進(jìn)行優(yōu)化以及在650 m 到發(fā)線有效長條件下[4]滿足開行更長編組動車組需求的研究試驗(yàn)。

TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中雙方向使用的到發(fā)線有效長度為線路一端的警沖標(biāo)至另一端的警沖標(biāo)距離，或線路一端的警沖標(biāo)至另一端有效長計(jì)算點(diǎn)的距離，或線路一端的有效長計(jì)算點(diǎn)至另一端有效長計(jì)算點(diǎn)的距離，如圖2所示(NBP：常用制動模式曲線)[4]。

圖2 到發(fā)線有效長度(650 m)與常用制動曲線(單位：m)

按照原鐵道部關(guān)于印發(fā)鐵運(yùn)[2012]211號《CTCS-3級列控車載設(shè)備技術(shù)規(guī)范(暫行)》的通知[5]第7.4.3.2條規(guī)定CTCS-2級模式站內(nèi)需要考慮最大60 m的安全防護(hù)距離(計(jì)算停車點(diǎn)至出站信號機(jī)絕緣節(jié)之間的距離L2)，車載設(shè)備制動曲線原理如圖3所示。

圖3 車載設(shè)備制動曲線原理

目前各列控車載廠商都進(jìn)行了安全防護(hù)距離(最大60 m)的優(yōu)化，優(yōu)化后不大于40 m。安全防護(hù)距離縮短后停車標(biāo)與目標(biāo)停車點(diǎn)間距離增大，便于司機(jī)操控列車。

從圖2、圖3可以看出，高速列車是以出站信號機(jī)處的軌道電路邊界作為目標(biāo)靶點(diǎn)進(jìn)站停車的，需要的安全保護(hù)距離在出站信號機(jī)外方已考慮，信號機(jī)與停車點(diǎn)之間有L2(最大60 m)的安全防護(hù)距離，防止列車冒進(jìn)信號機(jī)；信號機(jī)與警沖標(biāo)之間距離55 m，其中過走防護(hù)距離50 m，是對列車制動部分失效或鋼軌黏著不足進(jìn)行的防護(hù)，在接車過程中不檢查其空閑，沒有充分利用過走防護(hù)距離。

京沈高鐵優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗(yàn)[3]主要是將安全防護(hù)與過走防護(hù)這兩個(gè)距離的功能進(jìn)行優(yōu)化研究的試驗(yàn)。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案為：側(cè)線出站信號機(jī)設(shè)于距順向道岔警沖標(biāo)5 m 或?qū)ο虻啦砑廛壖舛嘶拒壙p處，出站應(yīng)答器組設(shè)于距出站信號機(jī)65 m處(與客貨共線鐵路、城際鐵路設(shè)置方式保持一致)；對應(yīng)每架側(cè)線出站信號機(jī)外方各增加設(shè)置1個(gè)60 m 長分割區(qū)段，如圖4所示。

圖4 優(yōu)化到發(fā)線有效長車站出站信號機(jī)及應(yīng)答器設(shè)置示意(單位：m)

優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗(yàn)主要包括：通過調(diào)整出站信號機(jī)、應(yīng)答器組與警沖標(biāo)的相對位置，在開行16輛編組動車組條件下，到發(fā)線有效長可由650 m優(yōu)化為600 m；到發(fā)線兩端增設(shè)分割區(qū)段，增加了H碼防冒進(jìn)及防絕緣破損的功能，進(jìn)一步提高了高速鐵路的安全性。該優(yōu)化方案方便了司機(jī)操縱，有利于減少停車附加時(shí)分[6]。該試驗(yàn)結(jié)論可為完善高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于到發(fā)線有效長和出站信號機(jī)設(shè)置等規(guī)定提供技術(shù)依據(jù)。

2.3 高速鐵路車站出站信號機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用情況[7-8]

京滬高鐵[9-10]和滬寧城際[11]的車站出站信號機(jī)距警沖標(biāo)間距按照不宜小于30 m(困難條件下不得小于20 m)的設(shè)計(jì)原則，除京滬高鐵和滬寧城際外，其他2018年前開通運(yùn)營的高速鐵路車站出站信號機(jī)距警沖標(biāo)距離大多數(shù)按照55 m設(shè)計(jì)，與TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定一致。

2.4 17輛長編組“復(fù)興號”動車組在京滬高鐵的運(yùn)用情況

結(jié)合其他高鐵運(yùn)營中反映車站接車停車附加時(shí)分過長，影響運(yùn)行時(shí)分的問題，2011年開通的京滬高鐵[12]針對車站到發(fā)線站場設(shè)計(jì)情況，按照出站信號機(jī)與警沖標(biāo)間距不宜小于30 m進(jìn)行了部分車站出站信號機(jī)設(shè)置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，既滿足動車組能夠按照圖定運(yùn)行時(shí)分要求完整接入股道停車，同時(shí)也能保證車站信號平面布置具有一定安全余量的技術(shù)要求。17輛超長版時(shí)速350 km“復(fù)興號”動車組已于2019年1月正式亮相京滬高鐵，并安全運(yùn)營至今。

3 京張高鐵與出站信號機(jī)設(shè)置相關(guān)的工程情況

京張高鐵起自北京北站，西迄張家口站，新建京張高鐵(含延慶支線)共設(shè)車站11個(gè)，新建崇禮鐵路設(shè)太子城車站1座。京張高鐵是支撐成功舉辦2022年冬奧會的交通保障線、是促進(jìn)京津冀一體化發(fā)展的經(jīng)濟(jì)服務(wù)線、是傳承京張鐵路百年歷史的文化線、是全面展示中國鐵路建設(shè)尤其是中國高鐵建設(shè)成果的示范線、是落實(shí)“一帶一路”倡議引領(lǐng)中國高鐵走出去的政治使命線。

京張高鐵(含崇禮鐵路，下同)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中明確到發(fā)線有效長度為650 m，全線采用CTCS-3級兼容CTCS-2級的列控系統(tǒng)。

北京北站、延慶站站臺長度為450 m；清河站、昌平站站臺長度為550 m；沙河站不辦理客運(yùn)，未設(shè)置旅客站臺；京張高鐵以及崇禮鐵路其他車站站臺長度為450 m(張家口高速場與普速場共用的站臺為550 m)。北京北站、延慶站為盡頭車站，且延慶站考慮既有S2內(nèi)燃動車組上線，出站信號機(jī)距警沖標(biāo)需按5 m設(shè)置；清河站、沙河站、昌平站考慮普速車上線運(yùn)行，出站信號機(jī)距警沖標(biāo)也需按5 m設(shè)置；但根據(jù)京張高鐵相關(guān)工程情況，結(jié)合京張高鐵的建設(shè)意義以及開行17輛“復(fù)興號”長編組的工程預(yù)留等因素，需要對八達(dá)嶺長城站、東花園北站、懷來站、下花園北站、宣化北站、張家口高速場以及太子城站7個(gè)車站的出站信號機(jī)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化研究。

4 京張高鐵車站出站信號機(jī)設(shè)置及適應(yīng)性分析[13]

根據(jù)TB 10007—2017《鐵路信號設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]和TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]，結(jié)合京沈高鐵[3]優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗(yàn)以及17輛長編組“復(fù)興號”動車組在京滬高鐵的運(yùn)用情況，京張高鐵八達(dá)嶺長城站、東花園北站、懷來站、下花園北站、宣化北站、張家口高速場以及太子城站7個(gè)車站出站信號機(jī)的設(shè)置通過對以下4個(gè)方案進(jìn)行比選確定，方案如下。

(1)方案1：根據(jù)TB 10621-2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]要求，出站信號機(jī)設(shè)置在距警沖標(biāo)55 m或距最近的對向道岔尖軌尖端50 m的位置。

(2)方案2：參考京滬高鐵出站信號機(jī)設(shè)置方案，到發(fā)線股道以及鄰近高站臺的正線股道出站信號機(jī)距警沖標(biāo)按30 m設(shè)置，正線出站信號機(jī)按照《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)置在距警沖標(biāo)55 m或距最近的對向道岔尖軌尖端50 m的位置。

(3)方案3：參考京滬高鐵出站信號機(jī)設(shè)置方案，到發(fā)線出站信號機(jī)距警沖標(biāo)按30 m設(shè)置，正線股道出站信號機(jī)距警沖標(biāo)也按30 m設(shè)置(即到發(fā)線和正線出站信號機(jī)對齊設(shè)置)。

(4)方案4：參考京沈優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗(yàn)方案[3]，到發(fā)線出站信號機(jī)距警沖標(biāo)按5 m設(shè)置，到發(fā)線出站應(yīng)答器組距相應(yīng)出站信號機(jī)按65 m設(shè)置，對應(yīng)每架出站信號機(jī)外方設(shè)置1個(gè)60 m長的分割區(qū)段(圖4)；正線出站信號機(jī)以及相應(yīng)應(yīng)答器組根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范設(shè)置。

4個(gè)方案比選如下。

方案一中出站信號機(jī)的設(shè)置滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，但是司機(jī)停車?yán)щy，對司機(jī)停車要求較高，接車停車附加時(shí)分長。該方案是目前高速鐵路車站出站信號機(jī)普遍采用的設(shè)置方案，但不滿足開行17輛“復(fù)興號”編組動車組的要求。

方案2和方案3比方案1更有利于司機(jī)操控，方便司機(jī)對標(biāo)停車[14]，有條件時(shí)，優(yōu)先采用方案3，即同一咽喉出站信號機(jī)設(shè)置對齊設(shè)置。按照方案2，對于16輛編組的動車組，在京滬高鐵運(yùn)營效果良好，而對于開行17輛編組“復(fù)興號”動車組也已安全運(yùn)營了一段時(shí)間。對于正在建設(shè)中的高速鐵路項(xiàng)目，在土建工程已實(shí)施、信號系統(tǒng)工程尚未實(shí)施的情況下，建議采用方案2以及方案3，均為以后運(yùn)行17輛“復(fù)興號”長編組動車組預(yù)留了行車條件[15-16]。但是，方案2到發(fā)線出站信號機(jī)以及方案3正線和到發(fā)線出站信號機(jī)距相應(yīng)警沖標(biāo)的距離與現(xiàn)行TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》不符，需要專項(xiàng)批復(fù)后才能實(shí)施。與方案3相比，方案2還更適用于既有高速鐵路線路為了開行更長編組動車組需要進(jìn)行信號設(shè)備[17]布置改造的情況，在既有高速鐵路線路不便于施工和調(diào)試測試的情況下，可采取這個(gè)僅移設(shè)到發(fā)線出站信號機(jī)和相關(guān)應(yīng)答器組[18]，不增設(shè)分割區(qū)段的設(shè)計(jì)方案。京張高鐵通過專項(xiàng)批復(fù)后采用方案3：正線和到發(fā)線出站信號機(jī)距警沖標(biāo)距離均按30 m設(shè)置(即到發(fā)線和正線出站信號機(jī)對齊設(shè)置)。

對于方案4，京沈優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗(yàn)方案通過試驗(yàn)評審。每側(cè)線股道增加設(shè)置2個(gè)60 m長的分割軌道電路區(qū)段，增加了H碼防冒進(jìn)及防絕緣破損的功能，進(jìn)一步提高了高速鐵路的安全性。按照優(yōu)化調(diào)整后的到發(fā)線設(shè)備布置方案，可實(shí)現(xiàn)到發(fā)線有效長度的充分利用，進(jìn)一步優(yōu)化司機(jī)操縱，對標(biāo)[10]更方便、順暢，對減少停車附加時(shí)分有一定幫助；滿足開行17輛編組動車組的要求；該建議方案是對現(xiàn)行技術(shù)方案的重大優(yōu)化，滿足未來開行更長編組動車組的運(yùn)用需求；如僅開行16輛編組動車組，到發(fā)線有效長可由650 m優(yōu)化為600 m，有利于征地拆遷、節(jié)能環(huán)保和降低工程造價(jià)；新建項(xiàng)目將增加的到發(fā)線分割區(qū)段納入聯(lián)鎖邏輯檢查，對防止側(cè)面沖突有一定的作用。方案4可為完善高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[1]中關(guān)于到發(fā)線有效長和出站信號機(jī)設(shè)置等規(guī)定提供技術(shù)依據(jù)，但需要盡快完善高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于到發(fā)線有效長和出站信號機(jī)設(shè)置，具備工程應(yīng)用條件。方案4適用于新建高速鐵路線路一次設(shè)計(jì)實(shí)施到位的情況。

5 結(jié)語

高速鐵路的車站出站信號機(jī)設(shè)置除需要考慮現(xiàn)行規(guī)范[1-2]要求外，還需要結(jié)合工程情況、新技術(shù)發(fā)展、新裝備應(yīng)用等情況進(jìn)行具體分析。對于新建高速鐵路項(xiàng)目，推薦優(yōu)先采用方案四，也可采用方案3；對于土建工程已實(shí)施、信號系統(tǒng)工程尚未實(shí)施的高速鐵路，建議采用方案2或方案3；方案2更適用于既有高速鐵路線路為了開行更長編組動車組需要進(jìn)行信號設(shè)備布置改造的情況，在既有高速鐵路[19-20]線路不便于施工和調(diào)試測試的情況下。對于具體的高速鐵路車站出站信號機(jī)設(shè)置方案，在實(shí)施中還需考慮方案的合規(guī)性[15-16]。綜上所述，通過京張高鐵車站出站信號機(jī)設(shè)置的研究分析[13]，對于進(jìn)一步提高京張高鐵的安全性，實(shí)現(xiàn)到發(fā)線有效長的充分利用，進(jìn)一步優(yōu)化司機(jī)操縱，減少停車附加時(shí)分，提高工程經(jīng)濟(jì)性等具有重要的作用，并希望通過這種設(shè)計(jì)方案優(yōu)化分析研究，為類似工程項(xiàng)目建設(shè)提供參考價(jià)值和借鑒。