何永發(fā)

(中國鐵路設計集團有限公司電化電信院，天津 300308)

截止2018 年底，國內已經(jīng)有2.9 萬km 的高鐵線路，在高鐵樞紐內通過聯(lián)絡線連接形成高鐵網(wǎng)狀聯(lián)通，方便運輸。但在已經(jīng)開通的高鐵樞紐，也存在著不同高鐵線路所、車場之間聯(lián)絡線設置過短導致C3/C2 列控切換、CTCS-3 線路RBC 切換困難，且當聯(lián)絡線存在大坡度、設置有電分相區(qū)等特殊情況，會導致動車組運行降速達不到線路設計的預期速度；聯(lián)絡線設置過多，導致大型站場發(fā)車口超過7 個，出站信號機機構類型選擇困難，工程中只能根據(jù)站型提出一些特殊化處理方案，在其中根據(jù)多方的利害權衡選擇取舍，終究沒有一個完美的解決方案，且給后期運營留下一些弊端；站場布置42 號大型道岔但進路中存在固定限速等特殊情況，列控系統(tǒng)控車邏輯會進行限速處理，42 號道岔不能徹底發(fā)揮側向160 km/h的能力，與站場設計的本意不匹配，也給實際運營留下遺憾。而隨著國內經(jīng)濟快速發(fā)展的需求，高速鐵路網(wǎng)將進一步加密完善，逐步形成通道高速鐵路、區(qū)域高鐵連接線、城際鐵路三層網(wǎng)絡，各層級高鐵網(wǎng)內部，以及不同層級高鐵網(wǎng)之間，都有聯(lián)絡線設置的需求，屆時高鐵樞紐更加復雜，站前線路設計方案與信號系統(tǒng)的優(yōu)化匹配就更加關鍵。本文在總結目前高鐵聯(lián)絡線設置案例基礎上，研究梳理高鐵站前線路聯(lián)絡線設置與信號系統(tǒng)匹配的邊界條件，為后續(xù)高速鐵路建設提供有益借鑒。

1 案例存在問題分析

1.1 不同線路之間聯(lián)絡線設置過短

1.1.1 相鄰線路均為CTCS-3級線路情況1）樞紐實例1

A 客專、B 客專、C 客專（近期實施）交匯于D 樞紐，其中A 客專、B 客專、C 客專均采用CTCS-3 級列控系統(tǒng)具體如圖1 所示。

A 、B 客專上、下行聯(lián)絡線長度約1.9 km，區(qū)間無信號點，上下行聯(lián)絡線區(qū)間存在長度為378 m左右的分相區(qū)，且聯(lián)絡線存在20‰的大坡道。而A 客專場與B 客專場之間212/317G 場聯(lián)軌長度僅127 m，根據(jù)《高速鐵路設計規(guī)范》（TB10621-2014）“RBC 切換點應設置在閉塞分區(qū)分界點處?！盧BC 切換點設置于聯(lián)絡線之間，要求聯(lián)絡線上至少布置兩個閉塞分區(qū)，才能滿足RBC 切換的最低條件。此兩處聯(lián)絡線均不具備RBC 自動切換的條件。

圖1 D樞紐示意圖Fig.1 Diagram of Hub D

對于上、下行聯(lián)絡線和212/317G 場聯(lián)區(qū)段，可采用先在接發(fā)車場C3 →C2，在另外一場C2 →C3 等級轉換的方式來實現(xiàn)RBC 控制權的切換。具體在上、下行聯(lián)絡線設置正、反方向列控等級轉換應答器組。當C3 列車由B 客專經(jīng)線路所下線至A 客專場時，列車在聯(lián)絡線上自動轉為C2 等級，以C2 等級接入A 客專場，以C2 等級發(fā)車至A 客專合肥方向，在A 客專場S、SF 進站口車載設備重新呼叫A 客專RBC，與RBC 連接后在A 客專正線區(qū)間自動轉為C3 等級運行；A 客專C3 列車駛向B 客專方向時，在上、下行聯(lián)絡線上轉入C2 等級，在線路所S、SF 進站口車載設備重新呼叫B 客專RBC，與RBC 連接后在B 客專區(qū)間自動轉入C3等級運行。212/317G 場聯(lián)C3 →C2 → C3 道理類似，但由于距離太近，動車組需在股道停車司機手動轉C2，以C2 模式發(fā)車進入臨場，在出站口處重新呼叫RBC 轉C3。

212/317G 場聯(lián)兩端都是12 號道岔區(qū)，運行速度本身就低，采取這種模式對行車沒有大的影響；但上、下行聯(lián)絡線的線路所布置2 組42 號道岔，聯(lián)絡線的設計速度按照160 km/h 考慮。C3、C2列控系統(tǒng)控車原理存在差異，沒有臨時限速情況下正向運行沒有問題。但在有臨時限速情況下，動車組只有降速才能實現(xiàn)C3、C2 控制模式的順利匹配銜接。反向運行時候，由于沒有設置DD 應答器組，動車組只有降速才能實現(xiàn)C3、C2 控制模式的順利匹配銜接。否則會引起制動。

具體以下行聯(lián)絡線分析如下。

當在線路所3 號大號碼道岔發(fā)送檢查范圍設置低于DD 速度但不小于80 km/h 的限速時，TCC不具備發(fā)送大號碼道岔信息包，即C2 等級收不到大號碼道岔信息包，防護大號碼道岔的信號機XH處C3、C2 速度不一致：C3 等級控制列車按照DD大號碼道岔的允許速度運行（大于140 km/h），而C2 因沒有收到DD 信息，C2 等級控制列車按照XH 進站信號機開口80 km/h 的速度打靶，這就造成列車收到FYG-3/2 等級轉換預告點處因C3（140 km/h）、C2（127 km/h）等級速度差別較大而引起列車常用制動。

當在線路所SF 外方L1 范圍內有低于80 km/h的限速時，線路所TCC 全進路限速45 km/h，XH接近區(qū)段發(fā)UU 碼，C2 等級控制列車以XH 按照45 km/h 的速度打靶，這就造成列車收到FYG-3/2 等級轉換預告應答器處因C3（140 km/h）、C2（115 km/h）等級速度差別較大而引起列車緊急制動。如圖2 所示。

圖2 C3/C2控車速度曲線分析示意圖Fig.2 Diagram of speed profile of C3/C2 train control

b.反向運行

B 客專RBC 管轄范圍越過A 客專場進站信號機XZXF 延伸至A 客專場站內出站信號機處。當C3 列車由線路所運行至A 客專場XZXF 方向時，因反向運行時地面不設置DD 大號碼道岔應答器組，不發(fā)送大號碼道岔信息包，列車經(jīng)大號碼道岔反向進站信號機處C3、C2 速度不一致：C3 等級控制列車按照DD 大號碼道岔的允許速度運行（如140 km/h）打靶，而C2 因沒有收到DD 信息，C2等級控制列車按照XZXF 以80 km/h 的速度打靶，這就造成列車收到FYG-3/2 等級轉換預告應答器處因C3(140 km/h)、C2（117 km/h）等級速度差別較大引起列車緊急制動。

降速原因分析如下。

《列控系統(tǒng)應答器應用原則》（TB/T3484-2017）規(guī)定，反向運行時地面不設置大號碼道岔應答器組，不發(fā)送大號碼道岔信息包；《列控中心技術規(guī)范》(TB/T3439-2016)規(guī)定，當側向接車進路發(fā)送UUS，同時滿足以下條件時，TCC 發(fā)送大號碼道岔數(shù)據(jù)包。

通過搭建各種測試場景進行牽引供電系統(tǒng)供電能力測試。測試前，對車輛負載特征進行分析，并聯(lián)合設計單位對牽引供電系統(tǒng)和車輛的負荷特性進行分析，包括對牽引供電系統(tǒng)的各種運行模式所對應的負荷運行進行編排；重點對接觸網(wǎng)在不同運行方式(雙邊供電、單邊供電、大雙邊供電)下的供電能力進行檢驗，并記錄AW0(空載)、AW3(超載)等不同載荷列車的起動電流波形；同時觀察牽引供電設備(DC 1 500 V開關柜及保護、鋼軌電位限制裝置等)是否發(fā)生誤動作，以確保牽引供電系統(tǒng)的供電能力滿足標準及設計要求；復核設計單位關于運營過程中的負載狀態(tài)，以確保線路安全運營。

條件1： 進路行車許可長度超過制動距離檢查范圍， 大號碼道岔報文發(fā)送檢查條件（行車許可），如圖3 所示。

圖3 大號碼道岔報文發(fā)送檢查條件示意圖（制動距離）Fig.3 Prerequisites for sending telegrams of switches with switch number above 18 (braking distance)

條件2 ：側向進路范圍內以及離去區(qū)段制動距離內，無低于大號碼道岔側向允許速度的臨時限速，如圖4 所示。

圖4 大號碼道岔報文發(fā)送檢查條件（臨時限速）Fig.4 Prerequisites for sending telegrams of switches with switch number above 18 (temporary speed restriction)

當C3 列車在上下行聯(lián)絡線正向運行能收地面發(fā)送的大號碼道岔的DD 信息包[CTCS-4]時，列車C3 等級、C2 等級速度曲線基本一致，列車能自動實現(xiàn)等級轉換，列車運行正常。

但當?shù)孛娌痪邆浒l(fā)送大號碼道岔信息[CTCS-4]或未設DD 大號碼道岔應答器組時，防護大號碼道岔信號機處的C3、C2 等級打靶速度不一致且相差過大，而導致緊急制動。

為解決限速問題，工程中研究了3 個方案。方案一移動分相區(qū)，聯(lián)絡線增加信號點方案。雖然正常情況下能夠實現(xiàn)RBC 交接，但是由于分相區(qū)位置移動靠近進站信號機，且反向存在20‰的大坡道，反向運行時分相區(qū)前方一旦有45 km/h 限速，動車組有停在分相區(qū)的危險，需要運營期間注意；取消分相區(qū)，增加信號點方案，接觸網(wǎng)取消分相區(qū)但需要增加分段，經(jīng)計算此處分段存在拉弧風險；全樞紐統(tǒng)一一套RBC 管轄方案，B 客專作為正在運行線路，對RBC/TCC/CBI 改造周期長，對運輸影響大，且近期C 客專也將引入A 站，A 站面臨多次改造，建設風險較大。這3 個方案能解決動車組運行限速問題，但也都有瑕疵。

2）樞紐實例2

A 客專與B 客專均采用C3 列控系統(tǒng)，A 客專與B 客專均經(jīng)42#大號碼道岔側向在C 聯(lián)絡線上互聯(lián)互通。C 聯(lián)絡線因線路太短且沒有區(qū)間信號機等條件限制，采用C2 列控系統(tǒng)，為實現(xiàn)列車跨線運行，在C 上、下行聯(lián)絡線上設置雙方向C3 →C2等級轉換點，通過進行C3 轉C2 等級的方式來實現(xiàn)由A 客專RBC 與B 客專RBC 控制權切換。如圖5所示。

此工程存在同樣的問題，為實現(xiàn)C3、C2 控制模式曲線匹配，避免緊急制動，開通時限速80 km/h運行，實際運行速度沒有達到站前線路設計速度，對運輸效率影響較大。

1.1.2 相鄰線路分別為C3和C2級線路情況

新建C3 線路與C2 線路通過聯(lián)絡線溝通，《列控系統(tǒng)應答器應用原則》（TB/T3484-2017）規(guī)定，C2 至C3 等級轉換預告應答器組和執(zhí)行應答器組間的距離應大于列車按該度前段線路允許速度運行20 s 的距離，且不應在同一閉塞分區(qū)內。某個工程為滿足地方政府C3 動車組去既有普速車站的需求，將C3 下既有線區(qū)段都改造為C2 區(qū)段，新建客專與既有線間通過聯(lián)絡線銜接，由于聯(lián)絡線長度僅有900 m，無法滿足C3/C2 的自動等級轉換條件，只好在新建C3 線路前方站間進行C3/C2 的轉換，導致所有不下既有C2 線的動車組都要進行C3/C2 的切換。如圖6 所示。

圖5 樞紐實例2示意圖Fig.5 Diagram of the Hub in Case 2

圖6 實例3示意圖Fig.6 Diagram of Case 3

1.2 聯(lián)絡線引入過多導致車站規(guī)模巨大

《鐵路技術管理規(guī)程》（高速及普速鐵路部分）第488 條中均明確出站信號機最多加裝6 個表示器表示7 個發(fā)車方向，而在現(xiàn)高鐵工程中客站引入聯(lián)絡線較多，某個工程中大型客站上行發(fā)車達到9 個方向，分別是A 客專正線2 個方向、動車走行線2個方向、B 客專聯(lián)絡線3 個方向（預留）、C 客專聯(lián)絡線2 個方向，并且規(guī)劃中還有城際線路的引入。其中B 客專聯(lián)絡線、C 客專聯(lián)絡線均是動車組、普速車混運線路，故本站出站信號機采用普速鐵路信號機機構，為區(qū)分不同發(fā)車方向需要加裝表示器。

9 個發(fā)車方向設計無標準規(guī)范可循，設計中分析了咽喉區(qū)有3 個發(fā)車方向與其他發(fā)車方向進路可進行區(qū)分，考慮在3 個方向設置帶方向進路表示器的總出站信號機，并進行獨立顯示，原股道出站信號機改為發(fā)車進路信號機或出站兼發(fā)車進路信號機的方案；利用6 個表示器另外組合出2 個表示含義，與標準的7 個組合一起構成9 方向進路表示器的顯示組合方案；在咽喉區(qū)各發(fā)車口的適當位置分別設總出站信號機，各股道出站信號機均改為進路信號機方案。

從方便司機辨認和記憶表示器顯示、避免突破《鐵路技術管理規(guī)程》規(guī)定的顯示方式、便于工程推進、避免工程廢棄等角度綜合考慮，推薦方案一，并專門給公司和路局發(fā)函，經(jīng)過多次方案比較和審查最終才明確方案。但即便是通過的方案也是無奈選擇的結果。

而類似情況，多個高普交叉的樞紐都出現(xiàn)過，不僅造成出站信號機設置的特殊處理，并且多個聯(lián)絡線引入咽喉區(qū)過長造成接發(fā)車時分過長，成為整個樞紐能力的制約點。

1.3 車站咽喉區(qū)鋪設42號道岔并未充分發(fā)揮出道岔的功效

站場鋪設42 號道岔本意是提升側向通過速度，但由于特殊站型的限制，鋪設的42 號道岔并未發(fā)揮出最大側向通過速度，具體C2 客專實例如圖7所示。

圖7 實例4示意圖Fig.7 Diagram of Case 4

從XL 經(jīng)102/104（42 號道岔）側向接車至SQN 進站，按站場布置道岔的本意為了提升側向速度，配置42 號道岔，當XL 進站發(fā)UUS 碼時，有兩個進路，進路1 為經(jīng)102/104 反位至SQN，速度可達到160 km/h；進路2 為經(jīng)102/104 定位經(jīng)101/103（18 號）反位至側向通過至SQN，速度最高為80 km/h，且進路2 經(jīng)過3G 與VIIG 之間的高站臺時要低于80 km/h，按照DD 應答器報文發(fā)送原則，確認進路有小于80 km/h 的限速時，不發(fā)送大號碼道岔報文。當辦理進路1 時，C2 動車組在XL 進站信號機有源應答器收到進路報文，明確進路有42 號道岔，動車組才開始提速，經(jīng)過102/104（42 號道岔）反位時，速度提升有限，沒有發(fā)揮42號道岔的作用。

2 聯(lián)絡線設置建議

首先滿足《高速鐵路信號聯(lián)鎖和列控設備質量控制若干措施》（鐵總建設[2018]19 號）文要求，“鐵路線路及站場設計應盡量避免區(qū)間出岔，減少線路所設置數(shù)量，尤其是減少高速、普速共線的線路所數(shù)量；高速鐵路信號系統(tǒng)工程設計應盡量實現(xiàn)列控等級貫通設計，減少列控等級差異，減少等級轉換設計，降低接口風險。”的要求；同時對聯(lián)絡線設置建議如下。

2.1 聯(lián)絡線設置的長度

1）C3 線路之間須滿足RBC 轉換的要求

聯(lián)絡線長度按照與線路設計速度匹配最少兩個閉塞分區(qū)長度，如聯(lián)絡線設置有分相區(qū)的情況下，按照分相區(qū)進站信號機的原則，有3 個以上閉塞分區(qū)長度更為適合，具體閉塞分區(qū)長度需要根據(jù)坡度情況結合最不利車型統(tǒng)一進行牽引計算。

2）須滿足C3/C2 線路之間等級轉換的要求

按照《列控系統(tǒng)應答器應用原則》（TB/T3484-2017）規(guī)定，C2 至C3 等級轉換預告應答器組和執(zhí)行應答器組間的距離應大于列車按該度前段線路允許速度運行20 s 的距離，且不應在同一閉塞分區(qū)內。聯(lián)絡線長度至少需要兩個閉塞分區(qū)，具體長度需要結合線路設計速度、坡度情況進行牽引計算確定。

2.2 聯(lián)絡線接入車站的限制因素

技規(guī)定義的出站信號機帶有6 個表示器表示7個發(fā)車方向，建議車站聯(lián)絡線引入考慮此限制因素。過多的發(fā)車口造成信號機設置的特殊，且都是在綜合各個方案優(yōu)缺點的基礎上無奈的取舍，對后期的應用也不利。同時過多的聯(lián)絡線引入咽喉區(qū)拉長，咽喉區(qū)走行距離變長，降低發(fā)車效率。

2.3 車站大號碼道岔的選擇

車站大號碼道岔的選擇與站型布置、咽喉區(qū)大號碼道岔轉轍機安裝位置的預留相匹配。設置大號碼道岔應避免進路上有固定限速點；并應預留大號碼道岔轉轍機多機牽引安裝位置，避免大號碼道岔轉轍機設置于客專正線之間。

3 結論和建議

國內高鐵走過10 年，而隨著國內經(jīng)濟快速發(fā)展的需求，高速鐵路網(wǎng)將進一步加密完善，通道高速鐵路、區(qū)域高鐵連接線、城際鐵路三層網(wǎng)絡的格局逐漸明朗，各層級高鐵網(wǎng)內部以及不同層級高鐵網(wǎng)之間，都有通過聯(lián)絡線互聯(lián)互通的需求。這將給工程建設及運營提出新的挑戰(zhàn)，在目前建設成果的基礎上如何提升建設理念，避免樞紐因“大而全”造成專業(yè)匹配的困難，建議從4 個方面考慮。

一是從工程建設全局、路網(wǎng)規(guī)劃的角度綜合考慮車站換乘、市政交通接駁等其他替代方案，實現(xiàn)旅客乘車方式的變化，緩解聯(lián)絡線過多引入大站帶來的弊端；二是在前期設計時就應該充分考慮站場線路與信號系統(tǒng)的匹配和優(yōu)化的邊界條件；三是樞紐內復雜方案應該建立站前方案與信號系統(tǒng)的匹配機制，2014 年中國鐵路總公司發(fā)文要求列控廠商對大于20‰坡度閉塞分區(qū)長度的符合性進行驗證，解決了大于20‰坡度閉塞分區(qū)長度設置問題，避免限速運行，就是一個成功的范例。在工程前期能夠將列控廠商引入對聯(lián)絡線設置等特殊方案提前進行仿真驗證，真正從源頭實現(xiàn)站前方案與信號系統(tǒng)的優(yōu)化匹配；四是高鐵大型樞紐C3 互聯(lián)互通困難情況下，也可以整個樞紐均采用CTCS-2 級列控系統(tǒng)。