劉 洋

(中鐵上海設(shè)計院集團有限公司,200070,上海 ∥ 高級工程師)

市域鐵路為實現(xiàn)中心城區(qū)與市郊區(qū)域客流快速輸送的軌道交通線路，在中心城區(qū)運行時具有行車密度大、站間距離短等城市軌道交通的特點，在市郊運行時具有行車速度高、站間距較長等一般鐵路(以下稱為“國鐵”)的特點。市域鐵路能夠?qū)崿F(xiàn)與國鐵的互聯(lián)互通，其運行方式與國鐵基本類似，須考慮快慢車交替運行以及越站運行等行車組織的需要。因此，具有越行功能的市域鐵路中間車站需設(shè)置到發(fā)線，以滿足快慢車交替運行和越站運行的要求。

市域鐵路在中心城區(qū)受空間限制，往往和地鐵一樣采用地下運行方式。具有越行功能的地下車站，地下空間跨度大，土建結(jié)構(gòu)復雜，一般采用明挖法施工，故其車站到發(fā)線的有效長度會直接影響車站選址和拆遷范圍，對工程投資的影響亦較為明顯。車站到發(fā)線有效長度除需滿足列車長度要求外，還需考慮信號系統(tǒng)的安全防護距離和由應答器等設(shè)備產(chǎn)生的附加余量，以確保列車的安全運行。

本文以上海市域鐵路為研究對象。上海市域鐵路列車為CRH6型列車，列車運行控制(以下簡為“列控”)系統(tǒng)采用CTCS-2+ATO系統(tǒng)(2級中國鐵路列車控制系統(tǒng)+列車自動運行系統(tǒng))，列車設(shè)計運行速度為160 km/h，并采用綜合調(diào)度集中的行車調(diào)度方式，其與國鐵互聯(lián)互通運營方式。這些特點均決定了市域鐵路建設(shè)需遵循城際鐵路設(shè)計規(guī)范體系。因此，市域鐵路到發(fā)線有效長度除受車輛長度直接影響外，還主要受安全防護距離及安全防護處理方式的影響。

本文基于對安全防護距離的深入研究，結(jié)合市域鐵路的特點，在保證行車安全和兼顧行車效率的前提下，提出了一套行之有效的安全防護方案。該方案能盡量縮短地下車站到發(fā)線有效長度，對減小市域鐵路地下車站土建規(guī)模、提高車站結(jié)構(gòu)安全性、節(jié)省工程投資具有很強的實用價值。

1 常規(guī)的到發(fā)線有效長度計算

1. 1 安全防護距離

安全防護距離包含列車測速測距誤差、司機確認停車點距離及動車組過走防護距離。列車在走行過程中，通過應答器信息不斷地更新和矯正線路里程數(shù)據(jù)，故測速、測距誤差相對于安全防護距離較小。司機確認停車點距離為站臺端部至應答器組之間預留的余量，一般為10 m；此余量也可避免列車運行控制監(jiān)控曲線接近零速時影響司機駕駛，從而提高行車效率。動車組過走防護距離是一個相對比較復雜的距離值，要綜合考慮車站線路的曲線及坡度等特征、列車運行速度(道岔號)、控車方式及列車的制動性能等因素，且通過牽引計算后才能得出。此外，過走防護距離還指當列車失去ATP(列車自動防護)系統(tǒng)的防護時，收到出站信號機處應答器緊急停車報文后，列車由目視行車模式或調(diào)車模式的最高限速(40 km/h)緊急制動至停車的距離。

TB 10623—2014《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：①出站應答器組有源應答器至警沖標距離應符合列控車載設(shè)備在目視行車、調(diào)車模式下收到出站應答器組緊急停車報文實施緊急制動的需要，且不得小于65 m；②受土建工程限制，不滿足上述規(guī)定時，應答器組布置應采取特殊安全控制措施。

通過牽引計算，CRH6型動車組在不同坡度下從40 km/h降速至停車(以下稱為“40 km/h→0”)的緊急制動距離見表1 。表1為列車經(jīng)過有源應答器到觸發(fā)緊急制動的時間(含空走時間1.5 s)。

可見，《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》要求應答器距警沖標的距離不得小于65 m是合適的，考慮到測速或現(xiàn)場測量等誤差，一般要求應答器組距離信號機不得小于65 m，且信號機距警沖標為5 m。對于存在下坡道的到發(fā)線，需通過牽引計算來重新確定應答器組距信號機的距離，從而影響車站到發(fā)線的有效長度。

表1 CRH6型動車組在不同坡度下40 km/h→0的緊急制動距離表

市域鐵路與城際鐵路采用同樣的CRH6型動車組和CTCS2+ATO列控系統(tǒng)，故均按上述規(guī)定要求執(zhí)行。對于市域鐵路地下車站，由于其受土建工程限制，須研究可縮短安全防護距離(應答器組距信號機距離)的方案或控制措施，以滿足工程需要。

1.2 到發(fā)線有效長度的計算

根據(jù)設(shè)計規(guī)范對警沖標距信號機、應答器組距信號機、組間應答器間距、站臺端頭距應答器組及站臺長度等距離的規(guī)定，市域鐵路常規(guī)車站到發(fā)線有效長度示意圖如圖1所示。

圖1 市域鐵路到發(fā)線有效長度示意圖

市域鐵路常用的8節(jié)編組動車組全長199.5 m?？紤]到與國家鐵路線路互聯(lián)互通的要求，應參照最長動車組(CRH1型214 m)長度，故站臺長度一般按220 m設(shè)計。計算可得，在常規(guī)站場布置條件下，市域鐵路的到發(fā)線有效長度為390 m，取整為400 m。

2 縮短到發(fā)線有效長度的方案

由上述分析，影響到發(fā)線有效長度計算的最大可變因素就是安全防護距離。在保證行車安全和兼顧行車效率的前提下，經(jīng)過分析、研究、篩選后，本文提出兩個通過縮短安全防護距離來縮短車站到發(fā)線有效長度的方案。

2.1 增設(shè)限速應答器組方案

除按設(shè)計規(guī)范規(guī)定在出站信號機處設(shè)置應答器組外，在到發(fā)線中間適當位置增設(shè)應答器組。由于對于無辦理側(cè)向通過進路需要的到發(fā)線，可默認列車進側(cè)線停車，因此可僅設(shè)置無源限速應答器組。此時，鑒于CTCS2+ATO系統(tǒng)在股道中間已設(shè)置了用于精確停車的應答器組，可考慮將應答器組的限速信息與精確停車應答器組合并使用。到發(fā)線增設(shè)限速應答器組示意圖如圖2所示。

圖2 到發(fā)線增設(shè)應答器組示意圖

到發(fā)線增設(shè)限速應答器組的工作原理為：在不影響列車進入站內(nèi)到發(fā)線入口速度的情況下，在到發(fā)線適當位置增設(shè)限速應答器組，可將列車的速度進一步降低；如將速度限制在20 km/h，則列車運行至出站應答器組時的速度已降至20 km/h，安全防護距離則可按由20 km/h降速至停車的緊急制動距離設(shè)置。限速應答器組內(nèi)限速值的設(shè)置要結(jié)合應答器組距離出站信號機的距離和動車組最大常用制動的速度值來共同確定。當二者接近或相等時，行車效率最高。因此，可考慮將限速值設(shè)置為制動曲線中的20→15 km/h區(qū)間，使安全防護距離縮短30～40 m，進而使到發(fā)線有效長度縮短60～80 m。

增設(shè)限速應答器組方案的優(yōu)點是：在不影響列車進出車站側(cè)線到發(fā)線入口速度的前提下，能大幅縮短到發(fā)線有效長度。缺點是：該方案目前僅限于理論研究，尚未在任何工程中應用，需與列控系統(tǒng)的廠商進一步研究，進而判斷對列控系統(tǒng)的影響，深入評估方案的安全性和可實施性。對于存在通過作業(yè)需求的到發(fā)線，可在到發(fā)線中間增設(shè)有源限速應答器。其目的是為實時采集出站信號的狀態(tài)，并結(jié)合出站信號的狀態(tài)通過有源應答器向列車提供相應的速度可變信息。

2.2 防護進路方案

設(shè)置列車過走防護距離的目的是為防止列車因冒進而與前方列車追尾或與正線列車發(fā)生側(cè)沖。因此，可以在列車運行方向的進路外方設(shè)置保護區(qū)段，即防護進路方案。當辦理到發(fā)線的接車(調(diào)車)進路時，自動鎖閉對面咽喉區(qū)的發(fā)車進路區(qū)段，并將發(fā)車進路區(qū)段用作過走防護的保護區(qū)段。待車站聯(lián)鎖系統(tǒng)收到列車停穩(wěn)信號后，自動解鎖對面咽喉區(qū)的保護區(qū)段，使車站對方咽喉區(qū)恢復正常的運輸作業(yè)。當?shù)桨l(fā)線末端存在機待線或牽出線時，將防護進路設(shè)置到機待線或牽出線，從而不影響對方咽喉區(qū)的正常運輸作業(yè)。接車進路設(shè)置防護進路方案示意圖如圖3及圖4所示。

圖3 接車進路設(shè)置防護進路方案示意圖(對方咽喉)

在防護進路方案中，過走防護距離充分利用了咽喉區(qū)道岔區(qū)段和正線區(qū)段，故可最大限度地縮短到發(fā)線有效長度。該方案中，信號機距警沖標5 m，有源應答器距信號機5 m，應答器組間距為5 m，站臺有效長度為220 m。計算可得，到發(fā)線有效長度為250 m，較原400 m的到發(fā)線有效長度縮短了150 m?？梢?，防護進路方案最大限度地縮短了到發(fā)線長度，進而減小整個地下車站的土建規(guī)模，減少了工程投資。經(jīng)初步估算，采用防護進路方案后，1個標準3層車站的直接工程投資可節(jié)約2～3億元，工程拆遷量亦大幅減少。

圖4 接車進路設(shè)置防護進路方案示意圖(牽出線)

在地鐵CBTC信號系統(tǒng)中，采用防護進路保護區(qū)段的方式已有成熟的應用經(jīng)驗。國鐵雖未采用過防護進路方式，但國鐵信號系統(tǒng)在進站外方制動距離內(nèi)有坡度大于6‰下坡道時，采用的延續(xù)進路處理方式與該方案基本相似。延續(xù)進路需在辦理接車進路時同時辦理。此外，延續(xù)進路采用列車輪對壓入到發(fā)線180 s后方能自動解鎖的方式。如加上列車在進路所在的咽喉區(qū)運行時間，則延續(xù)進路鎖閉時間大于200 s。究其原因，國鐵車站聯(lián)鎖系統(tǒng)無法獲取到列車進站停穩(wěn)的時間，只能簡單采用最大時間包容方式處理，以時間換空間，犧牲行車效率換行車安全。由于國鐵車站進站外方制動距離內(nèi)有大于6‰下坡道的車站相對較少，故該延續(xù)進路處理方式對整個鐵路線路運輸效率影響相對較小。從理論上分析，延續(xù)進路采用延時解鎖方式仍不符合列控系統(tǒng)安全控制要求的閉環(huán)理論，存在安全隱患，既不符合市域鐵路的高密度公交化運營，也不符合列控系統(tǒng)安全控制原則。因此，市域鐵路的防護進路不能采取延時解鎖方式。

為避免延續(xù)進路辦理程序繁瑣及解鎖延時過大，防護進路方案在進路辦理時要簡化操作。信號系統(tǒng)根據(jù)進路排列情況，自動將進路外方的保護區(qū)段進行鎖閉。為保證市域鐵路的行車效率，防護進路的解鎖時間需盡量縮短。由于市域鐵路采用CTCS2+ATO系統(tǒng)，其車站站臺設(shè)置有站臺門，且站臺門的開啟時機須接收到列車停穩(wěn)信號，因此當車站聯(lián)鎖系統(tǒng)采集到了列車停穩(wěn)信號后，即可將進路外方咽喉區(qū)的保護區(qū)段解鎖。這樣不僅縮短了鎖閉對方咽喉區(qū)的時間，而且由于車站到發(fā)線有效長度的縮短，列車在接車過程中走行距離和時間均明顯減少。經(jīng)測算，整個接車進路列車由進站至停穩(wěn)的時間由原來的約70 s縮短至約50 s，而且鎖閉進路外方咽喉區(qū)段亦僅影響后續(xù)越行列車的進路排列時間，對于后續(xù)站站停列車的追蹤并未產(chǎn)生任何影響，既能確保行車安全，又能最大限度地保證行車效率。

利用防護進路保護區(qū)段作為安全防護距離的方案，在接車的同時，將車站另外一端的咽喉區(qū)段進行防護鎖閉，會對車站的發(fā)車造成一定的影響。但市域鐵路采用公交化運營模式，其中間車站(特別是地下站)設(shè)置的到發(fā)線主要為了滿足快慢車間的越行要求，基本不存在側(cè)線股道接車和其他股道同時發(fā)車的情況。而且由于防護進路區(qū)段采取列車停穩(wěn)即防護進路解鎖的方式，咽喉區(qū)段的鎖閉時間較短，故即使偶爾存在側(cè)線股道接車和其他股道同時發(fā)車的情況，對行車效率影響也極為有限。除此之外，該方案大幅度縮短了地下車站的到發(fā)線，在土建施工難度、工程投資、運營維護以及節(jié)能環(huán)保方面的優(yōu)勢非常明顯。

3 結(jié)語

市域鐵路既要求實現(xiàn)不同制式線路之間的互聯(lián)互通跨線運行，又要求滿足城市軌道交通特征的公交化運行需求，是工況復雜、投資巨大的系統(tǒng)工程。

在工程設(shè)計階段應加強綜合設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計的理念，深入分析影響車站到發(fā)線有效長度的因素。本文在遵循故障-安全原則的前提下，綜合考慮行車安全、運輸效率和工程投資，提出市域鐵路車站到發(fā)線有效長度優(yōu)化方案，以期提升市域鐵路建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展能力。