李法勝

(中國鐵建股份有限公司 北京 100855)

1 研究背景

2018年東南亞某國通過國際招標(biāo)，計(jì)劃修建一條高速鐵路。通過高速鐵路建設(shè)，一是為了解決本國交通出行難的問題，二是通過高鐵的建設(shè)帶動(dòng)沿線經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。由于該國在市內(nèi)已有一條新修建的城市軌道，且土地資源緊張，招標(biāo)要求新修建的高速鐵路線必須利用既有的城市軌道交通引入市內(nèi)客運(yùn)站，且鐵路的運(yùn)輸能力必須滿足業(yè)主要求。

結(jié)合該項(xiàng)目研究成果，發(fā)現(xiàn)高速鐵路與城市軌道交通由于運(yùn)營需求不同，行車速度不一致、車型及限界有差異，導(dǎo)致兩者的運(yùn)營模式相差較大。本次對(duì)城市軌道交通和高速鐵路所要求的基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)設(shè)備的差異性進(jìn)行研究，分析城市軌道交通和高速鐵路互聯(lián)共運(yùn)營的可行性，為類似項(xiàng)目提供參考。

2 既有線概況[1]

既有機(jī)場(chǎng)鐵路有1座地下車站、7座高架車站，運(yùn)營速度為160 km/h，最小線間距4.0 m，采用西門子LZB列控系統(tǒng)(地鐵模式)，見圖1。

圖1 項(xiàng)目平面

采用SIMENS公司的車輛，在平直道上動(dòng)態(tài)輪廓(最大寬度位置)值為1 645 mm，高度4 310 mm，見圖2。

圖2 既有機(jī)場(chǎng)鐵路動(dòng)態(tài)限界(單位:mm)

3 新建高速鐵路[1]

新建高鐵設(shè)計(jì)速度為250 km/h，最小線間距4.5 m，采用CTCS3.0列控系統(tǒng)及中車四方的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組，基礎(chǔ)設(shè)施按照中國標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，見圖3。

圖3 城際鐵路基本建筑限界(單位:mm)

4 互聯(lián)運(yùn)營模式分析

既有城鐵與高速鐵路是否能互聯(lián)互通涉及到多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，經(jīng)前期調(diào)查初步判斷，既有城鐵通信系統(tǒng)、票務(wù)系統(tǒng)和供電系統(tǒng)并不是制約兩者互聯(lián)互通的關(guān)鍵因素，而在信號(hào)系統(tǒng)、行車能力、車站布局、接觸軌、線間距、限界等方面[2]影響較大，需要進(jìn)行針對(duì)性分析。

4.1 限界分析

中國標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組的主要尺寸與既有車輛尺寸有較大差異，對(duì)照見表1。

表1 寬窄體車主要尺寸對(duì)照

通過對(duì)比可知，標(biāo)準(zhǔn)車輛與既有車輛尺寸相差較大，需要對(duì)既有車站的站臺(tái)及站臺(tái)上的輔助設(shè)施進(jìn)行改造，同時(shí)限界高度相差僅250 mm，而中國高速鐵路隧道內(nèi)接觸網(wǎng)基礎(chǔ)一般采用預(yù)埋槽道[3]，需要對(duì)地下車站的接觸網(wǎng)支架進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，降低接觸網(wǎng)的支架高度，可以滿足標(biāo)準(zhǔn)車的限界高度。改造后既有城鐵橋隧限界基本上可以滿足標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組的限界要求。

4.2 線間距分析

既有機(jī)場(chǎng)鐵路直線段線間距4.0 m，區(qū)間有一處R-180 m的小曲線高架橋地段，橋梁斷面寬10.2 m，線間距為4.2 m，兩側(cè)接觸網(wǎng)內(nèi)側(cè)距離軌道中心2 550 mm，不滿足標(biāo)準(zhǔn)車輛通行，需要對(duì)橋梁斷面寬度和線間距進(jìn)行加寬處理[4－5]。

式中:W1、W2分別為曲線內(nèi)外側(cè)加寬量(mm)；H為軌頂面至計(jì)算點(diǎn)的高度(mm)；h為外軌超高(mm)；R為曲線半徑(m)。

根據(jù)式(1)和式(2)計(jì)算可知，既有線間距需要調(diào)整至4.6 m，建筑內(nèi)側(cè)需要在原有基礎(chǔ)上加寬0.7 m。

根據(jù)車輛模擬運(yùn)營結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)車體在線間距為4 m的直線段以時(shí)速160 km會(huì)車時(shí)，直線上車輛間橫向最小間距尺寸為423.5 mm[6]，在半徑180 m的曲線上兩列車之間的間距要比在直線上增大600.3 mm[6]，才能滿足安全距離要求，見圖4。

圖4 線路改建示意

4.3 軌道結(jié)構(gòu)分析

高速鐵路要求鋼軌表面尤其軌頭表面基本無原始缺陷，幾何尺寸精度高，平直度好[7]。既有城鐵軌道采用UIC 60 kg鋼軌，軌底坡為1∶40；新建高鐵采用中國標(biāo)準(zhǔn)的CN60 kg鋼軌，并設(shè)置1∶40軌底坡。

由圖5可知，兩種鋼軌在鋼軌高度及軌頭尺寸上差異不大，CN比UIC斷面高4 mm，可以在接軌處設(shè)置異型軌連接。為了保證高鐵運(yùn)營安全，需根據(jù)車輛均衡特點(diǎn)和線路具體特征，對(duì)高速車輛懸掛參數(shù)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整[6]。

圖5 接觸軌對(duì)比

4.4 列控系統(tǒng)分析[1]

4.4.1 疊加模式

為減少對(duì)既有城鐵的影響，滿足高速鐵路車輛和既有城鐵車輛能夠在既有城鐵線路上兼容運(yùn)行，既有城鐵信號(hào)控制系統(tǒng)維持不變，新建高鐵線采用CTCS-3級(jí)信號(hào)控制系統(tǒng)，既有城鐵LZB信號(hào)控制系統(tǒng)開放與CTCS-3級(jí)信號(hào)控制系統(tǒng)接口，LZB信號(hào)控制系統(tǒng)疊加CTCS信號(hào)控制系統(tǒng)，既有城鐵線仍納入既有OCC控制，新建高鐵線路OCC控制中心，見圖6。

圖6 LZB信號(hào)控制系統(tǒng)疊加CTCS信號(hào)控制系統(tǒng)方案

4.4.2 更新模式

若LZB信號(hào)控制系統(tǒng)不能開放與CTCS-3級(jí)信號(hào)控制系統(tǒng)接口，則既有的LZB信號(hào)控制系統(tǒng)需要全部拆除，全線新建統(tǒng)一制式的CTCS-3級(jí)信號(hào)控制系統(tǒng)，所有線路均納入新建高鐵OCC控制中心，見圖7。

圖7 CTCS信號(hào)控制系統(tǒng)方案

4.5 運(yùn)營模擬[8]

既有城鐵車站配置均預(yù)留高鐵線路的接入條件，需要解決高鐵與既有城鐵共線運(yùn)行導(dǎo)致運(yùn)輸能力不足的問題。通過研究發(fā)現(xiàn)，影響本項(xiàng)目系統(tǒng)能力的幾個(gè)關(guān)鍵因素為:一是起點(diǎn)站折返問題，二是機(jī)場(chǎng)車站與高鐵接軌平面交叉問題。

4.5.1 起點(diǎn)站折返模擬

通過運(yùn)營模擬，采用站后折返方式，只需要在起點(diǎn)站將尾部折返線上存放的熱備動(dòng)車組改為動(dòng)態(tài)熱備模式，提供足夠短的列車折返時(shí)間，能夠提高起點(diǎn)車站折返作業(yè)效率，更好地為車站客運(yùn)組織創(chuàng)造良好條件，不會(huì)產(chǎn)生旅客上下車流向的交叉干擾，也能夠滿足業(yè)主要求的高峰小時(shí)內(nèi)5對(duì)既有城鐵和7對(duì)高速列車通行需求，見圖8。

圖8 站后折返示意

4.5.2 接軌車站運(yùn)營模擬

在接軌區(qū)域，機(jī)場(chǎng)站存在3種進(jìn)路交叉、接軌站接發(fā)車存在2種進(jìn)路交叉、高鐵線存在1種進(jìn)路交叉，即在上述3個(gè)交通節(jié)點(diǎn)共存在6種進(jìn)路交叉。這些進(jìn)路交叉均會(huì)對(duì)正常行車間隔產(chǎn)生影響。經(jīng)模擬運(yùn)營測(cè)算，在這3種交叉進(jìn)路疊加的情況下辦理接發(fā)車，每小時(shí)只能辦理8對(duì)完整的接發(fā)列車作業(yè)，見圖9、圖10。

圖9 接軌示意

圖10 機(jī)場(chǎng)站接發(fā)車能力圖解

為了疏解平面交叉帶來的能力緊張情況，最大限度滿足客流需求，盡量減少高鐵列車在機(jī)場(chǎng)站折返的數(shù)量，把不需要進(jìn)入機(jī)場(chǎng)站的客流采用直通列車進(jìn)行運(yùn)輸。

根據(jù)預(yù)測(cè)的客流量，合理分配高鐵客流和城市客流(見表2)，可以滿足業(yè)主要求的高峰小時(shí)內(nèi)5對(duì)既有城鐵和7對(duì)高速列車通行需求。

表2 高鐵車與城市軌道交通車客流比例預(yù)測(cè)

根據(jù)模擬運(yùn)營結(jié)果，優(yōu)化既有城市軌道交通起點(diǎn)車站的折返條件，合理組織高鐵與城鐵的機(jī)場(chǎng)車站平面交叉運(yùn)輸，可解決高鐵車輛和既有城市軌道交通共線運(yùn)營需求。運(yùn)營模擬結(jié)果顯示，在營業(yè)時(shí)間段，全日滿能力運(yùn)行圖線路通過能力最大為184對(duì)，其中既有城鐵列車88對(duì)，高鐵折角41對(duì)、直通55對(duì)，能夠滿足全日及高峰時(shí)段列車開行要求，達(dá)到項(xiàng)目業(yè)主要求。

5 結(jié)論

根據(jù)高速鐵路與既有城市軌道交通的限界對(duì)比，從兩者運(yùn)輸差異性進(jìn)行分析，通過對(duì)既有車站站臺(tái)及其輔助設(shè)施進(jìn)行改造、適當(dāng)加大區(qū)間小曲線地段的線間距、接觸網(wǎng)支架進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)以降低地下車站內(nèi)接觸網(wǎng)支架高度等措施，改造后既有城鐵橋隧限界基本上可以滿足標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組的限界要求。改善既有城市軌道交通的車站配置、優(yōu)化高鐵與城鐵的接軌條件、合理組織高鐵與城鐵的共線運(yùn)輸，解決了因土地資源緊張，高鐵線路利用城市軌道交通線路引入市內(nèi)客運(yùn)樞紐站的問題，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯。