中德高速鐵路車站到發(fā)線有效長對(duì)比研究

俞 添

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

1 概述

德國鐵路的規(guī)范體系框架與中國相比有很大的不同,首先其遵循的基本規(guī)范和設(shè)計(jì)理念不一樣。德國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)主要通過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)組織和企業(yè)制訂,德國鐵路工程建設(shè)一是執(zhí)行歐盟技術(shù)法規(guī)，如指令(Directive)、決定(Decision)和規(guī)定(Regulation),技術(shù)解釋文件(TSI),歐洲標(biāo)準(zhǔn)(如EN、EN V、HD、TS、TR等),有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)(如IEC、UIC等),德國技術(shù)法規(guī)及國家標(biāo)準(zhǔn),并在國際標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)的制定中與法國一道起主導(dǎo)作用；二是由已私有化的德國鐵路股份公司(Deutsche Bahn,簡(jiǎn)稱DB)在貫徹執(zhí)行國際標(biāo)準(zhǔn)、特別是歐洲標(biāo)準(zhǔn)的情況下,結(jié)合本國鐵路的實(shí)際情況制訂有關(guān)鐵路工程建設(shè)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

其次鐵路行業(yè)的專業(yè)設(shè)置不一樣,德國鐵路行業(yè)未設(shè)置站場(chǎng)專業(yè),國內(nèi)站場(chǎng)專業(yè)的工作被分散在線路、地路、房建、車輛、信號(hào)等多個(gè)專業(yè)中,經(jīng)過艱苦努力,本文對(duì)中德鐵路車站到發(fā)線有效長技術(shù)細(xì)節(jié)對(duì)比進(jìn)行了深入研究,并在利比亞高速鐵路和沿海鐵路兩個(gè)項(xiàng)目中得到了實(shí)際應(yīng)用,這兩個(gè)項(xiàng)目是由德國公司采用德國標(biāo)準(zhǔn)做的初步設(shè)計(jì),而中國鐵建負(fù)責(zé)項(xiàng)目的施工建設(shè)。本文的研究對(duì)于展示我國高鐵發(fā)展的最新成果,完善高鐵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,以及加快實(shí)施中國高鐵“走出去”的戰(zhàn)略有一定指導(dǎo)意義。

2 中國高速鐵路車站到發(fā)線有效長研究

2.1 中國高速鐵路車站到發(fā)線有效長定義

高速鐵路車站到發(fā)線有效長是指到發(fā)線兩個(gè)警沖標(biāo)間的長度。車站到發(fā)線有效長除必須滿足列車長度外,還需考慮一定的停車余量,以及安全防護(hù)距離的要求,對(duì)于雙進(jìn)路設(shè)計(jì)的到發(fā)線,其有效長還應(yīng)考慮兩側(cè)的安全防護(hù)距離。因此,車站到發(fā)線有效長由列車長度、停車余量、安全防護(hù)距離、警沖標(biāo)至絕緣節(jié)的距離組成。其中列車長度和停車余量構(gòu)成站臺(tái)長度,因此,到發(fā)線有效長由站臺(tái)長度、安全防護(hù)距離、警沖標(biāo)至絕緣節(jié)的距離構(gòu)成。

站臺(tái)長度和警沖標(biāo)至絕緣節(jié)的距離是個(gè)定值,而安全防護(hù)距離是計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)值。安全防護(hù)距離(Protect space)是指防護(hù)點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離,其包括測(cè)速、測(cè)距誤差、司機(jī)確認(rèn)停車點(diǎn)距離以及列車過走距離。

2.2 中國高速鐵路車站到發(fā)線有效長規(guī)范規(guī)定

中國《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(試行)10.1.8條文解釋說明：“到發(fā)線有效長度650 m由站臺(tái)長度、安全防護(hù)距離、警沖標(biāo)至絕緣節(jié)的距離組成如下。

(1)站臺(tái)長度：根據(jù)列車最大編組要求,確定站臺(tái)長度為450 m。

(2)安全防護(hù)距離,考慮測(cè)速、測(cè)距誤差、司機(jī)確認(rèn)停車點(diǎn)距離及動(dòng)車組過走防護(hù)距離,確定安全防護(hù)距離≥95 m。

(3)警沖標(biāo)至絕緣節(jié)的距離：根據(jù)目前第一輪對(duì)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(警沖標(biāo)—警沖標(biāo))為(5+95)×2+450=650 m,故規(guī)定到發(fā)線有效長度不應(yīng)小于650 m?！?/p>

站臺(tái)最大長度的確定：按旅客列車最大編組數(shù)量為16輛,列車總長度為428 m,取整430 m,另考慮10 m的停車余量,確定站臺(tái)長度為450 m。

因此根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(試行),到發(fā)線有效長=站臺(tái)長度(450 m)+安全防護(hù)距離(95 m×2)+警沖標(biāo)至絕緣節(jié)的距離(5 m×2)。見圖1。

圖1 高速鐵路車站有效長示意(單位：m)

2.3 中國高速鐵路車站到發(fā)線有效長列控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

《既有線CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)車載設(shè)備技術(shù)規(guī)范(暫行)》(科技運(yùn)[2007]45號(hào))第5.2.3.2(3)條“制動(dòng)模式曲線計(jì)算”規(guī)定,列控系統(tǒng)在完全監(jiān)控模式下,車站范圍內(nèi)列控系統(tǒng)計(jì)算的常用制動(dòng)終點(diǎn)(即停車目標(biāo)點(diǎn))為出站信號(hào)機(jī)外方60 m。也就是說列控系統(tǒng)需要防護(hù)距離為60 m。

《客運(yùn)專線CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)配置及運(yùn)用技術(shù)原則(暫行)》(鐵集成[2007]124號(hào))第“4.8.3”條規(guī)定,僅開行動(dòng)車組的客運(yùn)專線,出站標(biāo)志牌(鐵運(yùn)[2008]19號(hào)文《關(guān)于客運(yùn)專線信號(hào)系統(tǒng)若干問題的指導(dǎo)意見》改為出站信號(hào)機(jī))和軌道電路絕緣節(jié)均設(shè)置在距警沖標(biāo)55 m處(含過走防護(hù)距離50 m)。

2.4 中國高速鐵路車站到發(fā)線有效長實(shí)際設(shè)計(jì)布置

對(duì)“和諧號(hào)”系列動(dòng)車組來說,16輛編組CRH1車型列車全長是最長的,為428 m,到發(fā)線有效長650 m能夠滿足要求,其中ATP需要防護(hù)距離有60 m,過走距離50 m,站臺(tái)端至出站信號(hào)機(jī)距離為45 m,但是列車停車時(shí)頭部距站臺(tái)端15 m,尾部距站臺(tái)端7 m。如圖2所示。

圖2 國鐵高速車站到發(fā)線有效長布置示意(單位：m)

列車不能居中停車產(chǎn)生的原因就是高鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中考慮的安全防護(hù)距離為95 m,而列控規(guī)范中安全防護(hù)距離為110 m(車載ATP需要在出站信號(hào)機(jī)外方60 m,加上地面信號(hào)機(jī)內(nèi)方50 m),其結(jié)果導(dǎo)致列控停車目標(biāo)點(diǎn)將位于站臺(tái)范圍之內(nèi),列車將不能居中停在站臺(tái)中,分析如下。

(1)若是單方向接車站臺(tái),站場(chǎng)布置能夠滿足接車條件,但司機(jī)可掌控的停車余量減少。

(2)若是雙方向接車站臺(tái),也可滿足接車條件,但上、下行列車所停的站臺(tái)區(qū)域不同,如果設(shè)有站臺(tái)安全門/屏蔽門,將不能兼顧兩個(gè)方向停車時(shí)站臺(tái)門都可與車門對(duì)齊的要求,兩方向車門相錯(cuò)約8 m。

(3)上述兩條都是針對(duì)最長編組的CRH1型動(dòng)車組而言,如果開行的是其他動(dòng)車組,列車長度將縮減為420 m,站場(chǎng)布置又變得恰好合適。

3 德國高速鐵路車站到發(fā)線有效長研究

3.1 德國高速鐵路車站到發(fā)線有效長定義及規(guī)定

德國高速鐵路到發(fā)線有效長系列規(guī)定如下：《德國鐵路基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)手冊(cè)》551頁[5],股道有效長按Ril 413.0302規(guī)定的線路分類確定,該規(guī)程規(guī)定股道有效長包含了列車伸長防護(hù)區(qū)段的長度。 其中《德國鐵路基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)手冊(cè)》66頁,規(guī)程Ril 413.0302規(guī)定的線路標(biāo)準(zhǔn)為高速鐵路越行線(也就是我們所說的到發(fā)線)長度為450 m。

德國到發(fā)線有效長計(jì)算時(shí)要考慮到信號(hào)機(jī)位置設(shè)置、可任意進(jìn)車的道岔區(qū)段和軌道區(qū)段的絕緣節(jié)位置,有效長可計(jì)算至信號(hào)機(jī),公式如下

erfLn=zulLw+z

式中 erfLn——所需股道有效長；

zulLw——列車允許長度；

z——附加長度。

3.2 德國高速鐵路車站到發(fā)線有效長分析

歐洲高速鐵路互操作性技術(shù)條件基礎(chǔ)設(shè)施篇要求站臺(tái)長度達(dá)到400 m,德國站臺(tái)最小長度等于機(jī)車牽引列車或動(dòng)車組的列車長度與不準(zhǔn)確停車的附加長度5 m之和,因此文獻(xiàn)[5]表8.1中規(guī)定德國高速列車?？空九_(tái)標(biāo)準(zhǔn)長度為405 m。由此可見，德國機(jī)車牽引列車或動(dòng)車組的高速列車允許長度不超過zulLw=405-5=400 m。

旅客列車附加長度分別為：

信號(hào)能見距離 5 m×2；

不準(zhǔn)確停車 5 m；

列車伸長防護(hù)區(qū)段 10 m×2；

特殊的列車伸長防護(hù)至絕緣節(jié)距離(考慮到發(fā)線列車緩沖器彈簧釋放能量)8 m,列車防護(hù)信號(hào)機(jī)至絕緣節(jié)距離6 m。

因此德國到發(fā)線有效長計(jì)算如下

erfLn=zulLw+z=400+5+5×2+10×2+8+6=449 m

取整為450 m。

德國高速鐵路車站有效長示意如圖3所示。

圖3 德國高速鐵路車站有效長示意(單位：m)

3.3 德國高速鐵路車站過走距離分析

德國高速鐵路出站信號(hào)機(jī)與警沖標(biāo)之間留有一定的過走距離(Overlap),一般為50～70 m。這不僅是列控系統(tǒng)的安全要求(主要防止列車側(cè)面沖突),更主要的是為無列控系統(tǒng)時(shí)的安全防護(hù),例如停留車的溜逸,動(dòng)車組故障行車等。

在深入研究德國高速鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的過程中了解到,德國到發(fā)線有效長不包含過走距離長度200 m,德國過走距離長度見表1。

表1 最短的過走距離長度

4 中德鐵路車站到發(fā)線有效長對(duì)比研究結(jié)論

(1)中德高鐵車站到發(fā)線有效長計(jì)算相同之處為,站臺(tái)長度等于列車全長加上停車余量,只是雙方的列車長度不同,停車余量取值不同而已。

(2)中德高鐵車站到發(fā)線有效長計(jì)算不同之處為,車站到發(fā)線有效長的定義有所不同,導(dǎo)致算法完全不一致。中國到發(fā)線有效長計(jì)算安全防護(hù)距離時(shí)包含的內(nèi)容為ATP需要防護(hù)距離和過走距離之和；而德國到發(fā)線有效長計(jì)算附加長度時(shí)考慮信號(hào)能見距離、列車伸長防護(hù)區(qū)段、特殊的列車伸長防護(hù)至絕緣節(jié)距離(考慮到發(fā)線列車緩沖器彈簧釋放能量)、列車防護(hù)信號(hào)機(jī)至絕緣節(jié)距離等因素,不包含過走距離長度(相當(dāng)于國鐵ATP需要防護(hù)距離和過走距離之和),這是最大的區(qū)別。

(3)導(dǎo)致高鐵車站到發(fā)線有效長計(jì)算這個(gè)最大區(qū)別的原因是雙方國情不同,設(shè)計(jì)理念有差別：中國車站行車密度通過能力很大,是世界之最,因此我們?cè)O(shè)計(jì)車站時(shí)要求到發(fā)線接車不能影響正線行車,軌道電路防護(hù)區(qū)段(ATP需要防護(hù)距離和過走距離)在到發(fā)線范圍內(nèi)解決,而德國鐵路行車密度沒有那么大,運(yùn)基信號(hào)[2009]562號(hào)明確要求,為確保線路運(yùn)輸能力,各車站不得設(shè)置延續(xù)進(jìn)路。反觀德國過走距離(ATP需要防護(hù)距離和過走距離之和)延伸至正線雖然影響正線的行車能力,但是德國正線行車能力不是那么緊張,完全滿足其運(yùn)輸要求,因此這樣做對(duì)他們國家來說也是可行的,過走距離長度也長很多,因?yàn)榈啦韰^(qū)段比較長。

(4)如果不考慮過走距離的因素,德國到發(fā)線有效長450 m比中國(650-95×2=460 m)短10 m,但是中國的列車長度428 m比德國列車長度400 m長28 m,這樣對(duì)比起來,國鐵的取值還短18 m,而且中國設(shè)計(jì)的車站通過能力大得多。

(5)據(jù)研究有關(guān)資料,國鐵高速車站過走距離的由來是從德國、日本和法國“借鑒”過來的,其取值是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值,此距離的設(shè)置,本文理解為是對(duì)列車制動(dòng)性能(包括列車制動(dòng)系統(tǒng)性能以及鋼軌粘著系數(shù)等)下降時(shí)所采取的安全防護(hù)補(bǔ)充措施,而與列控系統(tǒng)無關(guān)。建議專項(xiàng)研究過走距離的設(shè)置是否必要和是否有縮短的可能。

(6)對(duì)于國鐵高速車站到發(fā)線有效長的安全防護(hù)距離,國鐵高速規(guī)范的表述和列車系統(tǒng)的要求不一致,建議統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),以免引起混淆。

[1] 中華人民共和國建設(shè)部.GB50091—2006 鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社,2006.

[2] 鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院.站場(chǎng)及樞紐[M].北京：中國鐵道出版社,2004.

[3] 中華人民共和國建設(shè)部.GB50090—2006 鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社,2006.

[4] 中華人民共和國鐵道部.TB10621—2009 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)[S].北京：中國鐵道出版社,2009.

[5] Hartmut Freystei, Martin Muncke, Peter Schollmeier,合著.德國鐵路基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].德國鐵路基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)手冊(cè)翻譯審核委員會(huì),譯.北京：中國鐵道出版社,2007：66，551，270.