城際客專折返站型及折返能力對通過能力影響

魏方華

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司線路運輸處，工程師，陜西 西安 710043）

城際客運專線是一種區(qū)域性的軌道交通系統(tǒng)，主要服務(wù)于城市經(jīng)濟圈內(nèi)中心城市、副中心城市、城市所轄城鎮(zhèn)之間客流。根據(jù)國內(nèi)外研究表明，城際客運專線連接的中心城市之間客流分布存在著時間和空間上的差異。時間上的差異，主要體現(xiàn)在早中晚客車密集出發(fā)和到達；空間上分布的不均衡，主要體現(xiàn)在始發(fā)、終點站之間的中間站客流量不同。客運專線斷面客流與通道客流現(xiàn)狀一樣，呈紡錘狀分布，向南北兩端呈漸遠漸減［1］。

客運專線客流的特點決定了客運專線列車開行方式，不同于既有鐵路旅客列車的開行方式，為了適應(yīng)旅客隨時出行的需求，列車到發(fā)密度非常高，到發(fā)線和咽喉能力非常緊張。如何合理安排咽喉和到發(fā)線接發(fā)列車作業(yè)，優(yōu)化接發(fā)列車占用的作業(yè)進路顯得尤為重要。同時要有能反映高峰時段咽喉和到發(fā)線最大接發(fā)動車組數(shù)的能力指標，以判斷現(xiàn)有設(shè)備能否滿足車站高密度接發(fā)車所需求的能力，當不能滿足時，應(yīng)該增加多少相應(yīng)設(shè)備。由于車站一晝夜通過能力，反映的是車站全天能接發(fā)的旅客列車數(shù)，并不能實時地反映一天內(nèi)某個時段車站設(shè)備的接發(fā)車能力。因此，客運專線客運站所需求的通過能力，是要對車站工作起實際指導(dǎo)作用的能力，根據(jù)車站接發(fā)動車組密度的變化，而靈活反映某個時段車站到發(fā)線和咽喉最大接發(fā)車數(shù)的能力，即客運專線客運站高峰小時通過能力。

客運專線上客流的特點以及客運專線列車自身固有的特性，決定了客運專線上旅客列車“高密度”開行的特點，折返作業(yè)的進行，對通過能力的影響問題由此凸顯。本文通過歸納分析城際客運專線折返站的站型，通過2種作業(yè)的不同時間標準得出車站折返能力與通過能力之間的相互關(guān)系。

1 城際客專折返站站型

城際客運專線類似于城市軌道交通，但又與城市軌道交通有很大的不同。例如在速度上，城際客運專線的列車運行速度，遠遠高于城市軌道交通列車運行速度；在站間距離上，城際客運專線的站間距離也大于城市軌道交通。同時在城際客運專線上運行的列車種類，與城市軌道交通也有很大的不同，城市軌道交通一般只有一種速度的列車，但城際客運專線上則有站站停和大站停2種速度的列車。這些不同點都表明，在進行具體的站型設(shè)計與選擇時，應(yīng)充分考慮城際客運專線的特點來確定折返站站型［2］。

1.1 站型按折返方式分類 按照線路的布置，即到發(fā)線的相互位置關(guān)系，可將折返站站型分為盡端式（如始發(fā)站）及通過式站型（主要指有折返作業(yè)的中間站）和混合式。其中通過式折返又可分為一側(cè)折返（混合交路）和兩側(cè)折返（銜接交路）；對于一側(cè)折返的混合交路，按照其折返站型的不同可分為利用既有線（正線）進行折返、正線外包即利用折返線進行折返以及立交折返3種。其中利用既有線（正線）進行折返，又可分為站前折返和站后折返；立交折返又可分為采用立交折返牽出線折返和利用動車段折返。具體的分類如圖1所示。

1.2 基本站型的確定 通過調(diào)查廣深城際客運專線、日本東海道新干線等客運專線的基本布置圖形，根據(jù)折返站折返能力的不同，總結(jié)歸納出了二大類共4種，基本的可進行折返作業(yè)的城際客專中間站的基本站型。

1.2.1 利用既有線折返的站型 利用既有正線及到發(fā)線折返的折返站站型（如圖2所示），為城際客專有折返作業(yè)的中間站，利用既有線折返最基本、最簡單的站型。包括2條正線、2條渡線、2條到發(fā)線、2個站臺以及站房、地下通道等設(shè)施。如客運量較大且某個方向需辦理2列停站待避列車，或某方向折返能力要求較大時，可增加1條到發(fā)線（如圖2中虛線位置）。

若折返能力要求更大，則需在站臺兩邊各自增加1條到發(fā)線（如圖3所示）。如果客運量較大且某個方向需辦理多列停站待避列車，或某方向折返能力要求較大時，可再增加1條到發(fā)線（如圖3中虛線位置）。

圖3 折返站站型2

利用既有正線及到發(fā)線折返的折返站站型，由于沒有增加到發(fā)線及另建動車段，減少了資金量的投入，減少對土地的占用節(jié)約了土地資源，并從一定程度上節(jié)約了鋼材等資源。但該站型是利用既有線進行折返，相對于折返線折返及動車段折返，其折返的能力較小，而且利用既有線進行折返，額外占用了到發(fā)線，有可能影響車站通過列車及通停列車的作業(yè)，對通過能力的影響較大。

1.2.2 利用正線外包的折返站型 當城際客專中間站折返能力要求較大，且站坪面積可以滿足時，需要采用折返線站型（如圖4所示）。

圖4 折返站站型3

此折返中間站型，包括2條外包正線、2條到發(fā)線、3個站臺、2條折返線等設(shè)施。當運量增大，利用既有線不足以滿足折返的需要時，可以采用折返線進行折返。它的優(yōu)點是折返列車，可以利用折返線迅速流暢地折返，相對于利用既有線進行折返的中間站型，折返能力大；而且當列車進入渡線進行折返時，通過和通停列車即可開放進路進行流暢作業(yè)，對車站通過能力影響相對較小。但該站型由于采用正線外包的形式，一是高速通過列車經(jīng)過車站時，速度必定受限。二是旅客舒適度差。當列車高速通過正線外包的車站時，線路曲度增大，離心力較大，影響旅客的舒適度。三是占地面積大。當采用正線外包時，站坪長度長，橫向站場寬，因此需要占用大量土地。

1.2.3 立交折返方式 當折返能力采用平交站型不能滿足時，可采用立交折返。立交折返站型如圖5所示。

圖5 立交折返站型

當有外線接入中間站，或折返列車對車站通過能力影響較大時，可以采用立交折返。該站型由于采用了立交折返，一是在空間上分離了通過列車與折返列車作業(yè)，避免了與正線的交叉干擾，對線路的通過能力影響較小；二是折返列車可以持續(xù)不斷的進行折返，不受通過、通停列車的影響，因此折返能力較大。其缺點是投資大，建立跨線立交的耗資較大；而且要跨線立交折返，走行距離長，因此折返時間較長。

2 各類技術(shù)作業(yè)參數(shù)的確定

按照《CTCS技術(shù)規(guī)范總則》的有關(guān)技術(shù)規(guī)范，300～350 km/h客運專線鐵路列控系統(tǒng)，采用基于ZPW 2000軌道電路加點式應(yīng)答器，構(gòu)成的CTCS2級和基于GSM-R無線傳輸方式的CTCS3級，組成冗余配置的列控系統(tǒng)。本研究中采用CTCS-3級列控系統(tǒng)，以一次制動模式曲線作為列控方式。

根據(jù)高速辦信函［2004］15號《關(guān)于印發(fā)“京滬高速鐵路股道有效長及安全線設(shè)置工作會議紀要”的通知》，列車最高運行速度取350 km/h，列車制動采用復(fù)合制動。其中包括動力制動、空氣制動、磁軌制動、彈簧儲能制動和電子防滑器等各種方式中的幾種或全部，但空氣制動還是主要的制動方式。動力制動主要應(yīng)用于速度的調(diào)節(jié)，其他幾種方式為輔助方式?；诒Ｊ卦瓌t，在實際計算動車組的制動距離時，僅考慮純空氣制動。根據(jù)國外高速鐵路運營實際情況和我國客運專線建設(shè)思路，動車組在運行中，應(yīng)同時具備自動控制功能和超防下人工控制的功能，且運營中基本以自動控制為主，同樣是基于保守原則。本研究以人工控制為前提。

綜上所述，通過對國內(nèi)外資料［3］、［4］的翔實調(diào)查，確定了相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：

1）進站制動時，車載設(shè)備產(chǎn)生2條制動模式曲線：常用制動模式曲線和緊急制動模式曲線；

2）常用制動曲線的制動系數(shù)采用0.8，緊急制動時制動系數(shù)取1.0，進站制動率采用0.5倍最大常用制動；

3）350 km/h高速列車純空氣緊急制動距離，在5 500 m以內(nèi)；

4）列車開口撞墻速度為35 km/h；

5）高速列車的單位運行基本阻力取為

w=0.62+0.008 2 v+0.000 14 v2；

6）列車緊急制動和常用制動空走時間，分別為2 s和 1.5 s；

7）列車總重均為768 t、編組輛數(shù)16輛、列車長度429 m；

8）列車模式曲線制動減速度，采用0.8 m/s2；

9）司機在平道上駕駛列車的平均減速度，采用0.6 m/s2；

10）車載設(shè)備信息接收反應(yīng)時間不大于3.5 s，列車速度超過允許速度至車載設(shè)備，給出制動指令時間不大于1 s；

11）車載設(shè)備卸載時間0.6 s，車載設(shè)備啟動制動系統(tǒng)后延時0.5 s；

12）司機確認信號時間6 s；

13）列車出清軌道電路延遲時間4.3 s；

14）車站接車作業(yè)時間13 s；

15）制動空走時間，常用制動取1.5 s，緊急制動取2s；

16）軌道分區(qū)長度1 200 m；

17）列車測速、測距誤差不大于2%；

18）到發(fā)線有效長650 m；

19）站臺長度450 m；

在此基礎(chǔ)上進一步分析了列車的接發(fā)車進路，以確定折返站接發(fā)車與占用到發(fā)線作業(yè)時間參數(shù)，其中接發(fā)車占用咽喉時間標準為4 m in；占用到發(fā)線時間標準停站列車為14 m in；立折列車為26 m in。

3 折返能力對通過能力影響

在確定了城際客運專線折返站的基本圖形，及相關(guān)作業(yè)參數(shù)標準后，為了準確反映折返能力與通過能力之間的關(guān)系，應(yīng)采用編制計算機仿真軟件的方法［5］，通過大量的模擬分析，總結(jié)出折返能力與通過能力的相互關(guān)系。

目前相關(guān)高校正在進行仿真計算研究，本文借鑒高校已有研究成果［6-7］對仿真系統(tǒng)流程及其仿真分析結(jié)果作簡單介紹。仿真系統(tǒng)運行流程如圖6所示。

圖6 仿真系統(tǒng)流程圖

通過仿真系統(tǒng)模擬高峰小時下，折返列車數(shù)為1對、2對、3對的3種情況時，折返能力對通過能力的影響。并對每種情況進行100次模擬以及運用數(shù)學(xué)分析方法，得出相應(yīng)通過能力的變化趨勢（如圖7所示）。

從圖7可以看出，通過列車作業(yè)時間標準和折返作業(yè)對正線的切割影響，即每增加1對折返列車作業(yè)，將降低1.5對通過列車。隨著折返列車對數(shù)的增加，通過能力呈一定比率的下降趨勢，這與實際情況是相符的。

圖7 高峰小時折返列車對數(shù)與通過能力關(guān)系圖

4 結(jié)束語

本文通過調(diào)查國內(nèi)外客運專線的基本布置圖形，根據(jù)折返站折返能力的不同，總結(jié)歸納出了二大類共4種，基本的可進行折返作業(yè)的城際鐵路中間站的基本圖形。并查閱相關(guān)資料，確定各項技術(shù)作業(yè)的參數(shù)標準后，通過計算機模擬的方法計算客運站通過能力與折返能力的相互關(guān)系；通過仿真分析結(jié)果，得出了通過能力與折返能力的趨勢走向關(guān)系。為了平衡城際客運專線折返能力對通過能力的影響，需根據(jù)實際情況確定合適的折返站站型。如折返對數(shù)較小時，可選用利用既有正線及到發(fā)線折返站型；當折返對數(shù)較大，有條件時應(yīng)采用立交折返形式。無立交折返條件且正線通過速度受限時，可采用正線外包的折返站站型。

［1］趙翠霞，張于心，孫毅，陳志業(yè).我國城際鐵路的兩種發(fā)展模式.綜合運輸［J］，2004，02期：46～48.

［2］鐵道部.《新建時速300～350公里客運專線暫規(guī)》［S］.北京：中國鐵道出版社，2007.

［3］鐵道第四勘察設(shè)計院.京滬高速鐵路設(shè)計暫行規(guī)定［M］.北京：中國鐵道出版社，2003.

［4］魏方華.基于模式曲線列控方式的列車追蹤行車模擬研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2005，11.

［5］姜帆.地鐵列車折返能力仿真計算方法的研究［J］.《地鐵與輕軌》，1995年，01期：32～35.

［6］杜文，文東.客運專線客運站通過能力仿真研究.［J］西南交通大學(xué)學(xué)報，2006，10期：549～553.

［7］王相平，杜旭升，花偉，楊文韜.客運專線客運站通過能力影響因素及計算方法［J］.鐵道運營技術(shù)，2008，04期：1～3.