客運(yùn)專線開(kāi)行普速列車對(duì)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度的影響研究

張金閣

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 交通規(guī)劃研究院，四川 成都 610031）

我國(guó)地域廣大，各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，客運(yùn)專線經(jīng)過(guò)的部分地區(qū)人民收入較低，難以負(fù)擔(dān)客運(yùn)專線高昂的票價(jià)。為滿足不同層次的出行需求，鐵道部技術(shù)委員會(huì)2012年第三次會(huì)議認(rèn)為蘭新(蘭州—烏魯木齊)、大西(大同—西安)、石濟(jì)(石家莊—濟(jì)南)、青榮(青島—榮城)等客運(yùn)專線(速度目標(biāo)值250km/h)實(shí)行普速旅客列車上線運(yùn)行基本可行，并要求進(jìn)一步研究相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。由于客運(yùn)專線動(dòng)車組運(yùn)行速度較高，而普速列車運(yùn)行速度較低(客運(yùn)專線的線路最大坡度在20‰～30‰ 之間)，與動(dòng)車組運(yùn)行速度匹配較差，帶來(lái)較多的工程問(wèn)題及運(yùn)輸安全問(wèn)題。例如，較大的坡度代數(shù)差對(duì)普速列車車鉤的影響，普速列車對(duì)區(qū)間通過(guò)能力和車站分布的影響，普速列車與動(dòng)車組在隧道內(nèi)會(huì)車的運(yùn)輸安全問(wèn)題，等等。因此，目前在缺少相關(guān)規(guī)范的情況下，探討直接影響運(yùn)輸安全與效率的區(qū)間閉塞分區(qū)長(zhǎng)度，為運(yùn)行普速列車的客運(yùn)專線閉塞分區(qū)的設(shè)計(jì)提供參考。

1 僅開(kāi)行動(dòng)車組列車情況下客運(yùn)專線閉塞分區(qū)設(shè)計(jì)原則

確定客運(yùn)專線區(qū)間閉塞分區(qū)長(zhǎng)度的根本原則是同時(shí)滿足運(yùn)輸安全和運(yùn)輸效率2個(gè)目標(biāo)，運(yùn)輸安全要求閉塞分區(qū)長(zhǎng)度盡量大，滿足列車制動(dòng)距離的同時(shí)提供較多的安全冗余；運(yùn)輸效率要求閉塞分區(qū)長(zhǎng)度盡量小，前后列車追蹤間隔時(shí)間充分滿足運(yùn)輸效率的要求，一般要求列車追蹤間隔時(shí)間滿足3min。因此，根據(jù)計(jì)算，對(duì)于最高速度250km/h且僅開(kāi)行動(dòng)車組列車的客運(yùn)專線，區(qū)間閉塞分區(qū)設(shè)計(jì)原則如下。

（1）線路最大坡度：一般不超過(guò)30‰。

（2）動(dòng)車組類型：和諧系列動(dòng)車組。

（3）編組：短編組8輛，長(zhǎng)編組16輛。

（4）動(dòng)車組裝設(shè) ATP 控車設(shè)備，采用一次曲線制動(dòng)模式。

（5）檢算信號(hào)機(jī)布點(diǎn)采用的換算制動(dòng)率。中等常用制動(dòng)由于《 牽引計(jì)算規(guī)程 》缺少動(dòng)車組相關(guān)規(guī)定，在充分考慮動(dòng)車組制動(dòng)距離和旅客舒適度的前提下，參照《 牽引計(jì)算規(guī)程 》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

（6）采用 CTCS-2信號(hào)系統(tǒng)。結(jié)合我國(guó)運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，從更貼近運(yùn)營(yíng)實(shí)踐、更有利于司機(jī)駕駛的角度考慮，按前后動(dòng)車組間隔8個(gè)閉塞分區(qū)計(jì)算間隔時(shí)間。正常情況下，計(jì)算前后列車追蹤間隔時(shí)，若按最有利情況計(jì)算，前后列車間隔距離約為1個(gè)制動(dòng)距離加1個(gè)防護(hù)分區(qū)；若按最不利計(jì)算，根據(jù)信號(hào)設(shè)備最大發(fā)碼量，一般前后列車追蹤間隔距離按不超過(guò)8個(gè)閉塞分區(qū)處理。因此，若按最有利情況計(jì)算，司機(jī)駕駛安全余量小，隨時(shí)處于準(zhǔn)備制動(dòng)狀態(tài)，明顯不符合運(yùn)營(yíng)實(shí)際；在此按保守情況計(jì)算，暫取8個(gè)閉塞分區(qū)計(jì)算。

（7）軌道電路傳輸距離隨路基、隧道、橋梁各有不同，應(yīng)充分考慮軌道電路的經(jīng)濟(jì)性[1]。

經(jīng)驗(yàn)算，一般情況下，相鄰2個(gè)區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)間隔在1200～1400m 間可同時(shí)滿足運(yùn)輸安全和運(yùn)輸效率2個(gè)目標(biāo)。

2 普速列車上線對(duì)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度的影響

2.1 普速列車信號(hào)制式

普速列車信號(hào)制式有以下2個(gè)方案。

方案Ⅰ：普速列車采用 CTCS-0級(jí)控車模式，以地面信號(hào)機(jī)顯示為行車憑證，按四顯示自動(dòng)閉塞間隔2個(gè)閉塞分區(qū)完成列車速度由最高速度降至0的制動(dòng)。

方案Ⅱ：地面不設(shè)通過(guò)信號(hào)機(jī)，動(dòng)車組和普速列車均采用 ATP 控車設(shè)備，以 ATP 控車設(shè)備為主，機(jī)車信號(hào)加 LKJ 列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置作為后備控車模式，以車載信號(hào)為行車憑證運(yùn)行，即普速列車也采用一次制動(dòng)模式。

從運(yùn)輸安全和運(yùn)輸效率的角度考慮，方案Ⅱ較優(yōu)。因?yàn)樵诓捎靡淮沃苿?dòng)模式下，區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)間距離對(duì)運(yùn)輸安全和運(yùn)輸效率的影響大大減小，基本可以維持1200～1400m 的布點(diǎn)間距。但方案Ⅱ存在以下2個(gè)問(wèn)題：①普速列車機(jī)車的制動(dòng)性能等參數(shù)與動(dòng)車組不同，需要研發(fā)適用于普速列車機(jī)車的控車設(shè)備，存在較大的不確定性；②所有在該線路上固定運(yùn)行的普速列車，以及在機(jī)車交路中由其他線路開(kāi)往本線的普速列車機(jī)車均需裝設(shè)控車設(shè)備。對(duì)于沒(méi)有裝設(shè)控車設(shè)備的機(jī)車，無(wú)法在該線路上運(yùn)行。在目前的運(yùn)營(yíng)體制下，由于機(jī)車是可調(diào)撥和調(diào)配的，可能會(huì)增加大量的車載設(shè)備購(gòu)置費(fèi)，造成既有車載設(shè)備的廢棄、閑置，以及維修費(fèi)用的增加等。

因此，安全、成熟、可靠、兼容性強(qiáng)的方案Ⅰ，即增設(shè)地面信號(hào)機(jī)、普速列車采用四顯示自動(dòng)閉塞成為目前較為可行方案。

2.2 普速列車采用四顯示自動(dòng)閉塞帶來(lái)的影響

在四顯示自動(dòng)閉塞條件下，由于普速列車需要在2個(gè)閉塞分區(qū)的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)從最高速度降至0的制動(dòng)。因此，滿足列車制動(dòng)安全的閉塞分區(qū)長(zhǎng)度主要取決于普速列車的制動(dòng)距離。

普速列車自動(dòng)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度 L閉由制動(dòng)距離 L制和附加距離 L附組成，即

式中：L信變?yōu)闄C(jī)車信號(hào)從地面接收信息到能有穩(wěn)定顯示所需反應(yīng)時(shí)間的走行距離，m，該反應(yīng)時(shí)間與采用的軌道電路制式有關(guān)，在此采用 ZPW2000軌道電路，取值2s；L確認(rèn)為司機(jī)確認(rèn)信號(hào)并開(kāi)始操作制動(dòng)系統(tǒng)所需時(shí)間的走行距離，m，該時(shí)間一般情況下取3s；L防護(hù)為列車減速或停車時(shí)需要增加的安全防護(hù)距離，取50～100m。

顯然，在相同時(shí)間內(nèi)，L信變與 L確認(rèn)2種走行距離的長(zhǎng)短與列車最高運(yùn)行速度有關(guān)。以120km/h 為分界，分別計(jì)算普速列車速度為160～120km/h 和120～0km/h 的制動(dòng)距離。四顯示自動(dòng)閉塞的最小閉塞分區(qū)長(zhǎng)度表如表1所示。

從表1可以看出，由于客運(yùn)專線普遍采用了較大的線路縱坡，以30‰ 的坡度為例，在大坡度條件下，為了滿足普速列車在四顯示自動(dòng)閉塞條件下的行車安全，閉塞分區(qū)長(zhǎng)度至少應(yīng)為2205m。對(duì)比僅開(kāi)行動(dòng)車組列車時(shí)的1200～1400m，閉塞分區(qū)長(zhǎng)度大幅增加。

3 較長(zhǎng)的閉塞分區(qū)長(zhǎng)度對(duì)運(yùn)輸效率的影響

在普速列車上客運(yùn)專線運(yùn)行的情況下，動(dòng)車組前后列車間隔按8個(gè)閉塞分區(qū)、普速列車前后列車間隔按4個(gè)閉塞分區(qū)設(shè)計(jì)，計(jì)算列車追蹤間隔時(shí)間如表2所示。

從表2可以看出，由于普速列車前后列車間隔4個(gè)閉塞分區(qū)，因此閉塞分區(qū)長(zhǎng)度增加帶來(lái)的影響相對(duì)較小，即使在30‰ 下坡區(qū)段，可以滿足普速列車追蹤間隔時(shí)間5min 的要求；動(dòng)車組前后列車間隔8個(gè)閉塞分區(qū)，因而在長(zhǎng)大下坡區(qū)段閉塞分區(qū)長(zhǎng)度增加帶來(lái)的影響較為明顯，在30‰ 的長(zhǎng)大下坡區(qū)段，僅能實(shí)現(xiàn)5min 追蹤，無(wú)法滿足動(dòng)車組追蹤間隔時(shí)間3min 要求。由此可見(jiàn)，有必要采取措施在滿足運(yùn)營(yíng)安全的前提下提高運(yùn)輸效率，即縮短前后動(dòng)車組列車的追蹤間隔時(shí)間。

一般來(lái)說(shuō)，提高列車運(yùn)行速度或減小前后列車間追蹤距離都可以縮短追蹤間隔時(shí)間，但提高列車運(yùn)行速度顯然是不合理的，只能考慮減小追蹤距離，也就是減小閉塞分區(qū)長(zhǎng)度。

表1 四顯示自動(dòng)閉塞的最小閉塞分區(qū)長(zhǎng)度表

表2 閉塞分區(qū)加長(zhǎng)情況下追蹤間隔時(shí)間計(jì)算表

4 縮短閉塞分區(qū)長(zhǎng)度的措施

普速列車上客運(yùn)專線運(yùn)行的情況下，根據(jù)上述按照四顯示自動(dòng)閉塞行車，列車需要在2個(gè)閉塞分區(qū)的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)從最高速度(160km/h)降至0的制動(dòng)；滿足列車制動(dòng)安全的閉塞分區(qū)長(zhǎng)度主要取決于普速列車的制動(dòng)距離。根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》，為了滿足運(yùn)營(yíng)安全，列車需在長(zhǎng)大下坡區(qū)段進(jìn)行制動(dòng)限速，有利于縮小列車制動(dòng)距離，減少閉塞分區(qū)長(zhǎng)度。在坡度低于20‰ 的下坡區(qū)段普速列車限速如表3所示。

表3 坡度低于20‰的下坡道160km/h 普速列車限速表

根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》，對(duì)于超過(guò)20‰ 的下坡區(qū)段，列車制動(dòng)限速由鐵路局根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)以調(diào)度命令下達(dá)。同時(shí)也規(guī)定“列車下坡道制動(dòng)限速隨下坡道千分?jǐn)?shù)的增加而遞減，坡道每增加1‰，限速減少1km/h”，因此對(duì)于坡度超過(guò)20‰ 的下坡道，普速列車按表4限速運(yùn)行。

以坡度為30‰ 的下坡道為例，制動(dòng)限速為133km/h，由于制動(dòng)速度劃分通常以120km/h(黃燈通常情況下的限速值)為分界，因此只縮小了160～120km/h(從黃綠燈開(kāi)始制動(dòng)，至黃燈速度不大于120km/h)的制動(dòng)距離，對(duì)120～0km/h(從黃燈開(kāi)始制動(dòng)，至紅燈前停車)的制動(dòng)距離沒(méi)有影響。此時(shí)，閉塞分區(qū)長(zhǎng)度取決于普速列車120～0km/h的制動(dòng)距離，研究結(jié)論仍然約為2205m，與上述結(jié)論一致?？紤]在長(zhǎng)大下坡區(qū)段改變黃燈顯示限速值可定義為100km/h，則坡度為30‰下坡道區(qū)段其閉塞分區(qū)長(zhǎng)度如表5所示。

因此，考慮普速列車按《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》進(jìn)行制動(dòng)限速，黃燈限速值在不同坡度區(qū)段可變，以坡度為30‰ 下坡道區(qū)段為例，最小閉塞分區(qū)長(zhǎng)度可取1696m?？梢钥闯?，改變黃燈限速值，對(duì)縮小最小閉塞分區(qū)長(zhǎng)度是有利的。

表4 坡度超過(guò)20‰ 的下坡道160km/h 普速列車限速表

為簡(jiǎn)化司機(jī)操作，黃燈限速意義不能過(guò)多，對(duì)黃燈限速意義暫做如下規(guī)定：坡度為1‰～10‰ 下坡黃燈限速值為120km/h，坡度為11‰～20‰ 下坡黃燈限速值為110km/h，坡度為21‰～30‰ 下坡黃燈限速值為100km/h。在此條件下，再次對(duì)列車追蹤間隔時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果如表6所示。

對(duì)于不同長(zhǎng)大下坡區(qū)段采用不同的黃燈限速值以后，由表6可以看出，動(dòng)車組列車在坡度不大于30‰ 的長(zhǎng)大下坡區(qū)段，可以達(dá)到4min 追蹤間隔時(shí)間，雖然不能滿足客運(yùn)專線追蹤間隔時(shí)間3min[3]要求，但從目前運(yùn)營(yíng)實(shí)踐來(lái)看，在速度目標(biāo)值250km/h 的客運(yùn)專線，動(dòng)車組實(shí)現(xiàn)4min 追蹤已可以滿足運(yùn)營(yíng)要求。

5 有普速列車情況下客運(yùn)專線閉塞分區(qū)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)前述計(jì)算，對(duì)于最高速度為250km/h 且有普速列車(160km/h)開(kāi)行的客運(yùn)專線，區(qū)間閉塞分區(qū)設(shè)計(jì)原則如下。

（1）線路最大坡度：一般不超過(guò)30‰。

（2）客車類型：和諧系列動(dòng)車組；160km/h客車(采用盤形制動(dòng))。

（3）列車編組：動(dòng)車短編組8輛/列，長(zhǎng)編組16輛/列；160km/h 列車編組15輛/列。

（4）動(dòng)車組裝設(shè) ATP 控車設(shè)備，采用一次曲線制動(dòng)模式；160km/h 列車采用四顯示信號(hào)制式。

（5）檢算信號(hào)機(jī)布點(diǎn)采用的換算制動(dòng)率：動(dòng)車組采用中等常用制動(dòng)(由于《牽引計(jì)算規(guī)程 》沒(méi)有更新，缺少動(dòng)車組相關(guān)規(guī)定，在充分考慮動(dòng)車組制動(dòng)距離和旅客舒適度的前提下，參照《牽引計(jì)算規(guī)程 》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行)；160km/h 列車換算制動(dòng)率取全值的80%。

（6）動(dòng)車組采用 CTCS-2信號(hào)系統(tǒng)。根據(jù)信號(hào)設(shè)備最大發(fā)碼量，結(jié)合我國(guó)運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，正常情況下，前后列車間至少間隔8個(gè)閉塞分區(qū)；160km/h列車采用四顯示信號(hào)系統(tǒng)，根據(jù)信號(hào)設(shè)備特點(diǎn)，正常情況下，前后列車間至少間隔4個(gè)閉塞分區(qū)。

（7）黃燈限速意義暫做如下規(guī)定：坡度為1‰～10‰ 下坡黃燈限速值為120km/h，坡度為11‰～20‰ 下坡黃燈限速值為110km/h，坡度為21‰～30‰ 下坡黃燈限速值為100km/h。

表5 四顯示自動(dòng)閉塞條件下坡度為30‰ 的下坡道區(qū)段最小閉塞分區(qū)長(zhǎng)度表

表6 四顯示自動(dòng)閉塞對(duì)應(yīng)的閉塞分區(qū)長(zhǎng)度對(duì)列車追蹤間隔時(shí)間的影響

（8）軌道電路傳輸距離隨路基、隧道、橋梁各有不同，應(yīng)充分考慮軌道電路的經(jīng)濟(jì)性。

（9）經(jīng)檢算，一般情況下，上坡地段，根據(jù)牽引計(jì)算適當(dāng)縮短閉塞分區(qū)長(zhǎng)度；下坡地段，平均坡度在1‰～10‰時(shí)最小閉塞分區(qū)長(zhǎng)度約為1580m，平均坡度在11‰～20‰ 時(shí)最小閉塞分區(qū)長(zhǎng)度約為1625m，平均坡度在21‰～30‰ 時(shí)最小閉塞分區(qū)長(zhǎng)度約為1700m。

6 結(jié)論

綜上所述，對(duì)于部分有普速列車運(yùn)行的客運(yùn)專線，普速列車采用四顯示信號(hào)制式行車。由于客運(yùn)專線普遍采用較大坡度，在長(zhǎng)大下坡地段，由于普速列車制動(dòng)距離長(zhǎng)，引起閉塞分區(qū)長(zhǎng)度增加，影響了動(dòng)車組列車追蹤間隔，若采用160～120km/h、120~0km/h 兩級(jí)制動(dòng)，則動(dòng)車組列車只能達(dá)到5min 追蹤間隔時(shí)間。

為了降低普速列車對(duì)動(dòng)車組列車追蹤間隔的影響，可根據(jù)坡度情況，按照《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定的制動(dòng)限速，對(duì)四顯示情況下黃燈限速值進(jìn)行調(diào)整。這里對(duì)黃燈限速暫做如下規(guī)定：坡度為1‰～10‰ 下坡黃燈限速值為100km/h，坡度為11‰～20‰ 下坡黃燈限速值為110km/h，坡度為21‰～30‰ 下坡黃燈限速值為100km/h。據(jù)此計(jì)算閉塞分區(qū)長(zhǎng)度，則在坡度不大于30‰ 區(qū)段，動(dòng)車組列車追蹤間隔時(shí)間可提高到4min 以內(nèi)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于黃燈限速需根據(jù)線路縱斷面情況靈活處理，同一個(gè)限速值區(qū)段長(zhǎng)度不宜太短，以便為將來(lái)運(yùn)營(yíng)司機(jī)駕駛提供較為寬松的條件。

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