高速列車與動(dòng)車組列車共線運(yùn)行影響分析研究

姚智祿

(呼和浩特鐵路局集寧機(jī)務(wù)段)

1 高速鐵路車站設(shè)置原則

在高速列車和動(dòng)車組列車共線運(yùn)行時(shí)，高速列車會(huì)對(duì)動(dòng)車組列車產(chǎn)生越行。因而為了保證高速鐵路的通行能力，協(xié)調(diào)高速列車和動(dòng)車組列車的開行，需要設(shè)置一些運(yùn)輸組織所需要的站點(diǎn)如待避站等，其設(shè)置需要考慮高速鐵路的調(diào)度指揮和運(yùn)輸調(diào)整。因此，在進(jìn)行車站設(shè)置時(shí)，不僅要考慮到客運(yùn)作業(yè)站的設(shè)置，還要考慮不進(jìn)行客運(yùn)作業(yè)的待避作業(yè)站的設(shè)置。

2 高速鐵路越行站間距影響分析

動(dòng)車組列車在高速鐵路上需要在沿途的車站進(jìn)行停站作業(yè)，則動(dòng)車組列車的旅行速度系數(shù)指標(biāo)就會(huì)受到影響;為保證動(dòng)車組列車的旅行速度系數(shù)，可將越行停站距離設(shè)置較大，此時(shí)會(huì)使得動(dòng)車組列車的扣除系數(shù)較大，降低了區(qū)間通過能力;因此，越行站間距離的確定需要同時(shí)考慮高速鐵路區(qū)段通過能力和動(dòng)車組列車的旅行速度系數(shù)。越行站站間距離合理取值的影響因素:高速列車越行動(dòng)車組列車的列數(shù)、不同等級(jí)列車混跑的運(yùn)行速度，以及不同等級(jí)列車在越行站的到通間隔時(shí)間的大小等都對(duì)越行站間距造成影響。

2.1 對(duì)區(qū)段通過能力的影響

高速鐵路不同速度等級(jí)列車混跑時(shí)需要合理設(shè)置待避越行站，它們的設(shè)置會(huì)對(duì)通過能力產(chǎn)生影響。當(dāng)動(dòng)車組列車在高速鐵路上運(yùn)行時(shí)，若沒有在車站停車完成客運(yùn)作業(yè)，也沒有待避站停車時(shí)，列車運(yùn)行圖1 所示。

圖1 高速列車和動(dòng)車組列車共線運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行圖

此時(shí)，動(dòng)車組列車的的運(yùn)行圖周期如下式所示

當(dāng)動(dòng)車組列車在車站進(jìn)行客運(yùn)作業(yè)并待避被越行，不同等級(jí)列車運(yùn)行圖結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 動(dòng)車組列車待避被越行時(shí)的運(yùn)行圖

此時(shí)，動(dòng)車組列車的的運(yùn)行圖周期表示如下:

可以看出，隨著動(dòng)車組列車停站次數(shù)增加，動(dòng)車組列車的運(yùn)行圖周期也不斷增加，其中從不停站到增加1 次停站，得到增加n 次停站所帶來的旅行時(shí)間增加值為

區(qū)段內(nèi)通過能力損失值為

在上式中，除n 的取值以外，其他的值都是固定值。因此，在每次停站時(shí)間相同的情況下，損失值與停站次數(shù)成正比，即停站次數(shù)越多，通行能力損失越高。

2.2 對(duì)區(qū)段內(nèi)動(dòng)車組列車扣除系數(shù)均衡性的影響

與既有線一樣，高速鐵路在高速列車和動(dòng)車組列車共線運(yùn)行的運(yùn)輸組織模式下時(shí)高速鐵路每區(qū)段內(nèi)的通過能力受到其限制區(qū)間的影響。一般地，區(qū)間運(yùn)行時(shí)分最大的區(qū)間就是限制區(qū)間，因此，為了減小這種影響，高速鐵路越行站間距的設(shè)置應(yīng)該講究均衡:對(duì)動(dòng)車組列車而言，各越行站的扣除系數(shù)取值均衡，對(duì)應(yīng)越行站間距取值比較均衡。

一般地，高速列車和動(dòng)車組列車共線運(yùn)行，動(dòng)車組列車都可能有機(jī)會(huì)被越行，論文此處是在保證了動(dòng)車組列車的旅行速度系數(shù)的基礎(chǔ)上，假定動(dòng)車組列車在其余的區(qū)段內(nèi)都不被越行(以保證其旅行速度系數(shù)大于0.78)，因此出現(xiàn)了動(dòng)車組列車非越行情況下的扣除系數(shù)。如圖3 所示，在任意區(qū)段內(nèi)，動(dòng)車組列車滿足越行停站的要求，因此存在越行停站時(shí)的扣除系數(shù)和非越行停站時(shí)的扣除系數(shù)。

圖3 越行站間距圖

2.3 車站發(fā)車間隔對(duì)越行站間距的影響

高速列車對(duì)動(dòng)車組列車進(jìn)行越行時(shí)，規(guī)定動(dòng)車組列車在每個(gè)車站都進(jìn)行停車被越行稱為一站式越行，同理，若越行段為兩個(gè)自然站間距，則稱為兩站式越行，以此類推。此處計(jì)算的是越行站間距的平均值。

如圖4 所示，為了確定越行站A－B 之間的距離，t到通表示在越行站B 高速列車停站與動(dòng)車組列車通過的間隔時(shí)間，為了實(shí)現(xiàn)車站作業(yè)時(shí)間的合理利用，t到通應(yīng)該不小于高速列車追蹤間隔時(shí)間I，但是應(yīng)該小于高速列車追蹤間隔I高跟動(dòng)車組列車追蹤間隔I動(dòng)之和，令I(lǐng)高=I動(dòng)=I，這個(gè)時(shí)間范圍的約束是以下計(jì)算分析過程的原則和基礎(chǔ)。在區(qū)段A－B，表示在站A 相臨出發(fā)的高速列車和動(dòng)車組列車(動(dòng)車組列車在前，高速列車在后)的發(fā)車間隔時(shí)間，通過對(duì)高速列車運(yùn)行圖上列車間隔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(以京滬高鐵的運(yùn)行圖為例)得到一般地，得

3 高速鐵路設(shè)備的影響

3.1 列控系統(tǒng)的影響

目前采用的CTCS 列控系統(tǒng)，主要包含了CTCS－ 0、CTCS－1、CTCS－2、CTCS－3、和CTCS－4。在不同鐵路線路，以及不同速度列車上配備的列控系統(tǒng)不同，而列車與線路列控系統(tǒng)間的相互匹配是保證列車安全運(yùn)行的前提。在高速列車和動(dòng)車組列車共線運(yùn)行的條件下，為了保證列控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換的可行性，對(duì)應(yīng)的列車速度值也就存在一定的要求和匹配關(guān)系。因此在高速鐵路上，開行不同速度列車的最低速度匹配為:200/160 km/h 、250/160 km/h、300/200 km/h及以上，或者350/200 km 及以上等。

3.2 曲線半徑的影響

目前我國(guó)高速鐵路運(yùn)輸組織模式為高速列車和動(dòng)車組列車共線運(yùn)行，高速列車設(shè)計(jì)速度為350、300 km/h。此時(shí)，做為高速鐵路設(shè)計(jì)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最小曲線半徑取值包括實(shí)設(shè)最大超高、欠超高、過超高、列車速度等基本參數(shù)。高速鐵路上實(shí)設(shè)超高［h］的取值主要由旅客乘坐舒適度、列車在曲線上停車時(shí)的穩(wěn)定性、安全性決定的。

高速列車和動(dòng)車組列車共線運(yùn)行在某一特定半徑取值的曲線上時(shí)，按高速列車和動(dòng)車組列車均衡速度計(jì)算的超高值與按均方根速度確定的實(shí)設(shè)超高值，這樣就存在速差，由此造成列車實(shí)際運(yùn)行中高速列車產(chǎn)生的欠超高h(yuǎn)q和動(dòng)車組列車產(chǎn)生的過超高h(yuǎn)g往往超出限值，因此在確定設(shè)計(jì)超高的時(shí)候，要為現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)運(yùn)輸條件變化而預(yù)留調(diào)整實(shí)設(shè)超高的幅度Δh，［hq+hg］=［hq］+［hg］－Δh，而無(wú)砟軌道的曲線超高是設(shè)置在道床混凝土支承層或混凝土底座上，一次施工完成，難于根據(jù)列車運(yùn)行速度的變化進(jìn)行調(diào)整，因此，無(wú)需留有超高調(diào)整裕量Δh，即取［hq+hg］=［hq］+［hg］。

根據(jù)我國(guó)之前多次關(guān)于曲線上旅客舒適度試驗(yàn)研究結(jié)果，并參考國(guó)外有關(guān)資料，考慮有碴軌道、無(wú)碴軌道的不同特點(diǎn)，高速列車和動(dòng)車組列車共線(或客貨共線)運(yùn)行的鐵路采用的欠、過超高之和允許值如下表1 所示。

表1 欠過超高之和值取值級(jí)別

高速列車和動(dòng)車組列車共線運(yùn)行在半徑為R 的圓曲線上，它的實(shí)設(shè)超高h(yuǎn) 與相應(yīng)的欠、過超高h(yuǎn)q、hg，及其允許值［hq］，［hg］之間滿足下面關(guān)系

只運(yùn)行高速列車條件下最小曲線半徑按下式計(jì)算確定

高速列車和動(dòng)車組列車共線運(yùn)行條件下最小曲線半徑按下式計(jì)算確定

由R1=R2得出

因此:

若v高=350 km/h，計(jì)算得v動(dòng)=252 km/h，v動(dòng)取值為250 km/h 及以上。

若v高=300 km/h，計(jì)算得v動(dòng)=207 km/h，v動(dòng)取值為200 km/h 及以上。

若v高=250 km/h，計(jì)算得v動(dòng)=175 km/h，v動(dòng)取值為170 km/h 及以上。

4 結(jié) 論

高速列車和動(dòng)車組列車共線運(yùn)行時(shí)越行站間距的取值對(duì)高速鐵路區(qū)段通過能力具有一定的影響，本文簡(jiǎn)述了高速鐵路設(shè)站原則，從不同速度匹配時(shí)動(dòng)車組列車的旅行速度系數(shù)、區(qū)段內(nèi)動(dòng)車組列車越行段之間、以及越行段與與非越行站之間扣除系數(shù)的均衡性，車站發(fā)車間隔取值的角度對(duì)高速列車和動(dòng)車組列車越行站間距的取值、區(qū)段通過能力等進(jìn)行了分析，得出了相應(yīng)的取值范圍，同時(shí)本文對(duì)列控系統(tǒng)及高速鐵路最小曲線半徑對(duì)高速列車和動(dòng)車組列車速度匹配進(jìn)行分析，為分析高速鐵路上不同等級(jí)列車速度匹配和數(shù)量匹配提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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