高速、城際鐵路車站分布及通過能力研究

方 華

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司線路運輸處,西安 710043)

在線路上開行不同種類的旅客列車，因速度不同，高速度等級列車需越行低速度等級列車，低速度等級列車需在車站待避。由于兩種旅客列車速度差較大，若站間距離過大，不僅影響線路的通過能力和調(diào)度指揮的靈活性，而且會降低低速旅客列車的旅行速度；反之，若站間距離過小，既浪費大量工程費用，又增加運營支出。為了不影響高速度等級旅客列車的旅速要求，需要研究確定低速度等級旅客列車與高速度等級列車共線運輸?shù)恼鹃g距離問題。重點研究350 km/h與250 km/h動車組共線運行和250 km/h動車組與160 km/h普速列車共線運行兩種運輸組織模式下站間距離的取值問題。

1 車站分布原則[1-3]

(1)最大限度滿足沿線各城市的旅客出行需求和促進沿線地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，在大量旅客集散的城市設置客運作業(yè)站。

(2)滿足高速鐵路運輸組織和通過能力的需要。

(3)便于高速鐵路與其他運輸方式的銜接，增強高速鐵路的競爭力。

(4)根據(jù)列車運行和調(diào)整需要，設置中速列車待避高速列車的越行站。

2 影響車站分布的因素[4-6]

2.1 天窗的設置方式及時間取值

以前的研究都是按4 h，后續(xù)研究擬采用6 h，在4：00～6：00安排部分跨線車通過。

2.2 列車追蹤間隔

列車追蹤間隔對車站分布影響較大，從目前運營的高速鐵路追蹤間隔分析，大多設計為3 min，實際采用5 min，受較大始發(fā)車站到發(fā)能力的影響，3 min較難實現(xiàn)，因此建議低速客車上高速鐵路按4～5 min組織行車，開行250 km/h和350 km/h動車組的高速鐵路按3、4、5 min組織行車。

2.3 車站分布和越行次數(shù)

通過理論分析，在列車追蹤間隔時分及“天窗”時間一定的條件下，車站分布和越行次數(shù)為影響扣除系數(shù)的兩個主要因素，從影響程度分析，越行次數(shù)影響程度遠大于站間距離，隨站間距離的增加，30～80 km站間距離低速列車扣除系數(shù)由7.4增加至8.2，變化不大。經(jīng)研究，500 km的運行區(qū)段，越行次數(shù)采用2次時，低速列車的扣除系數(shù)為11.8～12.4；越行3次和4次，低速列車的扣除系數(shù)減小為6.9～8.8。低速列車每增加1次越行，可提高通過能力10對/d左右。而越行次數(shù)又影響到低速列車的運輸質(zhì)量，若低速列車運行速度保持在100 km/h左右，增加車站個數(shù)，但越行次數(shù)不增加，低速列車不降速，可提高通過能力5～6對/d，若保持低速列車的運行速度不降低，500 km的運行區(qū)段低速列車越行次數(shù)一般不宜超過4次。

2.4 車站分布與通過能力的關系

大量的運行圖鋪畫研究分析表明：在原有車站分布基礎上加站后，在運行圖框架不變，保證運輸質(zhì)量，越行次數(shù)不變的基礎上，可為列車越行提供更多的選擇，增加運輸組織的靈活性，進一步優(yōu)化運行圖，并具有提高通過能力的可能性，但提高幅度有限；若提高運輸能力，需增加越行次數(shù)，降低運輸質(zhì)量；若增加車站，又不降低旅行速度的情況下，充分利用運行圖優(yōu)化而提高運輸能力，則列車需連發(fā)。因此，在保證低速列車運輸質(zhì)量，車站分布距離一定的情況下，增加車站，并不直接影響通過能力的大?。蝗舨豢紤]運輸質(zhì)量，則車站分布越密，線路通過能力越大。

3 合理站間距離確定

3.1 扣除系數(shù)法

3.1.1 滿足能力需求的合理站間距離

根據(jù)《高速鐵路設計規(guī)范》(TB10621—2014)計算通過能力[7]，并采用鋪畫列車運行圖與理論計算相結合的方式，計算高速列車間扣除系數(shù)。計算結果見表1。

表1 高速列車間扣除系數(shù)

高速列車如果停站率為20%，按規(guī)格化最有利的停站方式，停站時間1～5 min，列車平均扣除系數(shù)為1.34～1.60；如果停站率超過20%，或停站時間超過1～5 min，或打破了由遠至近依次停站的規(guī)律，都將增大列車扣除系數(shù)，一般可在1.4～1.6取值。

低速列車扣除系數(shù)取值：按均衡運輸考慮，兩列動車之間只有1列低速列車，在開行不同數(shù)量的低速列車15、20、25、30對/d情況下，站間距離30、40、50、60、70、80 km時，根據(jù)越行次數(shù)計算的低速列車扣除系數(shù)并參照隔站及站站越行條件下，其扣除系數(shù)見表2、表3。

表2 低速列車扣除系數(shù)建議采用標準

表3 低速列車不同越行條件下扣除系數(shù)取值

通過能力按公式(1)進行計算。

N混=N高+N低=N全-ε低N低+N低(1)

低速列車上高速鐵路動車組追蹤間隔時間分別按4、5 min，得出站間距離與通過能力的關系見表4。

由表4可見，站間距離在30～90 km，若運行20對/d普速列車，追蹤間隔4 min，通過能力為131～92對/d；追蹤間隔5 min，通過能力為110～77對/d。由于低速列車按均衡鋪畫，不考慮追蹤運行，因此，低速列車開行越多，線路通過能力越小。

3.1.2 坡度對站間距離的影響

在長大足坡地段，車站分布對通過能力會有較大影響。經(jīng)模擬計算，25‰的坡度地段運行50 km，采用CRH2動車組運行250 km/h速度的運行時分為21.0 min，采用低速列車運行160 km/h運行時分29.6 min，時間差值為8.6 min，按技術速度系數(shù)0.9分析，25‰的坡度地段運行50 km，CRH2的運行時分為13.3 min，低速列車運行時分20.8 min，時間差值為7.5 min，對低速列車25‰的足坡地段較50 km平坡地段能力扣除系數(shù)增加，3、4、5 min追蹤間隔，其扣除系數(shù)分別增加0.37、0.28、0.22。

表4 站間距與通過能力對照(250 km/h與160 km/h)

由表5可見，站間距離為50 km，足坡比平坡地段的通過能力減少3～8對/d，因此在長大足坡地段應適當減少車站分布距離，以提高線路通過能力。

表5 坡度對能力的影響分析

3.1.3 合理車站分布的建議

車站分布對自由坡度地段可參照表4分析，足坡地段在表4的基礎上適當縮短站間距離。并結合具體開行方案、列車運行區(qū)段等，通過運行圖鋪畫驗證。

根據(jù)表4、表5計算結果，按照隔站越行，當?shù)退倭熊嚍?5對/d時，動車組追蹤間隔時間為5 min，列車對數(shù)100對/d，站間距離不宜大于50 km；當?shù)退倭熊嚍?0對/d時，動車組追蹤間隔時間按4 min，列車對數(shù)100對/d，車站距離不宜超過60 km。

3.2 直接計算法[8]

3.2.1 計算條件

250 km/h高速鐵路，160 km/h普速列車上線，高速普速列車比例按8∶2，普速列車均衡運輸。350 km/h高速鐵路，350 km/h與250 km/h高低速動車共線運行，高低速動車比例按8∶2。采用區(qū)間距離在25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、80 km情況下，采用直接計算法計算通過能力。

我國國有企業(yè)的高管人員具有一個特點，那就是這些干部來源本身就不是一個市場化的過程，他們均是政府任命的，某種程度上說，他們具有“亦官亦商”的雙重身份。這樣的體制不僅不利于職業(yè)經(jīng)理人的合理配置，也容易使企業(yè)管理蒙上過重的政治色彩而失去應有的活力。

3.2.2 通過能力與車站分布

高低速比例按8∶2，追蹤間隔時間按4、5 min，并按隔站越行、隔兩站越行、隔一站或兩站越行的條件下，測算高速間的連發(fā)比例和高低速間及低高速間的非連發(fā)比例[9]，以確定一個周期中列車組合方案的平均間隔時間，平均分配至1 440 min內(nèi)，并乘以技術負荷系數(shù)，從而得到高低速列車的通過能力。

(1)設計標尺

每條鐵路的平縱斷面各有特色，其最大區(qū)間時分差各不相同[10]，參照寶蘭高鐵的平縱斷面進行理論分析，計算其通過能力。

參考寶蘭高鐵，自由坡度地段上下行按一致考慮，一面坡地段，下坡比上坡250 km/h與160 km/h、350 km/h與250 km/h區(qū)間運行時分差大，按照下坡方向運行時間差大控制，計算結果見表6。

(2)站間距離與通過能力

通過計算，隔兩站越行比隔站越行通過能力減少12%～20%。若采用一部分隔站越行，一部分隔2站越行，即按1站或2站越行1次，通過能力見表7～表10。

①250 km/h高鐵普速列車上線

表6 一面坡與自由坡不同速度時間差 min

表7 一面坡地段越行條件下站間距離與通過能力

表8 自由坡地段越行條件下站間距與通過能力

表9 一面坡地段1站或2站越行條件下站間距離與通過能力

表10 自由坡地段1站或2站越行條件下站間距離與通過能力

在隔1站或2站越行的情況下，車站距離明顯減少，若列車追蹤間隔采用5 min，列車對數(shù)在100對/d，站間距離不宜大于35 km；若列車追蹤間隔采用4 min，列車對數(shù)在100對/d，站間距離不宜大于50 km。

②250 km/h和350 km/h動車組共線運行高速鐵路

高速、普速列車比例按8∶2，追蹤間隔時間按4、5 min，并按隔站越行的條件下，測算高速間的連發(fā)比例和高低速間及低高速間的非連發(fā)比例，以確定一個周期中列車組合方案的平均間隔時間，平均分配至1 440 min內(nèi)，并乘以技術負荷系數(shù)，從而得到高低速列車的通過能力。

隔兩站越行比隔站越行通過能力減少5%～19%，通過對現(xiàn)行京滬運行圖分析[15]，高速動車組越行低速動車組，一般按隔1站或2、3站越行，本次按隔1站或2站越行，總結如下。

在隔1站或2站越行的情況下，列車追蹤間隔采用5 min，列車對數(shù)100對/d，車站距離不宜大于65 km；列車追蹤間隔采用4 min，列車對數(shù)在130～150對/d，車站距離宜在40～60 km；列車追蹤間隔采用3 min，列車對數(shù)在150～200對/d，車站距離宜在35～65 km。

4 車站間距合理分布建議

速度目標值為250 km/h的高速鐵路或城際鐵路，若160 km/h普速列車上線運行，通過能力水平在100～140對/d，其站間距離宜在30～50 km。

在350 km/h和250 km/h動車組共線運行模式下，通過能力水平在120～160對/d，其站間距離宜在30～50 km。

5 實例驗證

5.1 寶蘭高鐵

寶蘭高鐵正線運營長度400.9 km，共設各類車站7處(不含寶雞南)，最大站間距離79.410 km(通渭—定西南)，最小站間距離40.235 km(天水南—秦安)，平均站間距57.269 km。

追蹤間隔4 min，運行圖基本按照均勻鋪畫，指標見表11。

表11 現(xiàn)有車站分布近期運輸能力分析

通過理論計算，不加站方案，平均站間距離57.2 km，列車追蹤間隔4 min，可鋪畫100對/d客車；加3站方案，平均站間距離40.1 km，普速客車被越行2～3次，可鋪畫客車104對/d，若增加1次越行，可增加通過能力6對/d，但普速列車旅行速度從101 km/h降至87.5 km/h。

5.2 西成高鐵

西成高鐵原初步設計西安北至江油段運營長度504.8 km，設車站(所)共12處，平均站間距46.32 km，最大站間距94.617 km，最小站間距20.8 km。各方案運輸指標分析見表12。

表12 各方案運輸指標分析(I追=4 min)

通過理論計算，最大站間距離與相鄰區(qū)間的平均站間距離為74.3 km，當普速列車為22對/d時，理論計算的列車對數(shù)為82對/d，與鋪畫運行圖只相差4對/d，誤差在5%以內(nèi)，運行圖鋪畫結果基本與理論計算吻合。

5.3 結論驗證

通過對寶蘭高鐵、西成高鐵分別鋪畫大量運行圖，對上述數(shù)據(jù)進行驗證，結果與理論計算基本一致。高速、城際鐵路的站間距離與通過能力、運輸組織方式以及普速客車的運輸質(zhì)量都有密切相關，在一定的通過能力下，對于運輸質(zhì)量要求不同，站間距離有所差異。