蘭州西動車運(yùn)用所配套列車運(yùn)行模式改造關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

王 杰

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

1 研究背景

蘭州鐵路樞紐改造工程于2014年底開通運(yùn)行，蘭州西動車運(yùn)用所與蘭州西高速場、普速場銜接，列車運(yùn)行均按CTCS-2級列控系統(tǒng)[1]設(shè)計(jì)，車站布置示意見圖1。因蘭州西動車所至高速場、普速場的坡度均為大于25‰坡道，根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程(高速鐵路部分)》[2]第279條“進(jìn)站信號機(jī)外制動距離內(nèi)，進(jìn)站方向?yàn)槌^6‰的下坡道，而接車線末端無隔開設(shè)備時(shí)，禁止辦理相對方向同時(shí)接車和同方向同時(shí)發(fā)接列車”的規(guī)定，若按列車方式行車，高速場及普速場均需設(shè)置延續(xù)進(jìn)路，從而會影響隴海線及蘭新鐵路第二雙線的列車運(yùn)行效率。故權(quán)衡利弊、綜合考慮后原方案按調(diào)車方式設(shè)計(jì)。

隨著全國高速鐵路的快速發(fā)展，蘭州作為西北地區(qū)高速鐵路發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn)，在中蘭高鐵、銀西高鐵、天水至蘭州城際等相繼引入蘭州樞紐后，會引起原有動車運(yùn)用所的動車組存放及早晚高峰“集發(fā)、集進(jìn)”、檢修等能力不足。另外根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程(高速鐵路部分)》[2](鐵總科技[2014])172號)第286條“進(jìn)站信號機(jī)外制動距離內(nèi)，進(jìn)站方向?yàn)槌^6‰的下坡道，而接車線末端無隔開設(shè)備時(shí)，禁止辦理相對方向同時(shí)接車和同方向同時(shí)發(fā)接列車(僅運(yùn)行動車組列車的區(qū)段除外)”的規(guī)定，由于設(shè)計(jì)中動車走行線僅運(yùn)行動車組列車，故走行線末端可不設(shè)隔開設(shè)備。鑒于此，為提高動車走行線的運(yùn)輸效率，提高列車在早晚高峰的追蹤，可將蘭州西高速場、普速場與動車運(yùn)用所的走行方式改為列車方式。

圖1 蘭州西樞紐部分車站布置示意

2 調(diào)、列方式優(yōu)缺點(diǎn)比較

(1)蘭州西動車運(yùn)用所走行線及動車所在調(diào)車運(yùn)行模式下，根據(jù)鐵路總公司《關(guān)于印發(fā)<分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)技術(shù)條件(暫行修訂稿>通知》[3](科技運(yùn)[2004]15號)文件規(guī)定，在非常站控模式下，車站脫離CTC系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)為車站傳統(tǒng)人工控制模式，辦理調(diào)車進(jìn)路要由車站值班員人工操作始終端按鈕辦理，增加了作業(yè)環(huán)節(jié)；并且使得CTC在分路不良、停電等情況下設(shè)備保安全的功能無法實(shí)現(xiàn)。

調(diào)車運(yùn)行模式的優(yōu)點(diǎn)是占用動車走行線時(shí)調(diào)車信號仍然可以開放，可以向占用線路放行動車組列車，缺點(diǎn)是調(diào)車運(yùn)行模式無法發(fā)揮動車組ATP的控車功能[4-5]。

(2)蘭州西站動車運(yùn)用所動車走行線由調(diào)車改為列車模式后，可以發(fā)揮CTC設(shè)備進(jìn)路自動觸發(fā)、ATP自動控車等功能優(yōu)勢，提高動車組行車速度和行車的效率，減少作業(yè)過程和環(huán)節(jié)中的人為風(fēng)險(xiǎn)因素[6-7]。

3 運(yùn)輸能力適應(yīng)性分析

蘭州西站近期始發(fā)終到動車組為85對/d(其中短途40對/d)，通過為25對/d，合計(jì)110對/d。

3.1 調(diào)車方式動車組運(yùn)輸能力分析

3.1.1 動車組出段

動車組集中出段時(shí)間為早上5：30～7：50，動車運(yùn)用所至高速場場間線路設(shè)有調(diào)車信號機(jī)，距高速場進(jìn)站信號D202、D204最近的調(diào)車信號距離為1 900 m。已知動車組最高運(yùn)行速度為40 km/h，運(yùn)行時(shí)間為3 min，起車時(shí)間為1 min，連發(fā)間隔為4 min，即動車運(yùn)用所至高速場出段的發(fā)車間隔為8 min，可計(jì)算出每小時(shí)1條動車走行線可運(yùn)行7.5列，兩條線共運(yùn)行15列動車組。

3.1.2 動車組入段

動車組集中入段時(shí)間為晚上21：30～1：00，高速場出站信號機(jī)至動車運(yùn)用所場間線路最近的調(diào)車信號為D3001、D3003，最長距離為2836 m。已知動車組最高運(yùn)行速度為40 km/h，運(yùn)行時(shí)間為4.5 min，起車時(shí)間為1 min，連發(fā)間隔為4 min，即高速場至動車運(yùn)用所入段的追蹤間隔為9.5 min，可計(jì)算出每小時(shí)1條動車走行線可運(yùn)行6列，兩條線共運(yùn)行12列動車組。

3.1.3 動車組圖定運(yùn)行能力分析

蘭州西近期始發(fā)終到85對/d，高峰小時(shí)按15%計(jì)算，高峰時(shí)段列車數(shù)為13列，兩條動車走行線每小時(shí)出段為15列，可滿足能力要求。

蘭州西動車運(yùn)用所設(shè)檢查庫線6條(其中2線兼融冰除雪功能)、存車線25條(另預(yù)留12條)，檢查庫線及存車線有效長均按停放1列16節(jié)編組動車組設(shè)置?？纱鎰榆囓嚨缀嫌?jì)31列。動車組入段高峰時(shí)間為21：30～1：00，為3.5h，兩條線每小時(shí)入段12列，3.5h可入段42列。因此近期從蘭州西動車運(yùn)用所存車能力方面分析，晚上入段列車不超過31列，高峰時(shí)間入段能力為42列，大于動車運(yùn)用所存車數(shù)31列，入段能力可滿足要求。

3.2 列車方式動車組運(yùn)輸能力分析

3.2.1 動車組出段

動車組集中出段時(shí)間為早上5：30～7：50，動車走行線按列車方式辦理，可在動車走行線上設(shè)置區(qū)間通過信號機(jī)，滿足追蹤間隔5 min的要求，高峰小時(shí)每條動車走行線可運(yùn)行12列，兩條線共運(yùn)行36列動車組。

3.2.2 動車組入段

動車組集中入段時(shí)間為晚上21：30～1：00，動車走行線按列車方式辦理，可在動車走行線上設(shè)置區(qū)間通過信號機(jī)，滿足追蹤間隔6 min的要求，高峰小時(shí)每條動車走行線可入段10列，兩條線共運(yùn)行20列動車組。

因此，蘭州西動車應(yīng)用所改造為列車運(yùn)行模式后，其動車組出、入段能力較調(diào)車模式提高較大，再結(jié)合增加動車組集中管控系統(tǒng)提高運(yùn)行效率，可滿足遠(yuǎn)期寶蘭、銀蘭等高鐵開通后的列車對數(shù)增加，滿足蘭州西動車應(yīng)用所動車組出入庫的實(shí)際運(yùn)行能力。

4 影響列車模式改造的信號系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)方案

4.1 延續(xù)進(jìn)路設(shè)置分析

蘭州西動車走行線面向高、普場均為30‰的下坡，運(yùn)行模式由調(diào)車變更為列車后，按照《鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范》及《鐵路技術(shù)管理規(guī)程(普速鐵路部分)》[8]相關(guān)條文規(guī)定，“在進(jìn)站信號機(jī)外制動距離內(nèi)進(jìn)站方向?yàn)槌^6‰下坡道的車站，應(yīng)在正線或到發(fā)線的接車方向末端設(shè)置安全線”，因此按照規(guī)范要求普速場到發(fā)線在接車線末端應(yīng)設(shè)置安全線作為隔開進(jìn)路。

但參照《鐵路技術(shù)管理規(guī)程(高速鐵路部分)》(以下簡稱“技規(guī)”)第286條規(guī)定：“進(jìn)站信號機(jī)外制動距離內(nèi)，進(jìn)站方向?yàn)槌^6‰的下坡道，而接車線末端無隔開設(shè)備時(shí)，禁止辦理相對方向同時(shí)接車和同方向同時(shí)發(fā)接列車(僅運(yùn)行動車組列車的區(qū)段除外)”，以及該技規(guī)的適用范圍：“適用于200 km/h及以上的鐵路和200 km/h以下僅運(yùn)行動車組列車的鐵路”，由于設(shè)計(jì)中動車走行線僅運(yùn)行動車組列車，按照高速鐵路技規(guī)要求，動車走行線末端可不設(shè)隔開設(shè)備[6]。

4.1.1 蘭州西高速場

高速場與動車所相銜接的動車走行線進(jìn)站信號機(jī)(SD，SDF)外方制動距離內(nèi)有大于6‰的下坡道，根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(鐵總科技[2014]172號)第286條及條文解釋，動車走行線向高速場方向僅按動車組運(yùn)行區(qū)段設(shè)計(jì)，不設(shè)置延續(xù)進(jìn)路。

4.1.2 蘭州西普速場

(1)根據(jù)《站內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10071—2000)第5.5.16條“當(dāng)進(jìn)站信號機(jī)外方列車制動距離內(nèi)進(jìn)站方向?yàn)槌^6‰下坡道，而在接車方向末端已設(shè)有安全線(避難線)的車站，其接車進(jìn)路的延續(xù)進(jìn)路可通向安全線(避難線)，或當(dāng)站內(nèi)平行進(jìn)路，隔開道岔等足以防止列車沖突的隔開條件，其延續(xù)進(jìn)路可延至安全(適當(dāng))處所時(shí)，應(yīng)設(shè)下坡道延續(xù)進(jìn)路的結(jié)合電路”的要求，進(jìn)站信號機(jī)外方大于6‰下坡道應(yīng)設(shè)置延續(xù)進(jìn)路。

(2)根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(鐵總科技[2014]172號)[9-10]第286條的條文解釋明確說明“……根據(jù)有關(guān)研究結(jié)論，動車組列車在列控車載設(shè)備(或列車運(yùn)行監(jiān)控裝置)、制動系統(tǒng)工作正常的情況下，能保證列車不超、不冒進(jìn)，列車進(jìn)站停車時(shí)可安全停在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)，設(shè)備正常時(shí)無需延續(xù)進(jìn)路起防護(hù)作用。因此規(guī)定了僅運(yùn)行動車組列車的區(qū)段可不執(zhí)行上述規(guī)定。同時(shí)，對僅運(yùn)行動車組列車的區(qū)段，對進(jìn)站方向?yàn)槌^6‰下坡道的接車線末端也不再設(shè)置延續(xù)進(jìn)路”，故從《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(鐵總科技[2014]172號)中動車組先進(jìn)的列控車載設(shè)備和良好制動性能分析[11]，可不設(shè)置延續(xù)進(jìn)路。

蘭州西普速場為高速動車組、普速客運(yùn)及貨運(yùn)混合的車場，其設(shè)計(jì)速度為120 km/h。本次調(diào)車改列車工程，與動車走行線銜接的蘭州西普速場進(jìn)站信號機(jī)外方SDF有大于6‰的下坡道，若動車運(yùn)用所至蘭州西普速場僅為動車組運(yùn)行，則不設(shè)置延續(xù)進(jìn)路，若動車所至蘭州西普速場存在其他非動車組運(yùn)行的列車進(jìn)路，則蘭州西普速場需設(shè)置延續(xù)進(jìn)路。

4.2 動車存車線出站信號機(jī)機(jī)構(gòu)選擇

蘭州西動車所為盡頭式車站，其信號設(shè)備布置如圖2所示，其特點(diǎn)是股道停留單列8節(jié)編組或16節(jié)編組動車組，且咽喉區(qū)長，需增加進(jìn)路或總出站信號機(jī)滿足列車運(yùn)輸效率及追蹤時(shí)分要求，因此在存車線末端設(shè)置起阻攔列車作用的列車信號機(jī)，股道的發(fā)車端信號機(jī)的選擇與設(shè)置應(yīng)結(jié)合咽喉區(qū)長短及其銜接的前方是否設(shè)置總出站信號機(jī)的顯示確定[12]。

存車線東咽喉部分股道線間距4.2 m，根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10621—2014)[13]第142.4-2要求“動車段(所)出站信號機(jī)宜采用《鐵路信號設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10007—2017)規(guī)定的出站信號機(jī)機(jī)構(gòu)，受股道線間距限制時(shí)可采用“紅、黃、白”三燈位矮型機(jī)構(gòu)，同時(shí)，《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》第470條“動車段(所)出站信號機(jī)”要求采用“HUB”單機(jī)構(gòu)，并未區(qū)分前方的信號機(jī)顯示及狀態(tài)，且“U燈顯示表示準(zhǔn)許列車由動車所出發(fā)，表示發(fā)車進(jìn)路建立且出站第一離去空閑”，故選擇此機(jī)構(gòu)的出站信號機(jī)可以滿足設(shè)置要求，但是，結(jié)合信號顯示與編碼進(jìn)行分析，若總出站信號機(jī)(SZ5)顯示U燈及以上狀態(tài)時(shí)，當(dāng)其銜接信號機(jī)間距離大于800 m時(shí)，股道設(shè)置的“HUB”發(fā)車進(jìn)路信號機(jī)顯示僅能為“U”列車運(yùn)行狀態(tài)，總出站信號機(jī)與股道出站信號機(jī)顯示及地面編碼不匹配，存在前方為高碼序，后方信號機(jī)及編碼降級的問題，影響行車效率。

圖2 動車運(yùn)用所信號設(shè)備布置示意

根據(jù)《鐵路信號設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10007—2017)附錄D關(guān)于動車所出站信號機(jī)可采用單機(jī)構(gòu)四燈位信號機(jī)，此信號機(jī)構(gòu)是針對線間距不能滿足雙機(jī)構(gòu)出站信號機(jī)設(shè)置要求新發(fā)布的，該信號機(jī)具有“LUHB”5種信號機(jī)顯示含義，與前方總出站信號機(jī)的顯示及地面編碼完全匹配，但是《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》中未對此類信號機(jī)進(jìn)行定義，存在互相沖突的問題。

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，并結(jié)合地面顯示與編碼一致性，動車存車線出站信號機(jī)機(jī)構(gòu)推薦采用單機(jī)構(gòu)四燈位信號機(jī)構(gòu)。

4.3 動車走行線長大坡道列車追蹤檢算

動車運(yùn)用所至蘭州西高速場、普速場走行線有大于25‰的下坡道，局部坡度達(dá)到30‰，為保證動車組在其運(yùn)行時(shí)，不會在L5碼區(qū)段產(chǎn)生制動(起模)，因此，根據(jù)《中國鐵路總公司關(guān)于明確新建鐵路客運(yùn)專線大于20‰坡道區(qū)段列車限速有關(guān)問題的通知》“鐵總辦函[2014]584號”的要求，結(jié)合動車所至高速場、普速場距離及信號機(jī)設(shè)置，存在7個閉塞分區(qū)(L5碼)區(qū)段，因此需車載設(shè)備運(yùn)營商對該區(qū)段列車追蹤進(jìn)行檢算[14]。

4.3.1 CTCS2-200C檢算

鐵科院通號所采用CTCS2-200C[15]型列控車載設(shè)備進(jìn)行測試，測試結(jié)論如下：速度80 km/h時(shí)，在30‰的長大下坡道常用制動距離為2270.7 m，小于138號文規(guī)定的常用制動距離，設(shè)計(jì)的信號布點(diǎn)滿足CTCS2-200C型列控車載設(shè)備要求，其制動距離檢算如表1所示。

表1 CTCS2-200C(CRH5)列控車載設(shè)備制動距離檢算 m

4.3.2 300H動車檢算

北京和利時(shí)公司選用其現(xiàn)有的ATP(200H，300S，300H)中制動距離最長的300H動車，速度80 km/h時(shí)，在35‰的長大下坡道常用制動距離為957 m，小于138號文規(guī)定的常用制動距離，其制動距離檢算如表2所示。

4.3.3 CRH380BK檢算

北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司采用的車載設(shè)備CTCS3-300T，目前投入運(yùn)行的車型主要有：CRH2、CRH380A、CRH380AL、CRH3、CRH380B、CRH380BL、CRH380BK、CRH380D，其中車載設(shè)備裝備最不利(制動距離最長)車型CRH380BK，其對應(yīng)的測試閉塞分區(qū)長度不能滿足要求，結(jié)合鐵路總公司對車載參數(shù)優(yōu)化的文件，采用新版C2軟件六段式減速度制動模式計(jì)算允許速度300～0 km/h(對應(yīng)常用制動干預(yù)初速度305～0 km/h)所對應(yīng)的常用及緊急制動距離，在運(yùn)行速度為80 km/h，30‰下坡道，緊急制動距離為790 m，通過檢算并采用優(yōu)化后的車載參數(shù)，均能滿足要求,其制動距離如表3所示。

表2 CTCS3-300S適配CRH380B型動車組不同初速度下制動到0 km/h的制動距離 m

表3 CRH380BK型車載設(shè)備制動距離 m

因此對于長大坡道地段，尤其是高速區(qū)段，應(yīng)對其閉塞分區(qū)設(shè)置進(jìn)行車載設(shè)備驗(yàn)算，以保證列車在L5碼區(qū)段不會產(chǎn)生制動。

5 結(jié)語

動車運(yùn)用所是動車組停靠、整備及檢修的重要場所，其早高峰集中出段、晚高峰集中入段決定走行線的追蹤效率，其距車站的遠(yuǎn)近，走行線坡道的陡緩直接影響到相鄰車站的信號設(shè)備及列控系統(tǒng)的設(shè)置[16]，建議后續(xù)建設(shè)項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)動車所走行線距離遠(yuǎn)近、遠(yuǎn)期列車對數(shù)、坡道大小及銜接站接發(fā)列車性質(zhì)，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行效率進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比選，以確定運(yùn)輸組織方式，避免后期運(yùn)行模式改變引起投資浪費(fèi)。