高速鐵路引入樞紐列控等級選擇與應(yīng)用的研究

張敏慧，謝靜高

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

1 概述

國內(nèi)鐵路建設(shè)不斷發(fā)展，高速鐵路與普速鐵路交織成網(wǎng)，鐵路樞紐內(nèi)多條不同等級線路交匯互通的局面正在形成。樞紐列控等級的選擇與設(shè)計難以采用常用原則，本文針對近幾年來樞紐工程設(shè)計常見場景，對樞紐列控等級選擇與應(yīng)用進(jìn)行分析和研究。

2 列控等級選擇的一般原則

2.1 基本規(guī)定

根據(jù)鐵路技術(shù)政策及相關(guān)規(guī)范[1-3]的要求，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)裝備等級一般根據(jù)線路允許速度選用如下。

設(shè)計速度160 km/h 及以下鐵路，僅運(yùn)行動車組列車時，根據(jù)設(shè)計速度、行車追蹤間隔、站間距等要求，宜采用CTCS-2（簡稱C2）級，也可采用CTCS-0（簡稱C0）級；其他線路宜采用CTCS-0級列控系統(tǒng)。

設(shè)計速度160 km/h 以上、250 km/h 以下的線路，采用CTCS-2 級列控系統(tǒng)。

設(shè)計速度250 km/h 鐵路結(jié)合路網(wǎng)構(gòu)成及線路功能定位，采用CTCS-2 或CTCS-3（簡稱C3）級列控系統(tǒng)。

設(shè)計速度250 km/h 以上線路采用CTCS-3 級列控系統(tǒng)。

2.2 列控系統(tǒng)與運(yùn)輸能力匹配原則

鐵路線路多用列車運(yùn)行速度和追蹤間隔來衡量運(yùn)輸能力，列控等級選擇時需滿足運(yùn)輸能力的要求。一般情況下C2 級列控系統(tǒng)不滿足列車運(yùn)行速度大于300 km/h、列車追蹤間隔3 min 的運(yùn)輸要求，在高速度、高密度的線路上需要采用C3 級及以上等級的列控系統(tǒng)。

2.3 車、地適配原則

根據(jù)目前鐵路車載設(shè)備配置原則，配置C2 級列控系統(tǒng)車載設(shè)備的動車組列車通常配備有運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置（簡稱LKJ）；配置C3 級列控系統(tǒng)車載設(shè)備（兼容C2）的動車組列車不裝設(shè)LKJ。通常情況下，僅裝備LKJ 的列車不能在常態(tài)滅燈的C2 及C3 級列控地面設(shè)備線路上正常運(yùn)行，裝備C3 級車載ATP 的動車組（未裝備LKJ）無法在C0 級列控地面線路上按主要的控制方式控車。當(dāng)存在不同等級線路間跨線運(yùn)行情況時，列控等級選擇需考慮車、地能力匹配問題。

3 鐵路樞紐站、線及信號系統(tǒng)設(shè)置特點

3.1 樞紐內(nèi)線路、站場設(shè)置特點

由于多線在樞紐內(nèi)交匯，根據(jù)線路引入、聯(lián)絡(luò)線銜接等情況，樞紐內(nèi)往往會有干線十字、米字型交叉引入（如鄭州東樞紐），多條干線并行引入（例如寧杭甬、滬杭長、杭黃引入杭州樞紐），多條干線引入形成樞紐環(huán)路（例如合肥樞紐）等多種站線布置形式。

樞紐內(nèi)一般存在有多條線路交匯處的大型客站，規(guī)模較大、股道多、并多根據(jù)其接發(fā)列車方向別分場設(shè)置，不同方向別上線路建設(shè)等級不同；樞紐內(nèi)大型客站附近多設(shè)有一個或多個動車段所；為溝通不同方向別、不同線路等級間的列車運(yùn)行通路，溝通動車通往動車段所的連接通路，樞紐內(nèi)設(shè)置有較多聯(lián)絡(luò)線、與既有線相互銜接、連接方式與連接關(guān)系復(fù)雜。

3.2 樞紐內(nèi)信號系統(tǒng)設(shè)置特點

樞紐內(nèi)多條不同列控等級線路交匯，C0 至C3等級線路并存，列車跨線運(yùn)行時需要在樞紐內(nèi)適當(dāng)?shù)攸c進(jìn)行列控等級切換，保證列車順暢運(yùn)行；樞紐內(nèi)通過聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行等級切換[4]，受聯(lián)絡(luò)線各項工程條件、站點內(nèi)聯(lián)鎖及RBC 和調(diào)度管轄范圍等因素影響，切換點選擇困難；樞紐內(nèi)調(diào)度區(qū)劃按線別、按區(qū)域劃分原則不盡相同，樞紐內(nèi)往往是若干條線路調(diào)度區(qū)劃邊界，呈現(xiàn)出局部區(qū)域內(nèi)多調(diào)度臺共存的情況， TSRS 不能按規(guī)范設(shè)置[5-6]，給TSRS 信息互傳、RBC 切換[7]、RBC 接口設(shè)置、安全數(shù)據(jù)網(wǎng)合理配置等帶來較大的挑戰(zhàn)。

4 高速鐵路引入樞紐列控等級選擇研究

對于區(qū)間新建線路和車站，按列控等級選擇的一般原則就可確定列控等級設(shè)置方案。但高速鐵路引入樞紐時，有新建線路直接引入樞紐內(nèi)大型車站，有新建線路引入樞紐內(nèi)中間站并利用既有線路連接至樞紐內(nèi)大站車站，還有修建不同線路間及不同列車運(yùn)行方向間的聯(lián)絡(luò)線、動車出入段（所）線路等，以便靈活組織跨線動車組運(yùn)行、均衡樞紐客流。因此高速鐵路引入時，樞紐列控等級的選擇，除需考慮列控等級選擇的一般原則外，還需結(jié)合樞紐站線和信號系統(tǒng)設(shè)置特點，分析動車組入庫維護(hù)徑路需求，并綜合考慮動車組運(yùn)行交路及運(yùn)營維護(hù)需求等因素后合理確定。列控等級設(shè)置原則確定后，需進(jìn)一步研究樞紐內(nèi)列控中央設(shè)備設(shè)置、等級轉(zhuǎn)換點和RBC 切換點設(shè)置的具體方案[8]，并反饋調(diào)整樞紐列控等級設(shè)置方案。

4.1 C2線路接入樞紐既有C0車站

1）C2 干線直向引入既有C0 站點

對于C2 干線直向引入既有C0 站的列控等級選擇，可以考慮以下兩個方案：一是C2 貫通，將既有C0 車站及接軌站至樞紐大型客站范圍改造為C2等級；二是在C0 車站外方設(shè)置級間切換點，既有C0 車站維持不變。

方案一的優(yōu)點是：動車組運(yùn)行過程中一直在C2控車方式下，司機(jī)感官一致性好，且避免等級轉(zhuǎn)換失敗可能帶來的運(yùn)輸影響，能滿足C3 動車組跨線運(yùn)行需求。缺點是：需要對既有車站進(jìn)行C2 改造，配套進(jìn)行TCC 和TSRS 配置、安全數(shù)據(jù)網(wǎng)拉通，必要時還需對調(diào)度臺進(jìn)行調(diào)整，工程量較大。

方案二的優(yōu)點是：采用級間切換轉(zhuǎn)為C0 進(jìn)入既有站的方案，基本不對既有車站進(jìn)行改造，對既有線行車干擾小，并可節(jié)省工程投資。缺點是：配置C3 車載設(shè)備的動車組列車無法按正常控制方式在C0區(qū)段跨線運(yùn)行，還存在等級轉(zhuǎn)換失敗對行車的影響。如果該C0 車站還有其他C2 干線鐵路直向接入、且開行跨線運(yùn)行的動車組，則該動車組在跨越該既有C0 車站時存在先進(jìn)行C2 →C0，越過該站后又進(jìn)行C0 →C2 的來回級間切換，不利司機(jī)的駕駛。

如武漢樞紐漢口站，東、西側(cè)有速度200 km/h的配置C2 系統(tǒng)的合武、漢宜鐵路接入，且合武、漢宜鐵路跨線運(yùn)行頻頻，如圖1 所示。為避免跨線列車運(yùn)行來回實施級間切換，漢口站考慮改造為C2列控等級。

圖1 合武、漢宜引入漢口站線路示意圖Fig.1 Schematic diagram of introducing Hefei-Wuhan railway and Hankou-Yichang railway into Hankou station

隨著高速鐵路路網(wǎng)的形成，不同速度等級線路間的跨線運(yùn)行需求頻繁，配置C3 車載設(shè)備的動車組往往需要經(jīng)行C2 線路，引入樞紐地段時既有車站C0 配置方式與車載目前技術(shù)裝備不匹配。因此建議C2 干線直向接入樞紐既有C0 站點時，對既有C0 的線路和車站進(jìn)行升級改造，優(yōu)先考慮按C2 列控系統(tǒng)配置地面設(shè)備。

2）C2 線路出岔新建聯(lián)絡(luò)線或利用既有線路接入既有C0 站點

如圖2 所示，滬漢蓉通道從長安集—合肥南—肥東（合肥樞紐南環(huán)線）貫通合肥樞紐。在該通道未修通之初，合武、合寧均通過繞行線由長安集—合肥西—桃花店—（合武繞行線）合肥—三十鋪—肥東（合寧繞行線）貫通合肥樞紐。

圖2 合肥樞紐線站示意圖Fig.2 Schematic diagram of Hefei hub line station

繞行線和合肥站可以考慮維持既有C0 方式，動車組在樞紐外方切為C0 進(jìn)入樞紐運(yùn)行。但存在與“干線直向引入既有C0 站點”相同的車載兼容性和增加級間切換故障問題。

從高速路網(wǎng)構(gòu)成看，目前C3/C2/C0 等級動車組跨線可能性很多?？紤]列控等級進(jìn)一步提升的空間，對于C2 線路出岔、新建聯(lián)絡(luò)線或利用既有線路接入既有C0 站點，一般可考慮對既有C0 的線路和車站進(jìn)行升級改造，優(yōu)先按C2 列控系統(tǒng)配置地面設(shè)備。

4.2 C3線路接入樞紐既有C0車站

C3 線路接入樞紐既有C0 站點一般會經(jīng)行樞紐內(nèi)既有線路和車站。如圖3 所示，滬寧城際直向接入既有上海站時經(jīng)上海西站、利用既有上海西至上海站的線路；滬昆高鐵從東北線路所出岔，由橫崗聯(lián)絡(luò)線引入既有南昌站時，經(jīng)行既有京九線橫崗—蓮塘—南昌南—南昌站段線路。

由于裝備C3 車載設(shè)備的動車組列車無法按正?？剀嚹Ｊ皆贑0 區(qū)段控車，因此對于此類既有C0線路和車站存在兩種升級改造方式：一是將地面線路、車站設(shè)備改造為C3 等級，保證動車組無需級間切換通過樞紐站、線；另一種是將地面線路、站場設(shè)備改造為C2 等級，動車組經(jīng)過樞紐站、線前切換為C2 等級通過。這兩種方式的優(yōu)缺點對比如表1 所示。

從表1 可以看出，C3 線路引入既有樞紐時，將樞紐地段（尤其利用既有線接入地段）改造為C2或C3 在技術(shù)方案、投資、列車運(yùn)行能力及實施工作量方面各有千秋，需結(jié)合動車組開行情況和運(yùn)輸?shù)谋憷赃M(jìn)一步加以分析。

圖3 C3線路接入樞紐既有C0車站線路示意圖Fig.3 Schematic diagram of introducing CTCS-3 line into the existing CTCS-0 hub station line

表1 既有車站改造為C3和改造為C2方案優(yōu)缺點對比Tab.1 Comparison of advantages and disadvantages of existing station transformation scheme from CTCS-3 to CTCS-2

對于滬昆高鐵，南昌樞紐內(nèi)的主要客站是南昌西站，只有少量的C3 動車組經(jīng)聯(lián)絡(luò)線及既有京九線至既有南昌站。若為滿足少量動車組采用C3 列控方式進(jìn)入南昌站，則需要對既有京九線橫崗至南昌段按C3 列控系統(tǒng)要求配置地面設(shè)備并進(jìn)行GSM-R 網(wǎng)絡(luò)改造，既有線施工改造工作量及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作量相對較大，工程投資較高，投入回報相對較低；且該段既有線還有動車組以C2 列控方式往其他方向運(yùn)行，需要設(shè)置C2/C3 等級轉(zhuǎn)換。因此，滬昆高鐵經(jīng)聯(lián)絡(luò)線及既有京九線引入南昌站時，采用C2 列控等級，在聯(lián)絡(luò)線上設(shè)置C2/C3 等級轉(zhuǎn)換方案。

對滬寧城際而言，上海站為其在上海樞紐內(nèi)的主要客站，經(jīng)上海西至上海站的C3 動車組數(shù)量多，且上海站為盡頭型車站，除了滬寧城際及利用既有線動車組入庫進(jìn)路采用C3、C2 列控系統(tǒng)外，與上海及上海西銜接的再沒有其他C2、C3 線路，結(jié)合盡量減少C2/C3 等級轉(zhuǎn)換、提高C3 動車組車載設(shè)備備用能力的設(shè)計思路，對上海西至上海段利用既有線位的線路和車站進(jìn)行了C3 改造。

由上可見，C3 線路接入樞紐既有C0 車站時，列控系統(tǒng)的選擇一般以在樞紐內(nèi)既有線上運(yùn)行的C3 動車組的數(shù)量及該既有線往其他方向運(yùn)行的動車組情況進(jìn)行確定。若只有少量本線C3 動車組運(yùn)行、還有往其他以C2 列控方式運(yùn)行的動車組，建議采用C2 列控等級；若本線運(yùn)行C3 動車組數(shù)量多，又沒有（或很少）其他C2 列控方式線路銜接時，建議優(yōu)先采用C3列控等級；若除本線引入外，還有較多以C2 列控方式銜接的線路接入時，可采用C2 列控等級。

4.3 C3線路接入樞紐既有C2車站

此類線路一般利用樞紐內(nèi)既有線路引入既有C2車站，如圖3（b）所示，昌贛鐵路（C3）在南昌樞紐附近修建聯(lián)絡(luò)線接入橫崗線路所，利用已改造為C2 的既有橫崗線路所—蓮塘—南昌站既有線路引入南昌站。

對于既有C2 車站的改造方案也存在維持C2 和改造C3 兩種方式，這兩種方式的優(yōu)缺點對比如表1所示。由于昌贛鐵路直向接入南昌東站，未來主要車流均在南昌東站始發(fā)終到，C3 動車組接入本站的數(shù)量很少，因此在昌贛工程中橫崗線路所—蓮塘—南昌站維持C2 方式。

C3 線路接入樞紐既有C2 車站列控方案的選擇原則基本同C3 線路接入樞紐既有C0 車站的選擇原則。

4.4 多條C3線路引入樞紐同一車站

當(dāng)不只一條C3 線路引入樞紐同一車站時，往往會在該站形成不同線路通過式銜接的狀態(tài)。 如前文提到的鄭州東站，存在京鄭、鄭武、鄭西、鄭徐、鄭濟(jì)、鄭萬等多方向別引入的C3 高速線路；如圖4所示，杭州樞紐內(nèi)杭州東站和杭州南站均銜接滬杭、寧杭、杭甬、杭長、黃杭C3 線路。

圖4 杭州樞紐線路示意圖Fig.4 Schematic diagram of Hangzhou hub line

為保證C3 列車無需級間切換通過本站、同時也能使C3 車載設(shè)備故障后有備用模式，此類車站一般情況下應(yīng)考慮設(shè)置C3 列控等級。

4.5 多條C3線引入樞紐既有通道

4.4 節(jié)分析C3 線路引入獨(dú)立站點的情況，當(dāng)樞紐內(nèi)C3 引入的線路并不集中在樞紐內(nèi)某個或某兩個大站、而是接入既有樞紐內(nèi)一些既有站點，并可能利用既有樞紐線路（既有C0 或C2 等級）進(jìn)行跨線運(yùn)行時，需要將既有樞紐整體作為研究對象進(jìn)行樞紐列控方案的研究。

例如合肥樞紐，如圖2 所示，C3 的合蚌客專接入合肥站，C3 的合福鐵路接入合肥南站，C3 的合安鐵路接入新合肥西站，未來有C3 的合青鐵路引入桃花店站，C3 的滬漢蓉客專引入肥東站和長安集站。樞紐內(nèi)修建合肥—合肥南的蚌福聯(lián)絡(luò)線、利用既有合武繞行線連接合肥西—新合肥西—桃花店—合肥站，利用既有合肥南環(huán)線接通滬漢蓉在合肥樞紐內(nèi)的通道。

利用合肥樞紐的線路站場環(huán)型結(jié)構(gòu)形式，普速鐵路和不同列控等級的C2/C3 線路往往接入到樞紐環(huán)型網(wǎng)上的某一站點，并利用既有樞紐線路進(jìn)行跨線運(yùn)行。

將合肥樞紐作為一個對象進(jìn)行研究時，該樞紐內(nèi)既有線路、站點的改造方案有維持既有C2 和改造為C3 兩種，這兩種方式的優(yōu)缺點對比與表1 基本相同。車站、線路所設(shè)置較為密集，線路間交叉互聯(lián)口較多、樞紐內(nèi)RBC 切換、RBC 接口數(shù)量等方面存在一定問題，跨線運(yùn)行無法完全做到C3 貫通控車；此外由于RBC 數(shù)據(jù)配置、系統(tǒng)配置及調(diào)試、動態(tài)測試方面存在工作量、實驗困難等問題。為避免樞紐為適應(yīng)C3 進(jìn)行太多改造、簡化系統(tǒng)設(shè)置減少故障概率，此類型樞紐可考慮按C2 等級設(shè)置。

對于環(huán)型結(jié)構(gòu)的樞紐，多條C3 線路引入環(huán)型網(wǎng)路上不同節(jié)點、且不同C3 線路利用既有線路跨線運(yùn)行時，可以考慮列車切換為C2 進(jìn)入樞紐，駛離樞紐時切回C3 的樞紐改造方案，簡化系統(tǒng)設(shè)置、減少系統(tǒng)復(fù)雜度和故障可能。

4.6 動車組入庫維護(hù)徑路范圍內(nèi)線路與站場列控方案

干線引入樞紐，除了對引入的站點及相關(guān)線路進(jìn)行改造外，還需要考慮動車組入庫維護(hù)時走行進(jìn)路上既有C0 線路、車站（包括動車段所）進(jìn)行列控等級的升級改造。

對于只有C2 動車組入庫維修進(jìn)路上的線路、車站，可以考慮改造為C2 和維持既有C0 兩種方式；對于有C3 動車組入庫維修進(jìn)路上的線路、車站，如果維持既有C0 方式，動車組列車將僅能以C3 機(jī)車信號模式入庫維護(hù)，目前各路局的運(yùn)輸組織管理中一般不予使用，因此需要將相關(guān)線路、車站改造為C2 等級。

隨著高速路網(wǎng)的不斷建成，C3 和C2 動車組列車跨線運(yùn)行情況非常普遍，因此一般情況下考慮將動車組入庫維護(hù)徑路范圍內(nèi)線路和站場改造為C2列控等級。

5 樞紐地區(qū)列控系統(tǒng)選擇的特殊性說明

基于上述思路，初步選擇出樞紐地區(qū)列控等級后，需結(jié)合樞紐地區(qū)調(diào)度區(qū)劃和聯(lián)鎖區(qū)管轄范圍、既有各線TSRS 和RBC 設(shè)置情況、聯(lián)絡(luò)線道岔設(shè)置位置和轍岔號、聯(lián)絡(luò)線長度、分相設(shè)置情況，以及列控系統(tǒng)設(shè)備的容量和接口能力，合理確定等級轉(zhuǎn)換點的設(shè)置地點以及等級轉(zhuǎn)換應(yīng)答器的設(shè)置位置、確定RBC 管轄范圍以及RBC 切換應(yīng)答器的具體設(shè)置位置、確定TSRS 管轄范圍以及與調(diào)度臺的對應(yīng)關(guān)系、確定列控中央設(shè)備的設(shè)置地點以及安全數(shù)據(jù)網(wǎng)的子網(wǎng)劃分和子網(wǎng)互聯(lián)方式。如因列控系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備能力無法滿足，或因聯(lián)絡(luò)線長度不夠、或由于C2/C3 對大號碼道岔或線路限速處理不同導(dǎo)致無合適的級間切換或RBC 切換點、RBC 接口數(shù)量不足，進(jìn)而無法實現(xiàn)樞紐列控等級選擇的預(yù)期目標(biāo)時，可能需要進(jìn)行樞紐調(diào)度區(qū)劃配合調(diào)整、RBC 管轄范圍調(diào)整、局部地區(qū)列控等級設(shè)置方案調(diào)整，或者重新進(jìn)行樞紐列控等級選擇的再循環(huán)設(shè)計。

6 小結(jié)

本文結(jié)合樞紐地區(qū)站點設(shè)置、信號系統(tǒng)設(shè)置特點，研究高速鐵路以不同形式引入樞紐時樞紐列控等級選擇的設(shè)計原則和設(shè)計方案，并分析總結(jié)樞紐地區(qū)列控等級設(shè)置時存在多重調(diào)整的特殊性，以期拋磚引玉、為相關(guān)鐵路樞紐列控等級設(shè)計提供更多思路。