高速鐵路出站信號機設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)研究

閆宏偉

(中國鐵路經(jīng)濟規(guī)劃研究院有限公司，北京 100038)

1 制訂背景與變化影響原因

TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》是在系統(tǒng)總結(jié)中國時速250～350 km高速鐵路建設(shè)、運營實踐經(jīng)驗，全面修訂2009年《高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)》版基礎(chǔ)上發(fā)布的正式版。該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，標(biāo)志著成熟、先進、具有中國特色的高速鐵路技術(shù)體系已經(jīng)形成，將為中國高鐵發(fā)展以及高鐵“走出去”提供系統(tǒng)規(guī)范的成套建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)支撐。

該標(biāo)準(zhǔn)制定的技術(shù)背景，主要針對列車最大編組輛數(shù)16輛、列車最大長度428 m，兩側(cè)分別設(shè)10 m停車余量，確定站臺長度為450 m；考慮測速測距誤差、司機確認(rèn)停車點距離及動車組過走防護距離，設(shè)置安全防護距離≥95 m，確定車站到發(fā)線有效長度650 m；列控系統(tǒng)采用CTCS-2級或CTCS-3級的技術(shù)背景與運營需求制訂的[1]。

隨著“復(fù)興號”高速動車組列車在京滬高鐵兩端的北京南站和上海虹橋站雙向首發(fā)[2]，根據(jù)線路運營需求，以在京滬高鐵等大客流線路擴大運力為目標(biāo)，通過新增1輛二等座車，開行17輛編組440 m超長版時速350 km復(fù)興號動車組，從而使定員增加90人。如要開行17輛編組超長版“復(fù)興號”動車組列車，而車站不相應(yīng)延長到發(fā)線有效長度和站臺長度，執(zhí)行TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第14.2.10條第2款關(guān)于出站信號機設(shè)置位置的規(guī)定時，加上TB/T 3483—2017《CTCS-3級列控車載設(shè)備技術(shù)條件》中規(guī)定的制動安全距離60 m[3]，很有可能出現(xiàn)將要進站停車的動車組列車無法正常完整地進入站臺區(qū)的問題。為解決此問題，可以考慮將出站信號機(包括發(fā)車進路信號機)的設(shè)置位置向到發(fā)線端部移設(shè)。

2 標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第14.2.10條第2款對出站信號機設(shè)置位置規(guī)定為：“有高速列車通過的車站出站信號機宜設(shè)在距警沖標(biāo)不小于55 m或距最近的對向道岔尖軌尖端不小于50 m的位置。”

在TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》頒布之后，于2017年修訂的TB 10007-2017《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》第3.2.2條第4款對出站信號機的設(shè)置位置規(guī)定為：發(fā)車線發(fā)車方向末端為順向道岔時，出站信號機設(shè)置于順向道岔警沖標(biāo)內(nèi)方，有動車組運行時設(shè)置于距警沖標(biāo)沿線路方向不小于5 m處[4]，如圖1所示。

圖1 出站信號機示意

TB 10007-2017《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》是信號專業(yè)主體設(shè)計規(guī)范，其適用范圍既包含高速鐵路，也包含普速鐵路。規(guī)定出站信號機距警沖標(biāo)沿線路方向不小于5 m處，考慮了普速線路運行速度慢，需要的安全余量較小，按照5 m設(shè)置即可滿足安全運行需要。高速鐵路設(shè)計規(guī)范規(guī)定的55 m與不小于5 m不沖突。除京滬高鐵、滬寧城際和京津城際外，其他高速鐵路出站信號機距警沖標(biāo)距離大多數(shù)按55 m設(shè)計，與TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》規(guī)定一致。

3 設(shè)計方案研究

在不改變車站，不相應(yīng)延長到發(fā)線有效長度和站臺長度，避免大規(guī)模站前工程，解決17輛編組復(fù)興號進站停車的問題，可以考慮將出站信號機(包括發(fā)車進路信號機)的設(shè)置位置向到發(fā)線端部移設(shè)，同時與《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》協(xié)調(diào)相一致。但縮短了安全余量，需要補充安全措施。

3.1 日本新干線設(shè)計方案

日本新干線車站設(shè)置信號環(huán)線進行站內(nèi)安全防護的做法，在停車點前方設(shè)置了50 m的環(huán)線信號區(qū)，停車點至環(huán)線信號區(qū)之間還設(shè)有10～15 m的停車余量。若司機操作失誤，列車進入環(huán)線信號區(qū)，將接收到該環(huán)線的信號，ATC車載設(shè)備自動實施非常制動，以保證列車不闖入發(fā)車進路，防止“冒進”事故。

3.2 我國設(shè)計方案

目前我國高速鐵路車站應(yīng)用信號環(huán)線較少，CTCS-3級列控系統(tǒng)總體技術(shù)規(guī)范中也無相關(guān)內(nèi)容，可參照日本高速鐵路設(shè)計理念，采用我國高速鐵路主要設(shè)備之一的ZPW-200軌道電路進行安全防護。

在出站信號機、發(fā)車進路信號機設(shè)于距警沖標(biāo)不小于5 m或臨近的對向道岔岔前軌縫處且到發(fā)線采用ZPW-2000有絕緣軌道電路時，到發(fā)線范圍內(nèi)兩端各設(shè)1個60 m長分隔區(qū)段，如圖2所示。分隔區(qū)段按以下要求單獨進行發(fā)碼、采集、防護。

圖2 車站分隔軌道電路示意(單位：m)

(1)接車至到發(fā)線的列車進路建立時，接車進路末端的分隔區(qū)段發(fā)H碼，另一端分隔區(qū)段隨接車進路發(fā)碼；由到發(fā)線發(fā)車或通過的列車進路建立時，分隔區(qū)段隨到發(fā)線發(fā)碼。

(2)聯(lián)鎖設(shè)備對到發(fā)線主區(qū)段及分隔區(qū)段分別采集，當(dāng)接車進路未全部解鎖且聯(lián)鎖檢測到主區(qū)段和接車末端分隔區(qū)段順序占用時，判定接車列車發(fā)生冒進，根據(jù)運營情況采取相應(yīng)的安全防護措施，如聯(lián)鎖將全站列車信號機均關(guān)閉并控制站內(nèi)所有軌道區(qū)段發(fā)H碼；進路鎖閉和解鎖時，主區(qū)段和分隔區(qū)段按照一個總區(qū)段處理。

目前，列控車載設(shè)備采用CTCS-3完全監(jiān)控模式冒進出站應(yīng)答器組時，收到的絕對停車包可能不會觸發(fā)緊急制動，相比于CTCS-2級車載設(shè)備，CTCS-3車載設(shè)備可能會缺少應(yīng)答器組防冒進功能。因此，在到發(fā)線設(shè)置分隔區(qū)段，列車進站停車過程中，如果列控車載設(shè)備接收到分隔區(qū)段軌道電路發(fā)送的H碼，說明列車有冒進出站信號的風(fēng)險，在列車進入分隔區(qū)段后會觸發(fā)緊急制動停車，進行冒進防護，提高了列車運行的安全性。

通過設(shè)置分隔區(qū)段，出站信號機未開放時，如果出站信號機處絕緣節(jié)破損，咽喉區(qū)的發(fā)碼只能串入分隔區(qū)段的H碼區(qū)段，而不會影響HU碼區(qū)段，不會讓接車過程中的列車或停在股道的列車收到允許碼而產(chǎn)生信號顯示升級，可以起到進一步加強絕緣破損防護的作用[5]。

如在某些不利情況下，列車進站停車過程中，動車組發(fā)生制動力降低后制動系統(tǒng)不能監(jiān)測到的故障，出現(xiàn)不可監(jiān)測的制動力降低，列車冒進出站信號機的概率增大。通過設(shè)置分隔區(qū)段，信號系統(tǒng)在檢測到列車有冒進出站信號機可能時，通過聯(lián)鎖和列控及時向相關(guān)列車發(fā)出緊急制動信息控制列車制動，可以在一定程度上應(yīng)對類似不可預(yù)知的風(fēng)險，對于防護尚未預(yù)知的風(fēng)險、降低風(fēng)險所造成的損失有一定作用。

3.3 其他需要協(xié)調(diào)的問題

優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗作為京沈高鐵綜合試驗項目之一進行了實驗室仿真測試和現(xiàn)場試驗，該項目通過了方案有關(guān)部門組織的方案評審及試驗評審，現(xiàn)場試驗基本可行，為到發(fā)線有限長度及信號機設(shè)置位置有關(guān)對頂提供了依據(jù)。但如果在工程建設(shè)中進一步推廣，還有其他問題需要進一步研究，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也需協(xié)調(diào)修訂。

建設(shè)規(guī)范直接指導(dǎo)實際工程建設(shè)，而設(shè)計規(guī)范又是設(shè)計、施工、驗收等建設(shè)規(guī)范中基本規(guī)范[6]，體現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計理念，對不同系統(tǒng)、設(shè)備提出功能及性能要求，修訂設(shè)計規(guī)范可以從根源實現(xiàn)在目前站臺長度下開行17輛編組超長版“復(fù)興號”動車組列車。但同時也需要協(xié)調(diào)相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使產(chǎn)品滿足系統(tǒng)設(shè)計要求，使設(shè)計具備可實施性。

3.3.1 軌道電路最小長度規(guī)定

TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第14.4.6條中公式14.4.6-1規(guī)定，站內(nèi)無岔區(qū)段需要提供列控信息時，軌道電路最小長度為Lmin=Vmax·T設(shè)+L常，Vmax為該區(qū)段的最高允許速度，T設(shè)為車載信號設(shè)備響應(yīng)時間的總和，取2.5 s，L常為軌道電路余量20 m。若分割區(qū)段設(shè)置長度60 m，目前高速鐵路車站當(dāng)側(cè)線道岔一般采用18號道岔，按照最高允許速度80 km/h通過速度計算，軌道電路最小長度為75 m，大于分隔區(qū)段的60 m長度，造成與標(biāo)準(zhǔn)要求不協(xié)調(diào)問題。

鐵運〔2012〕211號《CTCS-3級列控車載設(shè)備技術(shù)規(guī)范(暫行)》第10.2.1.1條規(guī)定，在地面軌道電路信息一直有碼的情況下，信息接收應(yīng)變時間不大于3.5s；在地面軌道電路信息有碼到無碼的情況下，信息接收應(yīng)變時間不大于4.8 s[7]。響應(yīng)時間包含軌道電路信息接收、解碼、響應(yīng)的完整處理時間。

TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》中T設(shè)取2.5 s，若加上按列車80 km/h或更低的速度行駛完軌道電路余量20 m，與《CTCS-3級列控車載設(shè)備技術(shù)規(guī)范(暫行)》中車載總響應(yīng)時間3.5 s基本保持一致。

軌道電路最小長度應(yīng)滿足列車以當(dāng)前區(qū)段最大允許速度通過時間大于解碼軌道電路信息的響應(yīng)時間。僅針對分隔區(qū)段修改此公式為Lmin=Vmax·T設(shè)，或適當(dāng)縮短L常取值，使分隔區(qū)段設(shè)置長度與標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)，但可能會使車載信號在分隔區(qū)段無法及時響應(yīng)H碼，使分隔區(qū)段喪失部分安全防護功能。需要列控車載設(shè)備廠家根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)論證結(jié)合現(xiàn)場試驗，進一步明確車載相應(yīng)時間指標(biāo)，同時協(xié)調(diào)《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》等設(shè)計規(guī)范與列控車載設(shè)備技術(shù)規(guī)范中的規(guī)定。

3.3.2 出站應(yīng)答器組設(shè)置位置規(guī)定

根據(jù)TB/T 3484-2017《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》的規(guī)定，車站到發(fā)線出站信號機外方設(shè)置有源應(yīng)答器組，一般在信號機外方≥20 m處[8]。由于出站信號機外移，若不修改相應(yīng)規(guī)定，可能會對設(shè)計造成一定誤解，使出站應(yīng)答器跟隨信號機向外移動，縮短應(yīng)答器組的安全防護距離。列車正常進站停車，正常邏輯應(yīng)首先收到應(yīng)答器組發(fā)送的停車報文，之后收到分隔區(qū)段作為額外防護而發(fā)送的H碼。TCR天線安裝在車輛第一輪對之間，距離較遠(yuǎn)的應(yīng)答器接收天線距第一輪軸不大于12.5 m，根據(jù)列車車載TCR位置與BTM位置關(guān)系，建議出站應(yīng)答器組宜設(shè)置在防護區(qū)段外方不小于15 m處，距出站信號機75 m，同時與《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》中的規(guī)定不沖突。

因此，建議管理部門組織開展系列的理論分析、試驗論證，配套修訂《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》、《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》、《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》等相關(guān)條款。

4 結(jié)語

針對開行17輛編組440 m超長版時速350 km“復(fù)興號”動車組需求，結(jié)合《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》對出站信號機設(shè)置位置要求、《CTCS-3級列控車載設(shè)備技術(shù)條件》對列車運行控制系統(tǒng)安全防護距離的要求等標(biāo)準(zhǔn)，分析現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下到發(fā)線有效長度與17輛編組列車適應(yīng)性，提出一種在不修改到發(fā)線有效長度和站臺長度，通過向站外移設(shè)出站信號機位置并增加分隔區(qū)段安全措施的設(shè)計方案，解決長編組列車進站停車的問題。