朔黃鐵路三顯示改四顯示通過能力變化分析

王秋燕

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

1 概述

朔黃鐵路與神朔鐵路、包神鐵路一并形成我國(guó)繼大秦鐵路之后西煤東運(yùn)的第2條重載運(yùn)輸大通道。但該線目前軌道電路等設(shè)備已滿大修期服役，既有信號(hào)機(jī)三顯示分布也不符合我國(guó)重載鐵路閉塞制式的發(fā)展趨勢(shì)和要求，故急需進(jìn)行四顯示升級(jí)改造［1-3］。

四顯示升級(jí)改造首要內(nèi)容是區(qū)間閉塞分區(qū)分布，區(qū)間閉塞分區(qū)分布在滿足安全性要求，即滿足列車制動(dòng)距離要求并預(yù)留一定安全條件的基礎(chǔ)上，需盡量兼顧縮短列車追蹤間隔時(shí)間［4-5］。在此基礎(chǔ)上，通過牽引模擬計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)行列車運(yùn)行圖技術(shù)資料及運(yùn)輸組織相關(guān)內(nèi)容［6-8］，分析四顯示改造后通過能力變化及適應(yīng)情況［9］，為線路運(yùn)營(yíng)提供基礎(chǔ)及保障。

朔黃鐵路為雙線電氣化自動(dòng)閉塞重載線路，線路限制坡度為12‰，其中神池南—原平南、南灣—西柏坡段線路允許速度為80 km/h，原平南—南灣、西柏坡—黃驊港段線路允許速度為90 km/h。

目前線路以開行1萬(wàn)t 列車為主，同時(shí)開行2萬(wàn)t 列車、部分普通列車。其中2 萬(wàn)t 列車采用2 臺(tái)HXD+可控列尾、4 臺(tái)SS4+可控列尾編組；1 萬(wàn)t 列車采用1 臺(tái)HXD+普通列尾、2 臺(tái)SS4+普通列尾編組；普通列車采用1 臺(tái)SS4+普通列尾編組［1］。貨物列車編組方案見表1。

表1 貨物列車編組方案

2 既有區(qū)間閉塞分區(qū)劃分及通過能力

2.1 既有區(qū)間閉塞分區(qū)劃分

朔黃鐵路既有地面信號(hào)機(jī)為三顯示分布。以上行重車方向信號(hào)機(jī)（不含進(jìn)出站及進(jìn)路信號(hào)機(jī)）分布為基礎(chǔ)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，自神池南—黃驊港港前作業(yè)區(qū)運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度588 km，上行共分布區(qū)間通過信號(hào)機(jī)221架，區(qū)間閉塞分區(qū)單分區(qū)最大長(zhǎng)度為2 227 m，分布于龍宮—北大牛區(qū)間通590（中心里程K58+956）—通612（中心里程K61+183）信號(hào)機(jī)之間；最小長(zhǎng)度為1 400 m，分布于李天木—黃驊南區(qū)間通5318（中心里程K531+820）—通5332（中心里程K533+220）信號(hào)機(jī)之間；單分區(qū)平均長(zhǎng)度為1 842 m。

三顯示條件下，前后列車保持3個(gè)閉塞分區(qū)追蹤運(yùn)行，上行3 分區(qū)最大長(zhǎng)度為6 361 m，分布于博野—蠡縣區(qū)間通3750（中心里程K374+892）—通3812（中心里程K381+253）信號(hào)機(jī)之間；最小長(zhǎng)度為4 549 m，分布于李天木—黃驊南區(qū)間通5302（中心里程K530+101）—通5346（中心里程K534+650）信號(hào)機(jī)之間；3分區(qū)平均長(zhǎng)度為5 512 m。

2.2 既有追蹤時(shí)間

朔黃鐵路既有地面信號(hào)采用三顯示閉塞制式，但機(jī)車信號(hào)增加了LU 碼顯示，實(shí)際為按照車載模擬四顯示運(yùn)行。

按照車載模擬四顯示運(yùn)行模式，根據(jù)線路平縱斷面、限速條件及既有信號(hào)機(jī)分布情況，采用1 萬(wàn)t 列車（1臺(tái)HXD+普通列尾）編組進(jìn)行模擬牽引計(jì)算可知：全線區(qū)間追蹤間隔時(shí)間最大值為11 min，出現(xiàn)在博野—蠡縣區(qū)間通3750（中心里程K374+892）—通3812（中心里程K381+253）信號(hào)機(jī)所在地段。列車出發(fā)追蹤間隔時(shí)間最大值為11 min，出現(xiàn)在神池南站見黃燈發(fā)車條件下。

2.3 既有通過能力

2．3．1 既有天窗開設(shè)方案

朔黃鐵路目前采用的天窗開設(shè)方案為：冬季1、2、3、11、12月，1次/周，3 h/次；夏季4、6、7、8、9月，2 次/周，4 h/次；5、6 月為集中天窗，3 次/周，4 h/次。其中3 h 天窗時(shí)間總共為22 d，約占全年的6%；4 h 天窗時(shí)間總共為70 d，約占全年的19.2%；無(wú)天窗日為273 d，約占全年的74.8%。

2．3．2 既有線路通過能力

朔黃鐵路目前以開行1萬(wàn)t 列車為主，以1萬(wàn)t列車車載模擬四顯示運(yùn)行模式下追蹤間隔時(shí)間11 min，并考慮天窗前后影響運(yùn)輸各1 h 的額外附加時(shí)間即120 min 進(jìn)行計(jì)算，朔黃鐵路既有線路通過能力如下［2-4］：

3 h 天窗時(shí)為 103 對(duì)/d，4 h 天窗時(shí)為 98 對(duì)/d，無(wú)天窗時(shí)為130對(duì)/d，線路平均通過能力為122對(duì)/d。

3 四顯示區(qū)間閉塞分區(qū)劃分及通過能力

3.1 列車制動(dòng)距離分析

四顯示自動(dòng)閉塞下，列車采用2個(gè)分區(qū)實(shí)行分級(jí)制動(dòng)以保證追蹤安全，列車制動(dòng)距離計(jì)算應(yīng)首先對(duì)列車速度進(jìn)行分級(jí)。該次研究以線路允許速度為基礎(chǔ)，以保證列車從任一級(jí)速度由規(guī)定的速度降至下一級(jí)速度所走行的距離基本相同為原則，按照80—65—0 km/h、90—75—0 km/h進(jìn)行速度分級(jí)［5-6］。

朔黃鐵路開行2 萬(wàn)t 列車尾部編掛可控列尾，2 萬(wàn)t列車的制動(dòng)性能優(yōu)于1 萬(wàn)t 列車。按照最不利制動(dòng)因素考慮，采用1 萬(wàn)t 列車（1 臺(tái)HXD+普通列尾編組）進(jìn)行制動(dòng)距離計(jì)算，不同速度分級(jí)下各坡度對(duì)應(yīng)的常用制動(dòng)距離結(jié)果見表2。

表2 貨物列車常用制動(dòng)距離 m

由表2 可見，下坡道為12‰以內(nèi)時(shí)，信號(hào)機(jī)四顯示分布閉塞分區(qū)長(zhǎng)度基本在1 000～1 700 m。

3.2 四顯示區(qū)間閉塞分區(qū)劃分

全線各站進(jìn)、出站及進(jìn)路信號(hào)機(jī)均維持既有不變，僅對(duì)區(qū)間通過信號(hào)機(jī)做四顯示重新布點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行牽引模擬計(jì)算及相關(guān)統(tǒng)計(jì)。

在滿足貨物列車制動(dòng)距離及相關(guān)要求條件下，結(jié)合既有線路平縱斷面條件，以表2數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)朔黃鐵路全線區(qū)間通過信號(hào)機(jī)重新布點(diǎn)，進(jìn)行四顯示分布，并統(tǒng)計(jì)上行重車方向?qū)?yīng)區(qū)間閉塞分區(qū)劃分，結(jié)果如下：

上行共分布區(qū)間通過信號(hào)機(jī)347架，區(qū)間閉塞分區(qū)單分區(qū)長(zhǎng)度最大為1 602 m，分布于安國(guó)—博野區(qū)間出3602（中心里程K360+296）—通3618（中心里程K361+898）信號(hào)機(jī)之間；最小為1 200 m，分布于靈壽—行唐區(qū)間通2758（中心里程K275+717）—通2770（中心里程K276+917） 信號(hào)機(jī)之間；單分區(qū)平均長(zhǎng)度為1 354 m。

四顯示條件下，前后列車保持4個(gè)閉塞分區(qū)追蹤運(yùn)行，上行4分區(qū)最大長(zhǎng)度為5 920 m，分布于太師莊—河間區(qū)間出4180（中心里程K418+015）—通4240（中心里程K423+935）信號(hào)機(jī)之間；最小長(zhǎng)度為5 000 m，分布于行唐—新曲區(qū)間通2992（中心里程K299+163）—通3042（中心里程K304+163）信號(hào)機(jī)之間；4 個(gè)分區(qū)平均長(zhǎng)度為5 400 m。四顯示列車追蹤距離見圖1。

圖1 四顯示列車追蹤距離

3.3 四顯示追蹤時(shí)間

根據(jù)四顯示區(qū)間閉塞分區(qū)劃分結(jié)果，結(jié)合線路平縱斷面及限速條件，采用1 萬(wàn)t 列車（1 臺(tái)HXD+普通列尾）編組進(jìn)行模擬牽引計(jì)算可知：

全線區(qū)間追蹤間隔時(shí)間最大值為10.1 min，出現(xiàn)在龍宮—北大牛區(qū)間進(jìn)405（中心里程K40+556）—通474（中心里程K47+440）信號(hào)機(jī)所在地段。列車出發(fā)追蹤間隔時(shí)間最大值為10 min，出現(xiàn)在神池南站見黃燈發(fā)車條件下。

3.4 四顯示下線路通過能力

在維持既有天窗開設(shè)方案不變的條件下，朔黃鐵路信號(hào)機(jī)四顯示分布后，按照1 萬(wàn)t 列車追蹤間隔時(shí)間10 min計(jì)算，線路通過能力如下：

3 h天窗時(shí)為114對(duì)/d、4 h天窗時(shí)為108對(duì)/d、無(wú)天窗時(shí)為144對(duì)/d，線路平均通過能力為135對(duì)/d［7-9］。

4 “三改四”追蹤時(shí)間及通過能力變化分析

綜上所述，由三顯示閉塞系統(tǒng)改造至四顯示自動(dòng)閉塞后，上行重車方向區(qū)間閉塞分區(qū)單分區(qū)平均長(zhǎng)度由之前的1 842 m縮短至1 354 m，列車平均追蹤間隔距離由之前的5 512 m縮短至5 400 m。

4.1 區(qū)間追蹤間隔時(shí)間變化分析

三顯示閉塞系統(tǒng)下，區(qū)間追蹤間隔時(shí)間最大值為11 min，出現(xiàn)在博野—蠡縣區(qū)間通3750（中心里程K374+892）—通3812（中心里程K381+253）信號(hào)機(jī)所在地段。該地段連續(xù)3 個(gè)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度為6 361 m，是三顯示閉塞系統(tǒng)下全線列車追蹤間隔距離最大的地段；同時(shí)該追蹤間隔距離內(nèi)連續(xù)分布11 個(gè)坡段，坡度自-4.0‰～1.5‰不等，線路坡段長(zhǎng)度短、坡度起伏大，列車需持續(xù)牽引運(yùn)行，因此列車區(qū)間追蹤間隔時(shí)間較長(zhǎng)。

全線信號(hào)機(jī)按四顯示重新布點(diǎn)后，三顯示閉塞系統(tǒng)下區(qū)間追蹤間隔時(shí)間限制區(qū)段列車追蹤間隔距離由6 361 m縮短至5 350 m、區(qū)間追蹤間隔時(shí)間由11 min縮短至5.8 min，不再成為四顯示自動(dòng)閉塞下區(qū)間追蹤間隔時(shí)間的限制區(qū)段。四顯示自動(dòng)閉塞下，全線區(qū)間追蹤間隔時(shí)間最大值為10 min，出現(xiàn)在龍宮—北大牛區(qū)間進(jìn)405（中心里程K40+556）—通474（中心里程K47+440）信號(hào)機(jī)所在地段，該范圍內(nèi)線路連續(xù)長(zhǎng)大下坡，列車需周期制動(dòng)以滿足線路允許速度及《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定的下坡道制動(dòng)限速要求，故列車區(qū)間追蹤間隔時(shí)間較長(zhǎng)。

4.2 列車出發(fā)追蹤間隔時(shí)間變化分析

無(wú)論是三顯示閉塞系統(tǒng)還是四顯示自動(dòng)閉塞，列車出發(fā)追蹤間隔時(shí)間最大值均出現(xiàn)在神池南站，受神池南站咽喉區(qū)分布過長(zhǎng)，列車出發(fā)限速距離較長(zhǎng)（站中心至出站方向3.3 km范圍內(nèi)限速45 km/h），離去區(qū)段閉塞分區(qū)分布較大等因素影響。

三顯示閉塞系統(tǒng)下，神池南站黃燈發(fā)車時(shí)，列車出發(fā)追蹤間隔距離為4.659 km，車載模擬四顯示運(yùn)行條件下，1萬(wàn)t列車出發(fā)追蹤間隔時(shí)間為11 min。

四顯示自動(dòng)閉塞下，神池南站黃燈發(fā)車時(shí)，列車出發(fā)追蹤間隔距離為4.505 km，1 萬(wàn)t 列車出發(fā)追蹤間隔時(shí)間為10 min，較三顯示閉塞系統(tǒng)縮短1 min。

4.3 通過能力變化分析

根據(jù)朔黃鐵路1 萬(wàn)t 列車追蹤間隔時(shí)間由三顯示閉塞系統(tǒng)下的11 min 壓縮至四顯示自動(dòng)閉塞下的10 min，計(jì)算線路平均通過能力由三顯示閉塞系統(tǒng)下的122 對(duì)/d提高至四顯示自動(dòng)閉塞下的135 對(duì)/d，通過能力提高約10%［7-8］。

5 結(jié)論

三顯示自動(dòng)閉塞由于采用1個(gè)分區(qū)制動(dòng)，單閉塞分區(qū)長(zhǎng)度較長(zhǎng)。根據(jù)線路允許速度及列車編組方案的不同，一般情況下三顯示自動(dòng)閉塞單分區(qū)長(zhǎng)度在1 300～2 600 m；列車按照3 個(gè)閉塞分區(qū)追蹤，其追蹤距離一般在5 400～6 000 m。

四顯示自動(dòng)閉塞列車采用2個(gè)閉塞分區(qū)實(shí)行分級(jí)制動(dòng)以保證追蹤安全，單閉塞分區(qū)長(zhǎng)度較短，一般在1 000～1 400 m；列車按照4個(gè)閉塞分區(qū)追蹤，其追蹤距離一般在4 400～5 600m。

四顯示閉塞系統(tǒng)列車追蹤距離較三顯示閉塞系統(tǒng)縮短400～1 000 m，列車追蹤間隔可以壓縮0.4～1.0 min，因此，在線路條件及列車編組方案等因素相同的條件下，四顯示自動(dòng)閉塞較三顯示閉塞能夠提高線路通過能力［10-11］。