鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化研究

宋靜

摘 要：鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)是鐵路工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，不僅與車(chē)站設(shè)計(jì)方法有關(guān)，其中心是核心連接，更重要的是在形成過(guò)程中車(chē)站的整體運(yùn)輸能力是最重要的。鐵路站場(chǎng)由多地段和復(fù)雜的高速和城際列車(chē)支配。站場(chǎng)設(shè)計(jì)保證高峰時(shí)間運(yùn)輸和營(yíng)運(yùn)調(diào)度要求，滿足技術(shù)營(yíng)運(yùn)要求，提高服務(wù)質(zhì)量。同時(shí)，鐵路站場(chǎng)在正常的情況下，為了最大限度地發(fā)揮鐵路的運(yùn)輸能力，保證相互合作、相互補(bǔ)充、相互合作。鐵路站設(shè)計(jì)技術(shù)是當(dāng)前鐵路工程研究的一個(gè)重要課題，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、高效便捷的高速鐵路客運(yùn)站一般要求很重要。本文以鐵路站場(chǎng)為主題，研究其設(shè)計(jì)，并優(yōu)化相關(guān)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：鐵路;參數(shù)優(yōu)化;站場(chǎng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U238 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）05-0177-05

Research on Railway Station Yard Design and Parameter Optimization

Song Jing

（Xinjiang Railway Survey and Design Institute Co.， Ltd.， Urumuqi 830000，China ）

Abstract：The design of railway station yard is an important part of railway engineering design. It is not only related to the design method of railway station， its center is the core connection， but more importantly， the overall transport capacity of railway station is the most important during the formation process. The railway yard is dominated by multiple sections and complex high-speed and intercity trains. The design of the station ensures the peak time transportation and operation scheduling requirements， meets the technical operation requirements， and improves the service quality. At the same time， in order to maximize the railway transport capacity under normal conditions， railway stations and yards ensure mutual cooperation， mutual supplement and mutual cooperation. Railway station design technology is an important topic in railway engineering research at present. It is very important to realize the general requirements of high-speed railway passenger station， which is economical， reasonable， safe， reliable， efficient and convenient. This paper takes the railway station yard as the theme， studies its design and optimizes relevant parameters.

Key words：railway; parameter optimization; station design

2004年1月，國(guó)家根據(jù)《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》制定了“長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃”。2020年，總里程為10萬(wàn)km的鐵路網(wǎng)將在中國(guó)建成，其中12，000km的客運(yùn)將完成鐵路主干道與多個(gè)城市相連接的客運(yùn)系統(tǒng)。鐵路技術(shù)裝備和快速的客貨運(yùn)輸使中國(guó)鐵路機(jī)車(chē)及鐵路車(chē)輛技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，技術(shù)創(chuàng)新使現(xiàn)有鐵路、鐵路下游等級(jí)、橋梁、隧道等都有通信信號(hào)，給乘客提供便利。此外，鐵路的跨越式開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略對(duì)地區(qū)建設(shè)提出了新的要求。鐵路客運(yùn)專(zhuān)線的開(kāi)發(fā)代表了鐵路現(xiàn)代化的發(fā)展，具備強(qiáng)大的功能、高端設(shè)施和一流服務(wù)的多個(gè)現(xiàn)代客運(yùn)站點(diǎn)正在逐步建設(shè)之中。鐵路客運(yùn)專(zhuān)線是包括許多專(zhuān)業(yè)與復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)工程，其中，站場(chǎng)設(shè)計(jì)是鐵路工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，因?yàn)殍F路客運(yùn)專(zhuān)線以站場(chǎng)為核心，而且站臺(tái)的綜合運(yùn)力滿足了鐵路的運(yùn)輸服務(wù)設(shè)施需求。鐵路站場(chǎng)的設(shè)計(jì)保證了鐵路車(chē)輛與城市間車(chē)頭、許多地區(qū)之間的復(fù)雜的營(yíng)運(yùn)。而且還滿足了調(diào)整時(shí)間交通和營(yíng)運(yùn)的技術(shù)要求。站場(chǎng)也起到了現(xiàn)場(chǎng)的協(xié)同作用。在正常情況下，為保證鐵路最大容量的運(yùn)輸，站場(chǎng)設(shè)計(jì)必須實(shí)現(xiàn)客運(yùn)站的經(jīng)濟(jì)性、合理性、安全性、可靠性、效率性和便利性。而在鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)中，參數(shù)優(yōu)化又是極其重要的步驟。所以，為了探討我國(guó)鐵路的發(fā)展，本文將深入研究鐵路站場(chǎng)的設(shè)計(jì)以及其參數(shù)優(yōu)化。

1 鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)的參數(shù)分析

1.1 站場(chǎng)布局分析

1.1.1 站場(chǎng)布置圖型

在鐵路客運(yùn)站里，由于所有的旅客列車(chē)都在運(yùn)行，所以車(chē)站的安排和布線都比較簡(jiǎn)單。站臺(tái)布局模式與線路、橫線旅客列車(chē)線路的運(yùn)行模式、站點(diǎn)特點(diǎn)、運(yùn)行要求與火車(chē)的構(gòu)成、地形等條件密切相關(guān)。站臺(tái)布局必須滿足運(yùn)行要求。結(jié)合特定的情況，在主站臺(tái)設(shè)置中，交叉的主列車(chē)在主站臺(tái)停車(chē)會(huì)影響列車(chē)的跟蹤和超越能力。同時(shí)，由于鐵路過(guò)長(zhǎng)的影響，需要拉長(zhǎng)站臺(tái)上乘客的安全距離，設(shè)置安全柵欄。因此，原則上，高速列車(chē)的主站臺(tái)不能設(shè)置在兩側(cè)。由于出發(fā)地沒(méi)有列車(chē)或列車(chē)較少，因此可以設(shè)置在站臺(tái)兩側(cè)的貨運(yùn)通道上。

（1）越行站。由于站臺(tái)辦理鐵路列車(chē)，所以不包括高低速列車(chē)旅客乘降作業(yè)，所以使用適當(dāng)?shù)氖褂媚Ｊ?，設(shè)定了兩條到達(dá)路線，詳情如圖1所示。

（2）中間站。中間站的主要內(nèi)容是：

①各種火車(chē)處理;②處理線路停止列車(chē)的發(fā)車(chē)和乘客的上下車(chē);③有立即折返的中間站，處理火車(chē)的終到與始發(fā)作業(yè);④最初的列車(chē)客輪上的運(yùn)行及乘客卸載處理（包括清掃，供貨等）;⑤地方中線綜合調(diào)度;正常情況下，時(shí)間檢驗(yàn)和維修培訓(xùn)是主要的線路工作;⑥車(chē)站與現(xiàn)有鐵路線路連接的中轉(zhuǎn)站，處理到中間站的鐵路列車(chē)。

除上述作業(yè)外，在與其他鐵路連接的鐵路站，乘客可進(jìn)行換乘處理。中間站的模式顯示為圖2。為了避開(kāi)列車(chē)，像虛線一樣可以將出發(fā)線增加1個(gè)。圖2顯示適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)模式，以便于中間隔旋轉(zhuǎn)。而從圖3可以看出，回旋和脫離軌道的主要原則是為了到達(dá)而掉頭返回列車(chē)。

（3）始發(fā)、終到站。進(jìn)站時(shí)，可以根據(jù)需要保管行李，并在列車(chē)下端的路線及保養(yǎng)設(shè)備和方便的接近路線中檢查安全要求事項(xiàng)。在進(jìn)入或返回的行李箱較多的情況下，應(yīng)外包站內(nèi)主干線和下拉菜單。其優(yōu)點(diǎn)是轎車(chē)為主線，車(chē)輛不能啟動(dòng)，減少交叉干涉。新的起點(diǎn)類(lèi)型如圖4所示，由于始發(fā)站的基本相同，列車(chē)沒(méi)有連續(xù)搭乘，中間平臺(tái)之間可設(shè)定干線與起跑線。

1.1.2 站場(chǎng)設(shè)備布局

旅客專(zhuān)用線在運(yùn)輸組織方面和已有的路線有很大不同。旅客列車(chē)的車(chē)站結(jié)構(gòu)、裝備構(gòu)成與機(jī)車(chē)牽引不同。這些因素對(duì)乘客專(zhuān)用線的搬運(yùn)能力影響更大?？蛙?chē)專(zhuān)用線路的裝備包括固定裝備和移動(dòng)裝備，每個(gè)裝備通過(guò)運(yùn)輸能力對(duì)車(chē)站產(chǎn)生的影響不同。固定設(shè)備主要是開(kāi)關(guān)站和站點(diǎn)的聯(lián)動(dòng)設(shè)備。鐵路的種類(lèi)不同，橫方向的最大許可速度也不同，列車(chē)的最小接收車(chē)間的速度也被限制。選擇聯(lián)動(dòng)裝置可以提高工作效率。移動(dòng)設(shè)備主要是指EMU類(lèi)型（最大運(yùn)行速度、列車(chē)長(zhǎng)度、減速性能）和選在乘客專(zhuān)用線路列車(chē)上的列車(chē)控制系統(tǒng)，對(duì)車(chē)站的容納能力也會(huì)產(chǎn)生一定影響。旺季使用EMU，彌補(bǔ)不足的車(chē)基或記憶車(chē)路線。同時(shí)火車(chē)站的凝聚力和到達(dá)方向有很多。當(dāng)使用量大的時(shí)候，一些EMU會(huì)進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)。使用EMU時(shí)相對(duì)空閑，由于所缺乏的設(shè)備及容量，在其他時(shí)間內(nèi)EMU的出發(fā)次數(shù)發(fā)生變化，對(duì)運(yùn)輸能力有很大的影響。

鐵路旅客車(chē)站將被用作旅客列車(chē)的收站，運(yùn)行特性分為初期型、貫通型、停車(chē)型、轉(zhuǎn)身型，列車(chē)的種類(lèi)不同，出行時(shí)間也不同。各種列車(chē)的換乘率不同，出站線的容納車(chē)輛也跟著變更。因此，在一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)的貨物容量和頭發(fā)大小與各種列車(chē)的比率有很大關(guān)系。鐵路專(zhuān)用線路的起跑線上有多種解決方案。通過(guò)車(chē)站的基本類(lèi)型使用固定方向，車(chē)站是雙向使用的。幾乎沒(méi)有或根本沒(méi)有直達(dá)終點(diǎn)的火車(chē)站，客輪專(zhuān)用線的客輪固定在使用中。鐵路客運(yùn)能力由三個(gè)子系統(tǒng)組成，分別為起點(diǎn)、道路和動(dòng)作車(chē)。例如乘客出行線上的過(guò)境容量一般由s-rot控制，但EMU-segament的線量不夠，EMU處于線上狀態(tài)后應(yīng)停留在開(kāi)放和關(guān)閉階段，影響出行線上的車(chē)輛容納能力。因此要想充分發(fā)揮綜合站的傳球能力，三個(gè)子系統(tǒng)必須一致。

1.2 站場(chǎng)連接曲線參數(shù)

1.2.1 岔后曲線半徑

出發(fā)線路的主機(jī)開(kāi)關(guān)、起點(diǎn)的選擇與連接號(hào)主要在進(jìn)站和出站前考慮剎車(chē)信號(hào)的體現(xiàn)，在起點(diǎn)停下前考慮啟動(dòng)信號(hào)的體現(xiàn)，并盡快騰出主機(jī)，以提高交通能力。鐵路經(jīng)過(guò)側(cè)面的速度應(yīng)該允許乘客在給乘客提供舒適感的同時(shí)保持一致。根據(jù)列車(chē)的技術(shù)要求事項(xiàng)，一般使用開(kāi)關(guān)使列車(chē)的脖子面積和高速鐵路的脖子容易出入。主旅客專(zhuān)用線與起點(diǎn)之間的距離為18km，橫速度為80km/h，開(kāi)關(guān)后的曲線半徑為1200m以上，與18跑道導(dǎo)軌的半徑一致。開(kāi)關(guān)連接曲線的半徑不到1200m，考慮到乘客便利的要求事項(xiàng)，最適合放寬曲線。開(kāi)關(guān)連接后的曲線應(yīng)至少滿足80km/h的列車(chē)行駛速度半徑。脫離這條線的曲線一般不會(huì)被設(shè)定為松弛曲線，為了防止今后曲線升高，護(hù)欄的離心力和側(cè)面壓力會(huì)保持部分平衡。必須在鐵路上設(shè)置很高的標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算公式如下：

式（1） 中，h為外軌超高（mm），R為曲線半徑（m）。發(fā)車(chē)線路無(wú)緩和曲線，列車(chē)通過(guò)曲線，時(shí)間變化率受乘客舒適度的限制。分岔后的曲線半徑能滿足乘客舒適度條件如下：

式（2）中，b為旅客舒適度容許的欠超高時(shí)變率（mm/s），L為車(chē)體長(zhǎng)度，f為旅客舒適度容許的超高時(shí)變率（mm/s），Vmax為列車(chē)最高運(yùn)行速度（km/h）。

根據(jù)“鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范”，速度一般為25mm/s，困難情況為31mm/s。斜坡的時(shí)速一般為23mm/s，以變速曲線求出速度變化的曲線，18條跑道的最小曲線半徑為1200m，以滿足快感性要求。

1.2.2 緩和曲線

要保障在地役圈曲線上行駛的列車(chē)的安全便利要求，必須設(shè)定地役圈曲線。可用的地役圈曲線包括3條拋物線。只有滿足地緣曲線長(zhǎng)度的要求，才能保證各種線性地緣曲線運(yùn)行的安全和便利的要求事項(xiàng)。為了方便乘客，3條拋物線轉(zhuǎn)換曲線，轉(zhuǎn)換曲線的長(zhǎng)度計(jì)算如下：

式（3）中，f為旅客舒適度容許的超高時(shí)變率（mm/s），hq為旅客列車(chē)以最高行車(chē)速度通過(guò)的曲線時(shí)的欠高超（mm）。

如圖5所示，18號(hào)道岔以曲線半徑為中心，這條曲線的長(zhǎng)度不超過(guò)1200m，也就是說(shuō)，這條布的曲線長(zhǎng)度應(yīng)該是10m、20m以上。減少的原曲線傾斜應(yīng)在原曲線范圍內(nèi)，且最大傾斜比例不超過(guò)2%。

1.2.3 岔后曲線半徑

速度開(kāi)關(guān)的布局要求與標(biāo)準(zhǔn)要求在設(shè)置速度軌道結(jié)構(gòu)性無(wú)結(jié)果要求時(shí)，需要滿足不同類(lèi)型的季度使用枕木作為轉(zhuǎn)換部分，以便在此期間釋放轉(zhuǎn)換要求。開(kāi)放式鐵路的基本理論是由一列短路車(chē)輛在通過(guò)鐵路內(nèi)震動(dòng)后形成的一組曲線，在到達(dá)前一組曲線消失，形成一系列反開(kāi)關(guān)導(dǎo)軌的集合。線路之間的插入計(jì)算公式如下：

式（4）中，f是插入直線段長(zhǎng)度，V為側(cè)向最大過(guò)岔速度，n為車(chē)輛震動(dòng)衰減系數(shù)，t為車(chē)輛震動(dòng)周期。

國(guó)家高速鐵路曲線段之間的線性插入一般在0.4～0.6v之間，為此，我國(guó)鐵路車(chē)站干線上的開(kāi)關(guān)段之間的線性插入最小長(zhǎng)度按型確定：

式（5）中，v為側(cè)向允許通過(guò)速度，以km/h計(jì)。

設(shè)置了鐵路站點(diǎn)的主開(kāi)關(guān)，列車(chē)同時(shí)通過(guò)兩側(cè)線路時(shí)，直截區(qū)間的長(zhǎng)度=0.6x=48m，考慮到鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可以插入50m以上的鐵路。設(shè)定限制時(shí)，根據(jù)外國(guó)統(tǒng)計(jì)下限，插入干線的直線長(zhǎng)度，考慮到標(biāo)準(zhǔn)線路，可以插入0.4y（m）以上的線路長(zhǎng)度為33m以上。

1.3 到發(fā)線數(shù)量

（1）越行站、中間站。旅客出發(fā)路線的編號(hào)應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸組織方法，決定，并決定運(yùn)輸?shù)男再|(zhì)。傳輸屬性是列車(chē)，無(wú)論是否有列車(chē)，都將立即結(jié)束等。除了處理這條路線以外，中間站還在考慮路線，時(shí)速350km。除火車(chē)外，還為乘客提供服務(wù)。出發(fā)線路2～4條，時(shí)間少，返程運(yùn)行長(zhǎng)時(shí)間中斷。

（2）始發(fā)站。始發(fā)線和到達(dá)線的數(shù)量要根據(jù)列車(chē)的種類(lèi)、運(yùn)行性質(zhì)、停車(chē)時(shí)間和列車(chē)的雙雙來(lái)決定。所有的火車(chē)必須在中央車(chē)站停車(chē)，才能在起跑點(diǎn)上計(jì)算。由于內(nèi)設(shè)、外設(shè)和外設(shè)的優(yōu)先順序，只有少數(shù)外設(shè)能在主要起跑線上適當(dāng)考慮。

2 鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)的參數(shù)優(yōu)化

軌導(dǎo)曲線與季度連接線結(jié)合后形成的插入長(zhǎng)度與季度曲線之間最大的輪滑軌脫軌系數(shù)的關(guān)系如圖6所示。隨著插入長(zhǎng)度的增加，最大脫軌系數(shù)逐漸減少。如圖7所示，軌道向?qū)€與季度適當(dāng)連接的曲線形成綜合曲線后，插入長(zhǎng)度從16m增加到32m，橫方向加速度降低0.16m/s。垂直加速度下降0.03m/s。插入長(zhǎng)度從32mm增加到48m，橫方向加速度為0.11m/s，垂直加速度減少到0.01m/s。當(dāng)插入長(zhǎng)度超過(guò)32m時(shí)，振動(dòng)減退幾乎不會(huì)受到影響。以鐵路向?qū)€和分叉點(diǎn)為例，在圖8中，將連接曲線形成曲線，最大輸出力是插入季度曲線的長(zhǎng)度。當(dāng)插入長(zhǎng)度超過(guò)32m時(shí)，插入長(zhǎng)度的改變會(huì)影響輪式/軌道磨損后季度曲線的最大力量。

圖9中，鐵路與車(chē)站曲線形成連接曲線后，插入長(zhǎng)度與季度曲線的最大車(chē)輪脫軌系數(shù)之間的關(guān)系越拉長(zhǎng)，脫軌系數(shù)越小，插入越多。如果長(zhǎng)度超過(guò)32m，插入長(zhǎng)度的變化將對(duì)輪滑軌脫軌系數(shù)以后的季度曲線產(chǎn)生最大的影響?？梢栽趫D10和圖11中看到開(kāi)關(guān)導(dǎo)線和反曲線。插入長(zhǎng)度從16m增加到32m后形成的季度連接曲線，橫方向加速度下降0.17m/3。垂直加速度下降0.04m/3。插入長(zhǎng)度從32m增加到48m，橫方向加速度降低到0.1m/秒，垂直加速度降低到0.01m/3。插入長(zhǎng)度超過(guò)32m，振動(dòng)減小效果就不大。保證舒適和安全的0.4y長(zhǎng)度。圖12顯示，導(dǎo)軌曲線與倒曲線插入后形成的季度連接曲線與插入后季度曲線之間的輪滑鐵軌磨損與最大輸出關(guān)系插入?yún)^(qū)間加長(zhǎng)并磨損，并逐漸減少最大的電力消耗。

3 結(jié)論

高速獨(dú)立場(chǎng)區(qū)可以減少干預(yù)，方便管理和交通組織，面積布局相對(duì)簡(jiǎn)單化，長(zhǎng)度相對(duì)縮短，站場(chǎng)容量相對(duì)大，使高速列車(chē)、國(guó)際都市列車(chē)開(kāi)始運(yùn)行，能夠更好地滿足列車(chē)的運(yùn)輸要求事項(xiàng)，對(duì)工作及乘客和頭發(fā)都有好處。文章研究曲線半徑的對(duì)稱關(guān)系，在各個(gè)側(cè)面的季度速度中決定滿足快感要求事項(xiàng)的季度曲線半徑，確認(rèn)季度曲線的半徑為1200m后是否小于導(dǎo)軌曲線半徑。鐵路的站場(chǎng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的工作，需要更廣泛地研究復(fù)雜的技術(shù)運(yùn)行模擬與模擬。探究站臺(tái)設(shè)計(jì)安全評(píng)價(jià)等問(wèn)題及其他問(wèn)題的優(yōu)化，對(duì)經(jīng)濟(jì)安全、可靠、高效、方便的高速客運(yùn)站的深度研究與設(shè)計(jì)是必需的。

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