城際鐵路到發(fā)線有效長度 優(yōu)化方案研究

李智基

（中國鐵路設(shè)計集團有限公司 線路站場與樞紐設(shè)計研究院，天津 300308)

目前，我國已開通運營的莞惠(東莞西—小金口)、廣清(廣州北—清城)、廣珠(廣州南—珠海)等城際鐵路均采用站臺候車，CTCS-2列控系統(tǒng)，400 m到發(fā)線長度，列車發(fā)車間隔時間較長。京津冀、長三角、珠三角等都市圈城際鐵路，經(jīng)城區(qū)線路采取地下敷設(shè)，具有斷面客流量大、乘客站臺候車、付費區(qū)換乘等顯著的公交化運營特征，有著對運輸系統(tǒng)能力需求較高、與城市軌道交通實現(xiàn)一體化運營的要求。作為城際鐵路主要技術(shù)標準之一的到發(fā)線有效長度，對車站的設(shè)計規(guī)模和工程投資、列車出清被占用股道的時間均有影響。為此，在研究《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》相關(guān)條文的規(guī)定及有效長度計算原理分析基礎(chǔ)上，結(jié)合CTCS-2列控系統(tǒng)的功能增強，對城際鐵路到發(fā)線有效長度進行優(yōu)化，以期縮減車站建筑規(guī)模，減少工程投資，提高運營效率。

1 到發(fā)線有效長度計算分析

1.1 參數(shù)分析

到發(fā)線有效長度是指股道能停放列車而不影響相鄰股道作業(yè)的最大長度，一般由信號機或者警沖標位置來控制。城際鐵路到發(fā)線有效長度的主要影響因素包括列車長度、安全防護距離、停車余量、附加余量和到發(fā)線的進路設(shè)置方式等5項[1-2]。

（1）列車長度。根據(jù)《時速200和300公里動車組主要技術(shù)條件》(鐵運函[2006]462號)的相關(guān)規(guī)定，適用于250 km/h以下的動車組為CRH1，CRH2-200，CRH5共3種型號，此外還有專門供城際鐵路使用的CRH6型動車組(按速度140 km/h，160 km/h，200 km/h分為 3種型號)[3]?！冻请H鐵路設(shè)計規(guī)范》規(guī)定按照8輛編組CRH1型車，列車長度214 m控制計算站臺長度，主要考慮站臺長度的包容性(8輛編組時CRH2型列車總長度201.4 m，CRH5型列車總長度211.5 m，CRH6型列車總長度201.4 m)。

（2）安全防護距離。安全防護距離指停車點至第一個可能的危險點之間的距離，即司機確認停車點至出站信號機的距離。中國國家鐵路集團有限公司(以下簡稱“國鐵集團”)相關(guān)文件對于CTCS-2列控車載設(shè)備規(guī)定最大常用制動的安全防護距離為60 m，考慮到一定的冗余誤差，應(yīng)答器組設(shè)于距出站信號機65 m處，應(yīng)答器組間距離一般取5 m。

（3）停車余量。為避免列控監(jiān)控曲線接近零速影響司機駕駛，站臺端部至應(yīng)答器組之間預(yù)留 10 m的余量。

（4）附加余量。根據(jù)目前各類型動車組第一輪對距離車頭的距離最長為4.85 m，取整為5 m。進而確定警沖標至絕緣節(jié)的距離為5 m。

（5）進路設(shè)置方式?？紤]到發(fā)線運營使用具有靈活性，鐵路工程一般按雙進路進行設(shè)計，這就要求在到發(fā)線兩端均設(shè)置安全防護距離，以保證列車運營安全。對于列車發(fā)車間隔較為緊密的城市軌道交通項目，雙進路的使用概率極低?？紤]單進路設(shè)計時，僅保留到發(fā)線一端的安全防護距離。

1.2 城際鐵路到發(fā)線有效長度計算

（1）到發(fā)線有效長度計算場景。依據(jù)《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，采用雙進路設(shè)計的貫通式到發(fā)線有效長度計算有3種情況：①線路一端的警沖標至另一端的警沖標；②線路一端的警沖標至另一端有效長度計算點；③線路兩端的有效長度計算點間距，盡頭式到發(fā)線為出站端警沖標至盡頭端滑移擋車器起點距離。

（2）到發(fā)線有效長度計算方法。基于計算參數(shù)的分析，采用CTCS-2列控系統(tǒng)時，城際鐵路到發(fā)線有效長度除了必須滿足列車長度外，還需要考慮一定的停車余量以及安全防護距離的要求[4-5]。對于單進路設(shè)計的到發(fā)線，其有效長度計算公式為

式中：L效為到發(fā)線有效長度，m；L列為列車長度，m；L余為停車余量，m；L安為站臺每側(cè)安全防護距離，m。

對于雙進路設(shè)計的到發(fā)線，需要考慮到發(fā)線兩端均設(shè)置安全防護距離，有效長度計算公式為

根據(jù)《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》中到發(fā)線均按雙進路設(shè)計的規(guī)定，結(jié)合上述計算公式，到發(fā)線有效長度計算的規(guī)定，分貫通式、盡端式2種情況。

對于貫通式車站，使用8輛編組動車組列車，站臺長度取220 m，其有效長度計算為：(5 + 65 + 5 + 10)×2 + 220 = 390 m，取整為400 m。貫通式到發(fā)線有效長度示意圖如圖1所示。

圖1 貫通式到發(fā)線有效長度示意圖Fig.1 Schematic diagram of the effective length of through arrival-departure track

對于盡端式車站，發(fā)車端可不考慮安全防護距離，但需要考慮出站信號機應(yīng)答器至警沖標的距離25 m。當使用8輛編組動車組列車，站臺長度取220 m時，其到發(fā)線有效長度計算為：(5 + 20 + 5) + 220 + (5 + 65 + 5) = 325 m。盡端式到發(fā)線有效長度示意圖如圖2所示。

圖2 盡端式到發(fā)線有效長度示意圖Fig.2 Schematic diagram of the effective length of dead-end arrival-departure track

2 到發(fā)線有效長度優(yōu)化方案

2.1 到發(fā)線優(yōu)化條件分析

結(jié)合城際鐵路公交化運營需求、城際鐵路到發(fā)線有效長度計算方法及影響因素分析，對到發(fā)線有效長度的各組成部分進行優(yōu)化如下。

（1）為保證列車?？繒r的行車安全，警沖標至絕緣節(jié)的距離為5 m?？紤]現(xiàn)有建設(shè)和開通運營的城際鐵路多采用CRH系列動車組，為保持兼容性，對這個距離不做調(diào)整。

（2）對于安全防護距離65 m，由于涉及到行車安全事項，研究不進行調(diào)整。

（3）應(yīng)答器組間距5 m為設(shè)備參數(shù)要求，亦不進行調(diào)整。

（4）對于10 m的停車余量，考慮采用ATO自動駕駛功能，列車進站停車由車載設(shè)備完成，且列車停車位置標設(shè)于站臺范圍內(nèi)，應(yīng)答器設(shè)于站臺端部，應(yīng)答器與車載應(yīng)答器天線至少還有天線至車頭的距離，正常停車情況下應(yīng)答器默認停車報文不會影響到列控監(jiān)控曲線，因此建議取消該余量(優(yōu)化后站臺兩端可各減少10 m)。

（5）站臺長度取值220 m，是為兼容全部8輛編組CRH車型進行的規(guī)定?？紤]某區(qū)域城際鐵路線網(wǎng)內(nèi)車輛選型為統(tǒng)一的CRH6型動車組，車輛長度為201.4 m，站臺長度取值考慮縮短10 m改為 210 m (與珠三角城際站臺長度一致)。

（6）對于原規(guī)范計算取整增加的10 m (規(guī)范中計算長度為390 m，取整為400 m)，優(yōu)化考慮取消。

（7）根據(jù)《鐵路車站及樞紐設(shè)計規(guī)范》(TB 10099-2017)條文解釋3.1.7第1款內(nèi)容，“單方向接發(fā)列車的城際鐵路車站到發(fā)線有效長度可縮短甚至不考慮進站端的安全防護距離，因此到發(fā)線有效長度可以縮短”的規(guī)定[6-7]，若城際鐵路線路采用單方向接發(fā)列車的運營組織模式，可取消反向進站時的安全防護距離65 m，但需考慮應(yīng)答器組與出站信號機的設(shè)置距離20 m，即若只考慮單方向接車，則到發(fā)線有效長度可再縮短45 m。

以上各項計算參數(shù)的優(yōu)化都是在保障行車安全、在設(shè)計規(guī)范允許的范圍內(nèi)實現(xiàn)的，即本次優(yōu)化研究的基礎(chǔ)是不突破《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，合理地縮短到發(fā)線的有效長度。

2.2 到發(fā)線有效長度優(yōu)化方案

根據(jù)上述優(yōu)化分析，提供如下3個優(yōu)化方案。

（1）方案I。僅結(jié)合第(5)、第(6)條優(yōu)化，保留站臺端至應(yīng)答器組的距離10 m，到發(fā)線有效長度可優(yōu)化為380 m。

（2）方案II。綜合第(4)至第(6)條優(yōu)化分析，到發(fā)線有效長度計算為(5 + 65 + 5)×2 + 210 = 360 m。優(yōu)化方案II貫通式到發(fā)線有效長度構(gòu)成示意圖如圖3所示。

（3）方案III。綜合第(4)至第(7)條優(yōu)化分析，考慮反向行車除故障情況下、僅在少數(shù)有折返作業(yè)的車站需反向運行，對于明確無反向行車作業(yè)的車站，到發(fā)線有效長度計算為： (5 + 20 + 5) + 210 + (5 +65 + 5) = 315 m。

優(yōu)化方案III貫通式到發(fā)線有效長度構(gòu)成示意圖如圖4所示。

2.3 方案可行性分析

（1）運營組織。設(shè)計采用優(yōu)化方案I、優(yōu)化方案II，對項目后期的運營組織沒有任何影響。采用方案I 與國家鐵路的設(shè)計標準一致，對于國家鐵路跨線運行的列車沒有任何改變，僅結(jié)合城際鐵路采用固定動車組車型情況，相應(yīng)優(yōu)化調(diào)整站臺長度、核減原計算取整的10 m數(shù)值。采用方案III實施建設(shè)的城際車站，若需要反方向運行，且停在未考慮反向安全防護的車站時，需靠人工指揮來保證反向進站停車的行車安全。目前，國鐵集團運營管理的線路和以珠三角城際鐵路為代表的城際鐵路均按雙進路設(shè)計。由于絕大部分車站都設(shè)置有到發(fā)線和渡線，一旦單方向發(fā)生事故，單線雙方向運行可以滿足運營不中斷的基本要求，且在相鄰車站有條件恢復(fù)雙線運行。城市軌道交通反方向行車比較少，但有以下幾種情況需考慮反向行車安全防護距離：一是有動車組走行線接軌的車站，一般要求動車組走行線設(shè)計為雙進路，因此接軌車站的到發(fā)線有效長度需要按雙方向接車設(shè)計；二是有站前折返作業(yè)需求的折返站線路也需要按雙方向行車設(shè)計；三是城市軌道交通早班軋道車的實際運營需求，為了節(jié)約時間，在始發(fā)站一般是按雙方向組織運行，在中間站不停站通過，對于軋道車來說可以只考慮末端站的反向運行即可。綜合分析，方案III僅適用于無折返作業(yè)需求、無動車組走行線接軌的中間站。考慮工程實際需求，僅有線路兩端的折返站可不兼顧反向行車安全防護距離，但同時也制約了軋道車反向運行不能停留，需要采取人工信號引導(dǎo)接車。

圖3 優(yōu)化方案II貫通式到發(fā)線有效長度構(gòu)成示意圖Fig.3 Schematic diagram of the effective length composition of through arrival-departure track in the optimization scheme II

圖4 優(yōu)化方案III貫通式到發(fā)線有效長度構(gòu)成示意圖Fig.4 Schematic diagram of the effective length composition of through arrival-departure track in the optimization scheme III

（2）控車影響。各優(yōu)化方案沒有改變動車組車載設(shè)備控車的安全防護距離，僅壓縮了應(yīng)答器組至站臺端的各10 m停車余量?？紤]線路采用CTCS-2列控系統(tǒng)并增加ATO功能，股道信號設(shè)備在除出站信號機應(yīng)答器組外40 m，100 m處分別增加了定位應(yīng)答器，增加的定位應(yīng)答器組可以提高列車定位及控車精度，能夠保證行車安全。根據(jù)國鐵集團高速鐵路ATO相關(guān)技術(shù)規(guī)定，ATO判斷停準距離可以達到±0.5 m[8]。對于停車余量，考慮僅在設(shè)備故障時司機控車時有用，結(jié)合城市軌道交通線路公交化運營需求以及線路設(shè)備故障情況司機控車的運營維護管理規(guī)定，本次優(yōu)化方案可按信號設(shè)備故障情況下對司機控車的管理辦法一致來管理。關(guān)于動車組列車在國鐵集團運營管理的線路不允許退行的規(guī)定[9]，考慮城市軌道交通運營公司允許司機在一定范圍內(nèi)退行以對準屏蔽門/站臺門的運營需求和管理辦法，建議地方政府主導(dǎo)的城際鐵路按城市軌道交通管理模式對列車退行制定相應(yīng)的管理辦法。

綜合分析，采用方案III僅對有越行功能的中間站有工程投資的優(yōu)化，同時方案III還需制定特殊管理辦法。而采用方案II，按雙方向行車設(shè)計，能夠為項目后期運營管理提供一個系統(tǒng)完整的功能場景。故研究推薦方案II，即城際鐵路到發(fā)線有效長度優(yōu)化至360 m的方案。

2.4 其他站線有效長度優(yōu)化方案

根據(jù)上述到發(fā)線有效長度的優(yōu)化分析方法，車站其他站線股道的有效長度亦可進行優(yōu)化。對于車站設(shè)置有折返線和存車線的情況，其有效長度優(yōu)化如下。

（1）盡端式折返線及存車線。依據(jù)優(yōu)化方案II的計算方法(車輛長度暫參考CRH6型車長度取整202 m，應(yīng)用中可根據(jù)車輛選型采取包容性設(shè)計)，線路一端的盡端式存車線或折返線的有效長度為：(5 + 65 + 5) + 202 + 5 + 20 = 302 m。盡端式折返線及存車線有效長度示意圖如圖5所示。

圖5 盡端式折返線及存車線有效長度示意圖Fig.5 Schematic diagram of the effective length of dead-end turnback track and storage siding

（2）貫通式折返線及存車線。考慮線路有遠期預(yù)留延伸條件需求的情況下，線路一端的折返站可設(shè)置貫通式折返線。結(jié)合優(yōu)化方案II的算法(車輛長度暫參考CRH6型車長度取整202 m)，該情形下的折返線或存車線有效長度計算為：(65 + 5) + 202 + 5 + 20 = 297 m。貫通式折返線及存車線有效長度示意圖如圖6所示。

圖6 貫通式折返線及存車線有效長度示意圖Fig.6 Schematic diagram of the effective length of through turnback track and storage siding

3 到發(fā)線有效長度優(yōu)化效果

（1）有效縮短車站長度，節(jié)約工程投資。以某客流斷面大、具有公交化運營需求特征的城際鐵路為例，大部分選線經(jīng)過城市建成區(qū)，線路需采用地下敷設(shè)的方式。到發(fā)線有效長度設(shè)計取值對車站的長度、車站明挖規(guī)模和基坑開挖安全風險有較大的影響。尤其是線網(wǎng)中節(jié)點樞紐站，引入線路多，車站規(guī)模大，埋深較深的情況，影響更為顯著。經(jīng)初步測算，若到發(fā)線有效長度按照360 m的優(yōu)化方案進行設(shè)計，則較400 m設(shè)計方案的車站建筑面積共可減少約24 000 m2，土建工程投資可節(jié)省約3.12億元，占全線車站土建投資的比例為3.5%。

（2）提高列車追蹤運行效率。①折返站的情形。對于一島兩線，采用站后折返的車站，咽喉區(qū)道岔采用12號道岔(側(cè)向允許速度為50 km/h)。經(jīng)列車牽引計算模擬，在同一車站布置型式下，到發(fā)線有效長度采用360 m方案的折返間隔會比采用400 m方案的折返間隔節(jié)省3.2 s，全線可節(jié)省22.4 s。②越行站的情形。對于有越行需求的車站，設(shè)計正線上采用12號道岔(側(cè)向允許速度為50 km/h)。經(jīng)過牽引計算實驗?zāi)M可知，采用到發(fā)線有效長度為360 m的方案區(qū)間追蹤時間會比采用400 m的方案減小約1.6 s。

（3）減少列車側(cè)向運行時間。一般情況下，動車組列車通過側(cè)向道岔時，會存在限速運行(例如12號道岔側(cè)向限速50 km/h)，而到發(fā)線有效長度的取值則直接決定了側(cè)向限速運行的影響范圍。經(jīng)模擬計算，對于有側(cè)向接發(fā)動車組列車需求的車站，采用到發(fā)線有效長度360 m的方案進站時間會比400 m的方案減小1.6 s，出站時間也會減少1.6 s，進出站可節(jié)約時間3.2 s。

由上述分析可見，車站到發(fā)線有效長度的優(yōu)化對于縮減車站規(guī)模、節(jié)省工程投資、縮短列車進出站時間、提高運營效率等方面具有現(xiàn)實意義。

4 結(jié)束語

研究以有公交化運營運輸需求、全地下敷設(shè)方式為主要特征的城際鐵路為基礎(chǔ)，考慮城際鐵路信號控制系統(tǒng)技術(shù)進步的情況，對城際鐵路的到發(fā)線有效長度標準進行了優(yōu)化研究。通過到發(fā)線有效長度的計算方法分析，優(yōu)化站臺長度、停車余量以及計算取整等3部分數(shù)值，在CTCS-2列控系統(tǒng)增加ATO功能、增加定位應(yīng)答器組等設(shè)備后，推薦將城際鐵路的主要技術(shù)標準之一的到發(fā)線有效長度優(yōu)化為360 m的方案。研究結(jié)論可以為優(yōu)化城際鐵路到發(fā)線有效長度設(shè)計標準提供參考。