境外項(xiàng)目高鐵中間站道岔選型相關(guān)問題探討

馬彥祥

中鐵第四勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司國際事業(yè)部 湖北 武漢 430063

1 概述

根據(jù)我國高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范10.2.7規(guī)定，高速鐵路正線及側(cè)向接發(fā)動(dòng)車組列車的到發(fā)線上道岔一般采用18號(hào)道岔，滿足側(cè)向80km/h的通過速度要求[1]。法國、德國、日本等高速鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)未明確道岔型號(hào)，但從境外鐵路項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用中看，一般道岔側(cè)向速度選擇60-130km/h不等。研究高速鐵路客運(yùn)中間站道岔選型，在不同情況下選用合適的道岔，對(duì)線路通過能力和乘坐舒適性以及提高平縱斷面及車站平面設(shè)計(jì)的靈活性，降低工程投資具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)對(duì)境外高速鐵路客運(yùn)中間站設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

2 境外高鐵中間站正線連接到發(fā)線的道岔選用介紹

道岔類型的選用在站場(chǎng)設(shè)計(jì)中是一個(gè)關(guān)鍵問題。選擇合適的道岔類型是保證運(yùn)營要求，合理確定站場(chǎng)平面布置的重要前提。道岔類型應(yīng)結(jié)合運(yùn)營需求，根據(jù)道岔所需滿足的直向通過速度及側(cè)向通過速度來選用。從國際鐵路聯(lián)盟關(guān)于高速鐵路的定義得出，高鐵中間站道岔直向速度應(yīng)為新建鐵路250km/h及以上，既有線升級(jí)改造鐵路200km/h及以上；道岔側(cè)向速度沒有特別的規(guī)定，根據(jù)項(xiàng)目的具體情況選取，一般在60-130km/h不等，常采用的道岔號(hào)數(shù)有12號(hào)15號(hào)、18.5號(hào)、26.5號(hào)等。

本文主要探討高鐵一般中間站側(cè)向連接到發(fā)線的道岔側(cè)向通過速度及其道岔選用。由于國際上道岔號(hào)數(shù)眾多，各國甚至各道岔廠家生產(chǎn)的相同號(hào)數(shù)道岔對(duì)應(yīng)的道岔的前后長，全長以及導(dǎo)曲線半徑等參數(shù)也各不相同。本次研究，道岔號(hào)數(shù)以境外項(xiàng)目中使用較多的國際鐵路聯(lián)盟UIC711規(guī)范及滿足歐標(biāo)規(guī)范的常用高鐵道岔為研究基礎(chǔ)[2]。

3 道岔選用的相關(guān)影響分析

3.1 不同道岔類型對(duì)舒適性的影響

道岔是軌道結(jié)構(gòu)的最薄弱部分，是限制列車運(yùn)行速度的關(guān)鍵設(shè)備，同時(shí)道岔平面設(shè)計(jì)參數(shù)是控制行車速度、安全和旅客舒適度的重要指標(biāo)。道岔的舒適度主要以未被平衡的離心加速度（離心加速度）和離心加速度變化率（時(shí)變率）來體現(xiàn)[3]。

其中V為道岔允許最大側(cè)向速度，R為道岔導(dǎo)曲線半徑，L為道岔全長。

根據(jù)計(jì)算，1/12，1/15，1/18.5和1/26.5道岔的離心加速度分別為0.65，0.65，0.64和0.552；時(shí)變率分別為1.02，0.96，0.99和0.72?？梢钥闯霰敬窝芯窟x取的12號(hào)、15號(hào)以及18.5號(hào)道岔舒適度相當(dāng)，26.5號(hào)道岔的離心加速度和時(shí)變率均低于其它道岔類型，可見其舒適度明顯優(yōu)于其它類型道岔。在實(shí)際項(xiàng)目中，各國高速鐵路對(duì)舒適度有著不同的要求，應(yīng)結(jié)合具體要求對(duì)不同型號(hào)道岔進(jìn)行評(píng)估。

3.2 不同道岔類型對(duì)到發(fā)線有效長度的影響分析

高速鐵路車站到發(fā)線有效長是指到發(fā)線兩個(gè)警沖標(biāo)間的長度，車站到發(fā)線有效長必須滿足列車長度和列車?？空九_(tái)的要求，還需考慮一定的停車余量以及安全防護(hù)距離的要求。對(duì)于雙進(jìn)路設(shè)計(jì)的到發(fā)線，其有效長還應(yīng)考慮兩側(cè)的安全防護(hù)距離。由于各國對(duì)安全防護(hù)距離的定義有所不同[4]，本次研究參考德國高速鐵路中間站到發(fā)線有效長的計(jì)算原理和方法。

圖1 到發(fā)線有效長計(jì)算示意圖

本次按雙進(jìn)路設(shè)計(jì)到發(fā)線，有效長要同時(shí)滿足兩個(gè)方向接車需求。因此，站臺(tái)端部至警沖標(biāo)的距離（L防）不僅要考慮進(jìn)站后站臺(tái)前端的安全防護(hù)要求，還要滿足反向接車時(shí)，列車能夠在站臺(tái)端部停車的走行距離要求。當(dāng)列車以較低的側(cè)向速度進(jìn)站，站臺(tái)長加防護(hù)距離能夠滿足列車制動(dòng)距離要求。隨著列車通過道岔側(cè)向速度的提高，剎車距離將增加，將無法在站臺(tái)端部停車時(shí)，需增加警沖標(biāo)至站臺(tái)端的距離以滿足停車要求。為計(jì)算理論的最小到發(fā)線有效長，本次研究以道岔中心位置為車頭制動(dòng)起點(diǎn)，采用最大常用制動(dòng)加速度，分別研究不同的道岔側(cè)向速度下，不同列車長度所需的最小到發(fā)線有效長度。

其走行距離S剎和走行時(shí)間tk如下所示：

其中：

-L防按照德國高鐵中間站采用的歐洲列控系統(tǒng)及計(jì)算方法，包含信號(hào)能見距離、列車伸長防護(hù)區(qū)段、列車伸長防護(hù)至絕緣節(jié)距離。取值為25m。過走防護(hù)距離按延伸至正線考慮，不含在有效長范圍內(nèi)[5]。

-L車按照平均每節(jié)車長25m計(jì)算，站臺(tái)長度（車長）分別以6輛，8輛，10輛，12輛，16輛和20輛這6種不同情況進(jìn)行計(jì)算。

-式中10m是不準(zhǔn)確停車距離。

-tk按照司機(jī)反應(yīng)時(shí)間取2.3秒，制動(dòng)加速度采用最大常用制動(dòng)加速度，如下表所示：

表1 道岔有效長計(jì)算參數(shù)取值表

經(jīng)過計(jì)算，不同型號(hào)道岔以最大側(cè)向允許速度停車的制動(dòng)距離如下。

表2 不同側(cè)向速度進(jìn)站的停車制動(dòng)距離

表3 到發(fā)線有效長度計(jì)算結(jié)果表

對(duì)于雙進(jìn)路設(shè)計(jì)的到發(fā)線，在列車編組一定時(shí)，當(dāng)采用側(cè)向速度較高的道岔時(shí)，到發(fā)線有效長將逐步增加。例如16輛編組情況下，當(dāng)?shù)啦韨?cè)向速度為65km/h和80km/h時(shí)，到發(fā)線有效長為470m，當(dāng)速度提高到100km/h和130km/h時(shí)，到發(fā)線有效長將達(dá)到520m和1290m。

3.3 不同道岔類型對(duì)列車追蹤間隔時(shí)間的影響

列車追蹤間隔時(shí)間是影響高速鐵路通過能力的重要因素，中間站作為高速鐵路重要的生產(chǎn)場(chǎng)所，其追蹤間隔時(shí)間將直接影響整條線路的通過能力和運(yùn)輸效率。道岔的合理選用與中間站最小追蹤間隔時(shí)間密切相關(guān)，而其中的車站接車作業(yè)進(jìn)路是影響列車追蹤間隔時(shí)間和運(yùn)輸效率的關(guān)鍵，即車站到達(dá)作業(yè)間隔時(shí)間是影響列車追蹤間隔時(shí)間的關(guān)鍵[6][7]。

參考相關(guān)文獻(xiàn)，當(dāng)正線速度250km/h，列車分別以最大允許速度65km/h,80km/h,100km/h，130km/h經(jīng)道岔側(cè)向停站時(shí)，不同編組情況下的到達(dá)追蹤間隔時(shí)間結(jié)果如下。

從表4可以得出，當(dāng)正線速度為250km/h，分別以65km/h至130km/h通過道岔側(cè)向進(jìn)站時(shí)，不同編組情況均可以滿足同方向到達(dá)追蹤間隔時(shí)間3分鐘。其中當(dāng)編組小于10輛時(shí)，上述4種速度分別通過道岔側(cè)向進(jìn)站，均可滿足2分鐘間隔時(shí)間。通過提高道岔側(cè)向速度，均可以不同程度的縮短到達(dá)間隔時(shí)間。以10編組為例，當(dāng)?shù)啦韨?cè)向速度從65km/h分別提高到80km/h，100km/h和130km/h時(shí)，到達(dá)間隔時(shí)間分別縮短了9秒，17秒和22秒。

表4 同方向到達(dá)追蹤間隔時(shí)間計(jì)算表

通常情況下，境外高速鐵路運(yùn)量和行車密度要求相對(duì)較低，即使速度較低的道岔進(jìn)站，也可以滿足追蹤間隔時(shí)間要求。所以，一般來講，車站追蹤間隔時(shí)間要求不會(huì)成為限制道岔型號(hào)選擇的決定因素。當(dāng)出現(xiàn)個(gè)別行車密度大，對(duì)追蹤間隔時(shí)間要求高時(shí)，可以通過較高的道岔側(cè)向速度達(dá)到縮短追蹤間隔時(shí)間的目的。

4 對(duì)車站主要工程量的影響

不同的列車長度和道岔側(cè)向速度，到發(fā)線的有效長度。同時(shí)，不同側(cè)向速度道岔的幾何參數(shù)不同，速度越高，道岔全長越長且角度越小，因此會(huì)大大增加咽喉區(qū)的長度和整個(gè)站坪長度，從而對(duì)車站的主要工程量產(chǎn)生影響。

當(dāng)列車以某個(gè)最大側(cè)向速度進(jìn)站制動(dòng)停車，剛好能停在滿足站臺(tái)長加安全防護(hù)距離內(nèi)，則該側(cè)向速度和編組輛數(shù)匹配性較好，能充分發(fā)揮設(shè)施設(shè)備的功能。此外，相同的道岔側(cè)向速度其剎車距離相同。因此，從工程投資角度分析，短編組與較低的道岔側(cè)向速度匹配，而長編組與較高的道岔側(cè)向速度更加匹配。

表5 編組輛數(shù)與道岔側(cè)向速度的匹配關(guān)系表

以某國250km/h,10輛編組的高速鐵路中間站為例，該站為落地站，平均填高為4m。通過分析得出不同道岔型號(hào)對(duì)工程量的影響。

與65km/h的側(cè)向速度方案相比，80km/h方案工程費(fèi)用增加685萬，主要為道岔相關(guān)費(fèi)用（約640萬），土石方和鋪軌工程變化不大，而100km/h和130km/h時(shí)，土方和鋪軌工程也顯著增加，工程費(fèi)用將分別增加2086萬元和12650萬元?？梢?，在與編組輛數(shù)相匹配的道岔側(cè)向速度內(nèi)，工程量隨側(cè)向速度增加緩慢增加；但當(dāng)側(cè)向速度超過匹配速度時(shí)，工程投資將明顯增加。因此，從工程角度和設(shè)施設(shè)備使用效率來講，建議采用與編組輛數(shù)相匹配的道岔側(cè)向速度，即該案例建議選用80km/h側(cè)向通過道岔。

5 結(jié)論與建議

通過對(duì)境外高速鐵路一般中間站到發(fā)線側(cè)向道岔型號(hào)的選取相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，不同型號(hào)的境外常用道岔舒適度差異較小，同時(shí)對(duì)列車追蹤間隔時(shí)間的影響也非常有限，而工程量和投資是道岔號(hào)數(shù)選擇的主要決定因素。通過分析比選發(fā)現(xiàn)，在編組輛數(shù)較少的線路宜采用小號(hào)碼道岔，而編組輛數(shù)較大的線路宜采用80km/h或100km/h道岔。130km/h道岔適用于對(duì)列車追蹤間隔時(shí)間有很高的要求的線路。

由于各個(gè)國家的運(yùn)輸組織方式和運(yùn)營管理模式存在差別，建議在境外項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)營需求和工程投資等角度對(duì)道岔進(jìn)行針對(duì)性的比選，選出安全，合理且經(jīng)濟(jì)適用的道岔型號(hào)。