《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)信號部分局部修訂解析

閆宏偉,沈志凌,吳歆彥,趙澤宇

(1.中國鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院有限公司,北京 100038； 2.中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

1 標(biāo)準(zhǔn)制定背景

2014年，為適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，滿足高速鐵路、城際鐵路建設(shè)和發(fā)展需要，建立完善的鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，國家鐵路局先后發(fā)布了TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》以及TB10623—2014《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》。這兩項標(biāo)準(zhǔn)全面總結(jié)了我國高速鐵路，珠三角、武漢城市圈等城際鐵路建設(shè)、運營的實踐經(jīng)驗和科研成果，充分體現(xiàn)城際鐵路、高速鐵路的功能需求和技術(shù)特點，標(biāo)志著成熟、先進(jìn)、具有中國特色的高速鐵路技術(shù)體系已經(jīng)形成[1-2]。

2 標(biāo)準(zhǔn)修訂目的

我國高速鐵路與城際鐵路運營10多年以來，路網(wǎng)逐步完善，營業(yè)里程快速攀升，高鐵、城際出行需求不斷增加，人們對旅行需求的質(zhì)量提高促使高鐵、城際運輸行業(yè)不斷對產(chǎn)品和服務(wù)進(jìn)行優(yōu)化和升級，對運營需求提出更多要求。

國家鐵路局緊密結(jié)合高速鐵路、城際鐵路運輸及運營中遇到的新情況、暴露的新問題，組織中國鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院有限公司、中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司、中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司等單位對標(biāo)準(zhǔn)開展局部修訂工作，堅持問題導(dǎo)向、需求導(dǎo)向、目標(biāo)導(dǎo)向，從運營需求、設(shè)備運用、優(yōu)化設(shè)計出發(fā)，提出了安全可靠、切實可行的技術(shù)措施，并于2021年8月發(fā)布了局部修訂條款。

2.1 運營需求

隨著復(fù)興號在京滬高鐵兩端的北京南站和上海虹橋站雙向首發(fā)[3]，根據(jù)線路運營需求，為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440m超長版時速350 km復(fù)興號動車組，從而使每列車定員增加90人。在車站不延長到發(fā)線有效長度和站臺長度的前提下開行17輛編組超長版“復(fù)興號”動車組列車，將出站信號機的設(shè)置位置向到發(fā)線端部移設(shè)[4-5]，提高到發(fā)線有效長的利用率。

2.2 設(shè)備運用

ZPW-2000軌道電路站內(nèi)股道，調(diào)整表設(shè)計“耦合系數(shù)”選取不能覆蓋現(xiàn)場某些特殊情況，鄰線耦合使相鄰線路信號可能會侵入到本線路信號中發(fā)生鄰線干擾，當(dāng)干擾量超出內(nèi)控值時，可能造成機車信號顯示錯誤，影響列車運行安全[6]。

2.3 優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)高鐵多年工程建設(shè)及聯(lián)調(diào)聯(lián)試經(jīng)驗，樞紐內(nèi)信號系統(tǒng)改造次數(shù)多，改造工程涉及范圍廣，同時，在工程條件、運輸需求和列控系統(tǒng)接口能力等方面限制因素較多，給工程建設(shè)造成較大困難，給運營造成較大范圍的影響。通過完善高速鐵路引入樞紐列控系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化列控設(shè)備布置，降低工程風(fēng)險，便于工程實施。

3 標(biāo)準(zhǔn)修訂內(nèi)容及分析

本次共修訂《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》6個條款、《城際設(shè)計規(guī)范》3個條款，具體如下。

(1)修改《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第14.2.10條第2款，為滿足高鐵線路開行17輛編組動車組的需求，修訂出站信號機設(shè)置位置。

(2)修改《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第14.2.10條第3款，刪除了針對非高速鐵路調(diào)車信號機設(shè)置的規(guī)定。

(3)《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第14.4.1條增加1款，為優(yōu)化高速鐵路引入樞紐的列控系統(tǒng)設(shè)計提供標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。

(4)《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第14.4.6條增加了3款，針對到發(fā)線出站信號機外移，原安全防護(hù)距離縮短所采取增設(shè)防護(hù)區(qū)段安全保護(hù)措施的具體設(shè)計要求。

(5)《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第14.4.8條增加1款，針對到發(fā)線出站信號機位置調(diào)整引起出站應(yīng)答器設(shè)置位置變化，對設(shè)置位置進(jìn)行規(guī)定。

(6)修改《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第3.2.5條的條文說明，根據(jù)信號專業(yè)相關(guān)內(nèi)容修改，相應(yīng)調(diào)整到發(fā)線有效長度的組成說明。

(7)《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》第15.4.5條增加3款，是防護(hù)區(qū)段的具體設(shè)計要求，與高速鐵路一致。

(8)《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》修改第15.4.7條第2款，修改了出站應(yīng)答器組的組成與設(shè)置位置。

(9)《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》修改第3.2.7條的條文說明，根據(jù)信號專業(yè)相關(guān)內(nèi)容修改，相應(yīng)調(diào)整到發(fā)線有效長度的組成說明。

主要修訂內(nèi)容分析如下。

3.1 關(guān)于出站信號機設(shè)置位置

本次修訂通過修改《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第14.2.10條第2款，調(diào)整高速鐵路出站信號機設(shè)置位置。

為滿足高鐵線路開行17輛編組動車組的需求，需修訂出站信號機設(shè)置位置，同時采取設(shè)置防護(hù)區(qū)段等防護(hù)措施。本次修訂吸納了國鐵集團(tuán)科技項目《鐵路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系優(yōu)化研究》(J2017Z509)子課題《優(yōu)化到發(fā)線有效長試驗》在京沈客運專線的研究試驗成果，該成果采取了到發(fā)線出站信號機外移至距警沖標(biāo)5 m，并在出站信號機外方設(shè)置防護(hù)區(qū)段、在防護(hù)區(qū)段外方設(shè)置出站應(yīng)答器組等配套防護(hù)措施。本規(guī)范在該成果基礎(chǔ)上，將防護(hù)區(qū)段延伸至站臺端，同時將出站應(yīng)答器組由防護(hù)區(qū)段外調(diào)整至防護(hù)區(qū)段內(nèi)，延長了防護(hù)距離。

貫通正線股道由于有列車通過作業(yè)，通過列車運行速度高，要求軌道電路的最短長度較長，不能設(shè)置防護(hù)區(qū)段，出于安全原因考慮，通常要求出站信號機距警沖標(biāo)不小于55 m。如果貫通正線鄰靠站臺且有接發(fā)17輛編組動車組的需求，可借鑒滬寧城際、京滬高鐵運用經(jīng)驗，將出站信號機、發(fā)車進(jìn)路信號機設(shè)置在距警沖標(biāo)不小于30 m處。

3.2 關(guān)于防護(hù)區(qū)段設(shè)置位置及鄰線干擾防護(hù)措施

本次修訂通過《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第14.4.6條、《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》第15.4.5條分別新增3款，補充了防護(hù)區(qū)段的設(shè)置要求及分隔軌道電路、采用不同的基準(zhǔn)載頻等鄰線干擾防護(hù)措施。

本次修訂出站信號機外移至距警沖標(biāo)5 m處，列控系統(tǒng)目標(biāo)點也跟著信號機外移，距危險點(警沖標(biāo))防護(hù)距離從55 m變?yōu)? m。在到發(fā)線增設(shè)防護(hù)區(qū)段，通過H碼起緊急停車作用，有利于防護(hù)列車冒進(jìn)，提升列車運行的安全性。此外，還可降低機車信號鄰線干擾帶來的安全隱患，解決出站信號機處絕緣破損帶來的影響。

對有些不具備設(shè)置防護(hù)區(qū)段條件的股道，采取分割股道軌道電路區(qū)段的措施，一方面股道分割可以降低軌道電路發(fā)送端電平，降低對鄰線股道的機車信號干擾；另一方面當(dāng)動車組進(jìn)入遠(yuǎn)端軌道電路區(qū)段時，近端軌道電路區(qū)段改變發(fā)碼方向并發(fā)紅黃碼，增大了信噪比，提高了機車信號抗干擾能力[7]。另外，處于CTCS-2級運用模式的動車組換端后，在折返進(jìn)路未開放前，即使受到鄰線機車信號干擾影響發(fā)生誤動，但由于收到紅黃碼，也能防護(hù)列車冒進(jìn)信號[8]。

防護(hù)區(qū)段長度應(yīng)滿足ZPW-2000軌道電路最小長度、車載信號設(shè)備響應(yīng)時間等要求，以到發(fā)線銜接道岔允許速度為80 km/h的18號道岔為例，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[9]，其所需最小長度為(80/3.6×2.5+20) m≈75.6 m，取整為80 m；為避免停車時列車前端誤入防護(hù)區(qū)段而造成緊急制動，防護(hù)區(qū)段距站臺端部應(yīng)留有一定余量，該值應(yīng)結(jié)合工程實施條件合理確定并力求最小化。

3.3 關(guān)于高速鐵路出站應(yīng)答器設(shè)置位置

本次修訂通過《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第14.4.8條新增1款，完善高速鐵路出站應(yīng)答器設(shè)置位置。

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[10]。由于出站信號機外移，需完善應(yīng)答器位置，避免縮短應(yīng)答器組的安全防護(hù)距離。

從安全保護(hù)角度考慮，出站應(yīng)答器組距警沖標(biāo)遠(yuǎn)一些更為有利，但綜合考慮接發(fā)車實際情況，其設(shè)置地點不得影響動車組正常運行，通常應(yīng)答器組不得設(shè)在站臺內(nèi)，避免動車組正常接車時誤接收應(yīng)答器絕對停車報文。結(jié)合防護(hù)區(qū)段設(shè)置情況，規(guī)定設(shè)置位置宜在防護(hù)區(qū)段內(nèi)靠近站臺側(cè)絕緣節(jié)5 m處，一方面避免設(shè)置站臺內(nèi)，同時也距站臺邊緣留有適當(dāng)余量。

3.4 關(guān)于城際鐵路出站應(yīng)答器設(shè)置

本次修訂通過修改《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》第15.4.7條第2款，完善高速鐵路出站應(yīng)答器設(shè)置位置。本款修訂主要有兩點變化。

一是在除無配線站外的車站正線股道，增加了設(shè)置有源應(yīng)答器組的規(guī)定。修訂考慮到城際鐵路采用了CTCS-2級列控系統(tǒng)，鐵路有配線車站正線股道出站信號機設(shè)于距警沖標(biāo)5 m處，大部分正線設(shè)有站臺，在正線股道無法設(shè)置防護(hù)區(qū)段的情況下，增設(shè)由有源應(yīng)答器和無源應(yīng)答器構(gòu)成的出站應(yīng)答器組，該系統(tǒng)在正常控車模式下接收到有源應(yīng)答器提供的絕對停車報文會實施緊急制動，有利于冒進(jìn)信號的防護(hù)。

二是根據(jù)此次修訂，到發(fā)線及非貫通正線增加了防護(hù)區(qū)段，對應(yīng)答器組設(shè)置位置進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。原有規(guī)定表述了應(yīng)答器組設(shè)置需考慮的因素，以及與警沖標(biāo)的距離范圍，未體現(xiàn)應(yīng)答器組與防護(hù)區(qū)段的位置關(guān)系。本次修訂后，在滿足原規(guī)定的設(shè)計原則要求基礎(chǔ)上，明確了應(yīng)答器組的設(shè)置位置，更為準(zhǔn)確地體現(xiàn)了上述要求，并與《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》保持一致。

3.5 關(guān)于到發(fā)現(xiàn)有效長組成

本次修訂根據(jù)信號專業(yè)章節(jié)相關(guān)內(nèi)容修改，修改了《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第3.2.5條、《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》第3.2.7條的條文說明，相應(yīng)調(diào)整到發(fā)線有效長度的組成說明，配合信號專業(yè)在到發(fā)線增設(shè)防護(hù)區(qū)段、在防護(hù)區(qū)段內(nèi)設(shè)置有源應(yīng)答器組。

修訂后到發(fā)線有效長由有效停車長度、防護(hù)區(qū)段相關(guān)距離(含安全防護(hù)距離)、警沖標(biāo)至絕緣節(jié)間距離組成。典型車站股道內(nèi)站臺、信號機、防護(hù)區(qū)段、應(yīng)答器組等設(shè)備布置舉例如圖1所示。

注：a為防護(hù)區(qū)段距站臺端的距離，a值應(yīng)根據(jù)工程實施條件合理取值并力求最小化。圖1 典型車站股道信號設(shè)備布置舉例(單位：m)

3.6 關(guān)于高速鐵路引入樞紐列控系統(tǒng)設(shè)計

本次修訂通過《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》第14.4.1條新增1款，完善高速鐵路引入樞紐列控系統(tǒng)設(shè)計要求。

根據(jù)高鐵多年工程建設(shè)及聯(lián)調(diào)聯(lián)試經(jīng)驗，樞紐內(nèi)信號系統(tǒng)改造次數(shù)多，改造工程涉及范圍廣，同時在工程條件、運輸需求和列控系統(tǒng)接口能力等方面限制因素較多，給工程建設(shè)造成較大困難，對運營造成較大范圍的影響。在樞紐引入時采用CTCS-3級系統(tǒng)較CTCS-2級系統(tǒng)更為復(fù)雜，影響范圍更大，且投資更多，潛在的工程風(fēng)險更大[11]。

因此，本次修訂新增條文，規(guī)定在不影響運輸安全和效率的前提下，CTCS-3級線路接入樞紐可結(jié)合工程條件、運輸需求和列控系統(tǒng)接口能力等因素，對樞紐內(nèi)設(shè)計速度250 km/h及以下的線路列控系統(tǒng)等級可采用CTCS-2級。

4 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)情況

此次《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》及《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》局部修訂條文與TB10007—2017《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》、《鐵路技術(shù)管理規(guī)程(高速鐵路部分)》(鐵總科技〔2014〕172號)、TB/T 3484—2017《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》等標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)程的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行對比分析。與《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》《鐵路技術(shù)管理規(guī)程(高速鐵路部分)》不矛盾。

本次修訂規(guī)定城際鐵路正線股道出站信號機應(yīng)設(shè)置有源應(yīng)答器組(無配線站除外)，《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》規(guī)定可不設(shè)，存在標(biāo)準(zhǔn)間不協(xié)調(diào)問題，建議進(jìn)一步研究相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作。

5 結(jié)語

本次國家鐵路局組織中國鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院有限公司、中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司、中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司等單位對標(biāo)準(zhǔn)開展局部修訂工作，技術(shù)性強、修改內(nèi)容多、協(xié)調(diào)難度大，對技術(shù)問題進(jìn)行了深入研究論證，標(biāo)準(zhǔn)文稿經(jīng)過了廣泛征求意見和認(rèn)真審查，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、解決ZPW-2000軌道電路可能出現(xiàn)鄰線干擾、優(yōu)化高速鐵路C3系統(tǒng)引入樞紐設(shè)計方案，對《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》及《城際鐵路設(shè)計規(guī)范》的總體設(shè)計章節(jié)、信號章節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)性修訂。兩項標(biāo)準(zhǔn)的局部修訂將為開行17輛編組列車、優(yōu)化鐵路信號工程設(shè)計提供技術(shù)依據(jù)，在保障運營安全、提高運輸效能等方面將起到積極作用。

從標(biāo)準(zhǔn)修訂背景與需求、標(biāo)準(zhǔn)間的協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行分析，并逐條對標(biāo)準(zhǔn)條文修訂原因及主要變化情況進(jìn)行分析，全面闡述了非貫通正線股道、貫通正線股道以及貫通正線鄰靠站臺且有接發(fā)17輛編組動車組的需求等不同情況下出站信號機設(shè)置位置要求，深入分析了防護(hù)區(qū)段原理、作用以及長度等設(shè)置要求，繪制了典型車站股道信號設(shè)備布置圖例，便于讀者充分認(rèn)識標(biāo)準(zhǔn)修訂的主要技術(shù)內(nèi)容，在新建工程中準(zhǔn)確地開展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。