高速客運(yùn)專線橋上設(shè)置安全線的可行性分析

王俊永

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司線站處,天津 300142)

一般而言,在鐵路設(shè)計(jì)中,當(dāng)疏解線路在區(qū)間與正線接軌時,在接軌地點(diǎn)應(yīng)設(shè)置線路所或輔助所。當(dāng)新線、岔線、段管線與站內(nèi)正線、到發(fā)線接軌時,均應(yīng)設(shè)置安全線;新線、岔線、段管線與站內(nèi)到發(fā)線接軌,當(dāng)站內(nèi)有平行進(jìn)路及隔開道岔并有聯(lián)鎖裝置時,可不設(shè)安全線。高、普速鐵路在路基地段設(shè)置安全線時,應(yīng)該滿足上述規(guī)范規(guī)定。但是,已經(jīng)建成和在建的高速客運(yùn)專線,在區(qū)間絕大多數(shù)采用橋梁形式通過,當(dāng)有聯(lián)絡(luò)線在區(qū)間與高速客運(yùn)專線正線接軌時,不可避免地需要在橋上設(shè)置安全線,而橋上設(shè)置安全線,又不滿足現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范規(guī)定。因此,本文擬結(jié)合客運(yùn)專線設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及收集掌握的一些資料,突破現(xiàn)有規(guī)范,對高速客運(yùn)專線在橋上設(shè)置安全線可行性進(jìn)行分析,供大家探討。

1 鐵路規(guī)范上對安全線設(shè)置的一般規(guī)定

《新建時速 300～350km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》中,沒有提出安全線設(shè)置的技術(shù)要求,因此,只能按照《鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50091—2006)(以下簡稱《站規(guī)》)第3.1.12條的規(guī)定進(jìn)行辦理。本條規(guī)范規(guī)定如下。

(1)安全線有效長度不應(yīng)小于 50m。

(2)安全線縱坡應(yīng)設(shè)計(jì)為平道或面向車擋的上坡道。

(3)安全線上均應(yīng)設(shè)置緩沖裝置。

(4)臨靠正線的安全線均應(yīng)設(shè)置雙側(cè)護(hù)輪軌和止輪土基,有條件時,臨靠正線的安全線采用曲線形布置。

(5)安全線不應(yīng)設(shè)在橋上和隧道內(nèi)。

(6)安全線曲線地段與相鄰線的間距能確保機(jī)車、車輛側(cè)翻時不影響相鄰線行車安全。

2 高速客運(yùn)專線橋上設(shè)置安全線遵循現(xiàn)有規(guī)范所存在的問題

《鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50091—2006)第3.1.12條第4款條文說明規(guī)定:“……采用土堆式車擋,其后的止輪土基長 15m、頂寬 4.5m,用黏性土夯填至軌面以下 1m,均以草皮防護(hù)……”

《鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50091—2006)第3.1.12條第5款說明規(guī)定:“……在橋隧前或延伸至橋隧后適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)仍然不能避免在橋上和隧道內(nèi)設(shè)安全線時,則設(shè)在橋上和隧道內(nèi)的安全線,其車擋后的路基設(shè)計(jì)按照本條第4款規(guī)定辦理。”

綜上所述,安全線在特別困難條件下可以設(shè)在橋梁上,但是,在車擋末端必須設(shè)置長 15m、頂寬 4.5m的止輪土基。經(jīng)過咨詢《站規(guī)》相關(guān)的編撰人員得知,在車擋后面設(shè)置 15m長的止輪土基主要是考慮滿足一個 14m車長進(jìn)行設(shè)計(jì)的,當(dāng)列車低速進(jìn)入安全線后,可以通過止輪土基的摩擦力盡快使列車停止。

高速客運(yùn)專線區(qū)間橋梁高度一般都不會小于 8 m,有的甚至達(dá)到 16m以上,如果橋上設(shè)置安全線,必須在安全線后端設(shè)置一段長 15m、頂寬 4.5m的止輪土基,則會存在如下問題。

(1)安全線梯形土堆會對正線橋墩造成側(cè)壓力,存在安全隱患。

(2)增加土方數(shù)量和線路所用地,投資加大。

(3)線路所整體景觀效果較差,對城市周圍的環(huán)境和景觀有一定的影響。

因此,高速客運(yùn)專線橋上設(shè)置安全線如果機(jī)械地遵照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),明顯是不合理的。

3 高速客運(yùn)專線橋上設(shè)置安全線的可行性分析

現(xiàn)分別就高速動車組和維修車輛等不同的車輛類型對影響安全線設(shè)置的因素進(jìn)行具體分析,結(jié)合上海調(diào)速中心研制開發(fā)的 SH965600/9型滑移式液壓緩沖擋車器的配套使用情況,對橋上設(shè)置安全線可行性提出具體的研究結(jié)論。

3.1 高速動車組

高速客運(yùn)專線區(qū)間線路所的設(shè)計(jì),主要通過 3組信號機(jī)對線路所進(jìn)行安全保障,3組信號機(jī)的設(shè)置位置詳見圖1。

圖1 高速客運(yùn)專線區(qū)間線路所信號機(jī)位置設(shè)置

普速線路和高速客運(yùn)專線采取的列車控制方式是不一樣的。對于普速線路而言,列車運(yùn)行多數(shù)是靠司機(jī)駕駛為主的,無超速防護(hù)系統(tǒng),只有在列車冒進(jìn)信號時,才會自動采取緊急制動,屬于滯后采取防護(hù)措施。

對于高速客運(yùn)專線而言,客運(yùn)專線動車組主要是靠車載 ATP設(shè)備控制列車為主,設(shè)備故障時采取人工介入進(jìn)行控制。客運(yùn)專線的列車運(yùn)行控制屬于超前的防護(hù)措施,安全防護(hù)距離設(shè)置在信號機(jī)外方一段距離內(nèi),不會對信號機(jī)防護(hù)內(nèi)方造成危險,車載 ATP系統(tǒng)能夠充分滿足列車在信號機(jī)外方停止。

客運(yùn)專線的動車組采用雙重的緊急制動系統(tǒng),第一級靠車載的閉口速度進(jìn)行緊急制動,車載設(shè)備根據(jù)應(yīng)答器等數(shù)據(jù)信息計(jì)算打靶點(diǎn),如運(yùn)行超過此點(diǎn)則緊急制動;第二級靠應(yīng)答器的數(shù)據(jù)信息控制進(jìn)行緊急制動,當(dāng)信號機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)時,有源應(yīng)答器向機(jī)車發(fā)送絕對停車報文,列車越過應(yīng)答器時即會緊急制動。

正常情況下信號控制系統(tǒng)能夠充分保證高速動車組不會闖入安全線,當(dāng)動車組制動失效或相關(guān)控制設(shè)備故障等情況,還可以切換到司機(jī)手動駕駛模式,如果在手動駕駛模式依然失效的情況下,不排除列車進(jìn)入安全線的可能。

由于安全線接軌道岔一般采用 12號,允許側(cè)向通過速度不大于 50km/h,而高速動車組在聯(lián)絡(luò)線和疏解線上正常運(yùn)行之時,速度不會低于 160km/h,在這種極端情況下,即使安全線車擋后面設(shè)置止輪土基,動車組以超過道岔側(cè)向允許速度進(jìn)入安全線,會立刻顛覆,并不能保證車輛的安全。

3.2 維修車輛

對于維修車輛而言,這種車型的運(yùn)行速度較低,沒有配備列車信號控制系統(tǒng),但是車上也裝載了地面信號接收裝置,可以通過地面信號傳送,指導(dǎo)司機(jī)安全行車,如果由于司機(jī)失誤,沒有看到車載信號顯示,也存在進(jìn)入安全線的可能,當(dāng)維修車輛以 50km/h以下速度進(jìn)入安全線時,可以采取在安全線車擋處設(shè)置擋車器來使維修車輛盡快停止,防止車輛顛覆。

3.3 滑移式液壓緩沖擋車器

滑移式液壓緩沖擋車器是上海鐵路站場調(diào)速技術(shù)中心有限公司研制開發(fā)的一種新型擋車設(shè)備,已經(jīng)成功在菲律賓、澳大利亞、希臘、英國鐵路以及中國香港地鐵上采用,國內(nèi)在京津城際天津站、北京動車段、福州動車段、上海 8號線上使用,其中菲律賓、上海 8號線均為橋上高架鐵路。滑移式液壓緩沖擋車器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 滑移式液壓緩沖擋車器(單位:mm)

滑移式液壓緩沖擋車器的主要技術(shù)參數(shù)如下。

(1)使用工況

車輛質(zhì)量 Q=900t(16輛空載)、沖撞速度 Vmax=13km/h,占用軌道長度 L=15m。制動能力按如下公式計(jì)算

式中 m——車的質(zhì)量;

v——設(shè)計(jì)撞擊車速;

S總——安裝預(yù)留線路長度;

L1——設(shè)備長度。

(2)擋車器性能

撞擊中心距軌面高度 h=965mm、平均制動力 F=600kN、液壓緩沖器吸收動能 Emax=224kJ。

(3)結(jié)構(gòu)特征

滿足多種不同結(jié)構(gòu)尺寸的動車組、含 1套英國產(chǎn)液壓緩沖器、含 12對制動摩擦塊、含 1臺 XCD型固定式擋車器、鋼結(jié)構(gòu) 10年防銹。

經(jīng)咨詢擋車器生產(chǎn)廠家,當(dāng)維修車輛總質(zhì)量為 60～120t時,可以采用滑移式液壓緩沖擋車器,其承受最大撞擊速度為 25～30km/h。

因此,當(dāng)維修車輛總質(zhì)量不超過 120t,速度不超過 25～30km/h時,擋車器可以保證維修車輛在安全線上停車,當(dāng)維修車輛以 50km/h以下速度撞擊擋車器時,可以保證維修車輛不沖出車擋。

4 研究結(jié)論

(1)高速客運(yùn)專線信號列控系統(tǒng)采用超前防護(hù)措施,對于高速列車在不出故障和人為破壞的前提下,完全能夠保證列車的行車安全。在高速列車列車信號控制系統(tǒng)全部失效之后,即使安全線尾部設(shè)置止輪土基也無法避免列車顛覆。信號控制系統(tǒng)失效之后,安全線只能起到隔開作用,使失去控制的列車不至于影響正線行車。

(2)鑒于高速客運(yùn)專線區(qū)間正線多數(shù)以橋梁通過,橋高很高,并且很多是長達(dá)幾十千米的特大橋,聯(lián)絡(luò)線或者疏解線同正線接軌,無法設(shè)置路基地段,只能設(shè)在橋上,安全線尾部設(shè)置止輪土基存在投資大、征地多、景觀差等缺點(diǎn),特別是對于正線橋墩造成側(cè)壓力,存在安全隱患,建議不設(shè)置止輪土基。

(3)為了減少維修車輛誤入安全線造成的損失,可在安全線尾部設(shè)置滑移式液壓緩沖擋車器,以保證車輛安全。

(4)本文只是理論方面研究探討,研究結(jié)論雖已在國內(nèi)某些高速客運(yùn)專線上采用,但還需進(jìn)一步得到實(shí)際運(yùn)營的檢驗(yàn)。

[1]GB50091—2006,鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]鐵建設(shè)[2007]47號,新建時速 300～350km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定(上、下)[S].