劉 琦
(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通信信號(hào)設(shè)計(jì)處,西安 710043)
我國(guó)高速鐵路路網(wǎng)正在逐步形成。為適應(yīng)國(guó)內(nèi)實(shí)際運(yùn)輸需要,高速線路需混跑普速客車(chē),這是在新形勢(shì)條件下的新的技術(shù)體系。在蘭新第二雙線、大西客運(yùn)專(zhuān)線等線路上已開(kāi)始進(jìn)行高速線路上混合運(yùn)行160 km/h普速列車(chē)的方案研究設(shè)計(jì),如何在既有標(biāo)準(zhǔn)體系及既有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范條件下,提出適應(yīng)2種列車(chē)混合運(yùn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及解決方案是本論文主要研究的內(nèi)容。
在我國(guó)高速鐵路設(shè)計(jì)中,動(dòng)車(chē)組的車(chē)載列控設(shè)備與地面列控系統(tǒng)等級(jí)是相適應(yīng)的,有效保證了動(dòng)車(chē)組安全高效地運(yùn)行。但普速列車(chē)機(jī)車(chē)并未裝備ATP設(shè)備,其監(jiān)控列車(chē)運(yùn)行的安全防護(hù)等級(jí)是低于列控系統(tǒng)等級(jí)的。目前用于適應(yīng)普速列車(chē)上線高速鐵路的普速列車(chē)機(jī)車(chē)車(chē)載設(shè)備尚在研究試驗(yàn)階段,未有成熟定型的產(chǎn)品。ATP車(chē)載參數(shù)應(yīng)根據(jù)不同機(jī)車(chē)類(lèi)型、制動(dòng)機(jī)及性能開(kāi)發(fā)不同的型號(hào),開(kāi)發(fā)難度較大。同時(shí)ATP控制模式曲線與車(chē)輛編組長(zhǎng)度及質(zhì)量有關(guān),車(chē)載ATP系統(tǒng)安全過(guò)走防護(hù)距離現(xiàn)階段難以確定。
再者,對(duì)于在長(zhǎng)距離區(qū)段運(yùn)營(yíng)的長(zhǎng)大機(jī)車(chē)交路內(nèi)的普速列車(chē),牽引機(jī)車(chē)上均應(yīng)裝設(shè)車(chē)載ATP系統(tǒng)。如普速車(chē)上線數(shù)量較多時(shí),將會(huì)相應(yīng)增加較大投資。
普速列車(chē)若采用車(chē)載設(shè)置ATP方式,則既有高速車(chē)站股道有效長(zhǎng)不能夠滿足長(zhǎng)度要求,普速列車(chē)也同樣需考慮安全防護(hù)距離和過(guò)走防護(hù)距離的要求。另外,普速車(chē)的編組長(zhǎng)度較長(zhǎng),在維持車(chē)站650 m股道有效長(zhǎng)不變的前提下,為使長(zhǎng)編組的普速車(chē)可以停靠,需外移出發(fā)信號(hào)機(jī),延長(zhǎng)2架信號(hào)機(jī)間的距離。因?yàn)槠账倭熊?chē)機(jī)車(chē)的車(chē)載ATP系統(tǒng)安全過(guò)走防護(hù)距離在現(xiàn)階段未有確定數(shù)據(jù),按照現(xiàn)有ATP設(shè)備安全過(guò)走防護(hù)距離的確定原則,可以肯定該距離應(yīng)在55 m的基礎(chǔ)上有所延長(zhǎng)。
高、普列車(chē)共線運(yùn)行,地面信號(hào)機(jī)顯示與車(chē)載信號(hào)顯示不一致,臨時(shí)限速命令下發(fā)不統(tǒng)一,即無(wú)法使用單一的行車(chē)管理體系,需針對(duì)不同列車(chē)的運(yùn)行而重新定義信號(hào)顯示意義。普速列車(chē)臨時(shí)限速下發(fā)采用人工手段,通過(guò)IC卡下發(fā)到列車(chē),安全級(jí)別較之動(dòng)車(chē)組低;動(dòng)車(chē)組采用自動(dòng)的、多重校核手段的下發(fā)方式,安全級(jí)別較高。在同一線路,不同的臨時(shí)限速下發(fā)方式混合使用,造成臨時(shí)限速下發(fā)不統(tǒng)一,對(duì)行車(chē)管理帶來(lái)一定影響。
高速鐵路多是以橋代路,坡度較大,出現(xiàn)長(zhǎng)大上、下坡道(大于普速鐵路的13‰)甚至連續(xù)幾十千米的情況。既有的普速列車(chē)雙機(jī)是不能滿足牽引要求的,必須采用多機(jī)牽引方式。但是牽引機(jī)車(chē)數(shù)量需針對(duì)具體線路情況及參數(shù)計(jì)算、試驗(yàn)后確定。
目前鐵路機(jī)車(chē)交路內(nèi)的普速列車(chē)有14、16、18、20輛四種列車(chē)編組方式。由于客運(yùn)專(zhuān)線線路內(nèi)長(zhǎng)大坡道較多,為滿足列車(chē)能夠在長(zhǎng)大坡道的牽引需求,當(dāng)坡度大于13‰時(shí)即采用雙機(jī)牽引設(shè)計(jì),具體普速列車(chē)編組如表1所示。

表1 普速列車(chē)編組要求統(tǒng)計(jì) m
經(jīng)行車(chē)牽引計(jì)算得出,當(dāng)線路坡度大于20‰時(shí),普速列車(chē)按18輛編組;當(dāng)線路坡度大于25‰時(shí),普速列車(chē)按16輛編組。
當(dāng)動(dòng)車(chē)組裝備具有 CTCS-2級(jí)功能的車(chē)載設(shè)備時(shí),與之共線的客車(chē)根據(jù)需要裝備 CTCS-2級(jí)車(chē)載設(shè)備。因此,對(duì)于普速列車(chē)可裝設(shè)具有與C2統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)載設(shè)備。
2.2.1 安全防護(hù)距離
動(dòng)車(chē)組可通過(guò)地面應(yīng)答器對(duì)測(cè)速、測(cè)距產(chǎn)生的誤差進(jìn)行校正。雖然已在很大程度上減小了這一誤差,但這一誤差仍然存在;而車(chē)載ATP根據(jù)測(cè)速、測(cè)距得到的列車(chē)位置與列車(chē)實(shí)際停車(chē)位置也會(huì)存在偏差。為消除這些偏差產(chǎn)生的控車(chē)安全影響,車(chē)載設(shè)備在站內(nèi)劃定了列控系統(tǒng)計(jì)算的最大常用制動(dòng)曲線終點(diǎn)(目標(biāo)點(diǎn))距軌道電路邊界(LMA)60 m的安全防護(hù)距離。站內(nèi)列控系統(tǒng)曲線如圖1所示。根據(jù)鐵技運(yùn)[2007]45號(hào)文“既有線CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)車(chē)載設(shè)備技術(shù)規(guī)范(暫行)”[2]第5.2.3.2(3)條規(guī)定,CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)在完全監(jiān)控模式下,車(chē)站范圍內(nèi)列控系統(tǒng)計(jì)算的最大常用制動(dòng)終點(diǎn)(目標(biāo)點(diǎn))為距軌道電路(LMA)邊界60 m(安全保護(hù)距離),因此普速列車(chē)ATP也應(yīng)滿足此要求。

圖1 站內(nèi)列控系統(tǒng)曲線
根據(jù)鐵技運(yùn)[2007]45號(hào)文[2]“第5.2.3.2”中“制動(dòng)模式曲線是依據(jù)列車(chē)制動(dòng)性能參數(shù)、線路坡道數(shù)據(jù)、LMA的位置和限速信息”,因此對(duì)于在目前處于研制過(guò)程中的普速列車(chē)ATP來(lái)說(shuō),由于列車(chē)制動(dòng)性能參數(shù)不明確,尚未有正式發(fā)文確定安全防護(hù)距離的大小。但是根據(jù)對(duì)普速機(jī)車(chē)的特性分析可以確認(rèn)該安全防護(hù)距離是大于60 m的。
2.2.2 過(guò)走防護(hù)距離
對(duì)于裝有ATP的列車(chē),過(guò)走防護(hù)是列車(chē)未在規(guī)定的停車(chē)點(diǎn)停車(chē)(EOA)而防止列車(chē)冒進(jìn)信號(hào)的一種措施,通常是在列車(chē)進(jìn)路末端設(shè)置一段延長(zhǎng)區(qū)。在防護(hù)點(diǎn)與危險(xiǎn)點(diǎn)之間的距離為過(guò)走防護(hù)距離。根據(jù)鐵集成[2007]124號(hào)文[3]“第4.8.3條”過(guò)走防護(hù)距離為50 m。然而,裝設(shè)車(chē)載ATP的普速列車(chē)的牽引質(zhì)量及制動(dòng)性能等因素導(dǎo)致過(guò)走防護(hù)距離大于以上距離,當(dāng)列車(chē)冒進(jìn)信號(hào)后,過(guò)走防護(hù)距離的50 m可能不滿足其保護(hù)要求。對(duì)于普速列車(chē)來(lái)說(shuō),需要采取特殊的防護(hù)措施以保證其過(guò)走防護(hù)距離要求。
對(duì)于列控系統(tǒng)來(lái)說(shuō),其列控方式(是否有開(kāi)口速度、開(kāi)口值)、列控系統(tǒng)設(shè)備的反應(yīng)時(shí)間、列車(chē)的制動(dòng)機(jī)性能、坡道值等對(duì)過(guò)走防護(hù)距離是有直接影響的。列車(chē)在完全監(jiān)控模式下為閉口模式,但是在部分監(jiān)控模式、隔離模式等其他運(yùn)行模式條件下為開(kāi)口模式,因此過(guò)走防護(hù)距離將起到保護(hù)作用。
股道出站信號(hào)機(jī)外移后,信號(hào)機(jī)距警沖標(biāo)距離為5 m,此方式對(duì)于出站信號(hào)機(jī)內(nèi)方區(qū)段未設(shè)置單獨(dú)的過(guò)走防護(hù)區(qū)段的車(chē)站股道,可以延長(zhǎng)股道有效長(zhǎng),節(jié)約工程投資。但是過(guò)走防護(hù)距離實(shí)際上已經(jīng)延伸到整個(gè)咽喉區(qū),影響行車(chē)效率。
2.2.3 地面設(shè)備布置要求

圖2 僅開(kāi)行動(dòng)車(chē)組的客運(yùn)專(zhuān)線線路信號(hào)設(shè)備布置

圖3 客貨共線信號(hào)設(shè)備布置[3]
對(duì)于裝設(shè)車(chē)載ATP的160 km/h普速列車(chē)來(lái)說(shuō),可以將出站信號(hào)機(jī)與其絕緣節(jié)移設(shè)至距警沖標(biāo)5 m處,不同編組列車(chē)的停靠見(jiàn)圖4。

圖4 不同編組長(zhǎng)度的普速列車(chē)停靠要求
2.2.4 對(duì)股道有效長(zhǎng)制約因素
暫考慮車(chē)載設(shè)備的保護(hù)距離按“鐵技運(yùn)[2007]45號(hào)”文[2]的要求處理,部頒規(guī)范暫未對(duì)普速列車(chē)上ATP明確技術(shù)要求。根據(jù)目前實(shí)行的“客貨共線車(chē)站出站信號(hào)機(jī)距警沖標(biāo)5 m”[3]要求,股道有效長(zhǎng)為650 m的車(chē)站,ATP車(chē)載設(shè)備要求股道上設(shè)安全保護(hù)距離60 m,那么普速車(chē)必須停靠在距出站信號(hào)機(jī)60 m的位置以外。因此對(duì)于不同的編組長(zhǎng)度的列車(chē)來(lái)說(shuō),出站信號(hào)機(jī)的位置應(yīng)根據(jù)普速列車(chē)上線情況進(jìn)行外移調(diào)整,以延長(zhǎng)信號(hào)機(jī)間的距離,滿足停靠要求。
2.2.5 長(zhǎng)機(jī)車(chē)交路內(nèi)普速列車(chē)車(chē)載設(shè)備的適應(yīng)性
未來(lái)鐵路運(yùn)輸趨勢(shì)或發(fā)展為長(zhǎng)距離、跨局界跨線運(yùn)營(yíng),長(zhǎng)大機(jī)車(chē)交路內(nèi)列車(chē)車(chē)載設(shè)備應(yīng)相互兼容。未裝設(shè)ATP的普速列車(chē)是以地面信號(hào)作為行車(chē)憑證的,當(dāng)運(yùn)行至區(qū)間未設(shè)置信號(hào)機(jī)的線路時(shí),列車(chē)控制沒(méi)有行車(chē)憑證,無(wú)法保證安全。因此要求長(zhǎng)大機(jī)車(chē)交路的普速列車(chē)均裝設(shè)車(chē)載ATP系統(tǒng)。
另外,目前機(jī)車(chē)在全路范圍內(nèi)統(tǒng)一調(diào)配使用,如果能按線別固定使用,則可適應(yīng)本線運(yùn)行模式,或者,也可采用先期固定使用機(jī)車(chē)再逐漸擴(kuò)大機(jī)車(chē)ATP裝備數(shù)量的方案。
根據(jù)以上對(duì)裝設(shè)車(chē)載ATP的普速列車(chē)適應(yīng)性分析,過(guò)走防護(hù)與安全防護(hù)距離是制約股道有效長(zhǎng)以及列車(chē)能否安全停靠的關(guān)鍵因素。
建立獨(dú)立小軌道防護(hù)的方案如下。
選取昆明醫(yī)科大學(xué)2018年3—7月下學(xué)期2015級(jí)醫(yī)學(xué)影像專(zhuān)業(yè)本科生共101人作為研究對(duì)象,將其隨機(jī)分為A組和B組進(jìn)行見(jiàn)習(xí)教學(xué),A組為教改組,B組為對(duì)照組。A組49人,男生18人,女生31人,年齡為20~22歲,平均年齡為(21.0±1.5)歲;B組52人,男生20人,女生32人,年齡為19~22歲,平均年齡為(21.0±1.2)歲。兩組學(xué)生的一般資料對(duì)比,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),具有可比性。
假定機(jī)車(chē)安全過(guò)走防護(hù)距離為大于60 m[4]小于90 m(根據(jù)ATP研發(fā)情況而定,防護(hù)距離的上限太大則影響工程建設(shè)及投資)的條件下,將信號(hào)機(jī)移至距警沖標(biāo)5 m處,在信號(hào)機(jī)內(nèi)方設(shè)置60 m的短小軌道(簡(jiǎn)稱(chēng)短軌防護(hù)),60 m滿足《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]軌道電路的最短長(zhǎng)度要求。如圖5所示。

圖5 短軌防護(hù)示意
將目標(biāo)點(diǎn)設(shè)在停車(chē)點(diǎn)位置(距信號(hào)機(jī)大于60 m小于90 m處),60 m短軌作為過(guò)走防護(hù)距離,此條件一方面可以滿足鐵集成[2007]124號(hào)文[3]要求的“過(guò)走防護(hù)50 m“的要求,另一方面提高作業(yè)效率,不用占用咽喉,提高平行作業(yè)。
列車(chē)進(jìn)入股道時(shí),迎著列車(chē)方向先經(jīng)過(guò)的是短軌防護(hù)區(qū)段,其發(fā)送器發(fā)送和股道同樣的編碼(HU),過(guò)走防護(hù)區(qū)段發(fā)送JC碼。當(dāng)由于列車(chē)過(guò)走進(jìn)入安全過(guò)走防護(hù)短軌區(qū)段內(nèi)方時(shí),列車(chē)收到的編碼轉(zhuǎn)為無(wú)碼(JC),列車(chē)實(shí)施緊急制動(dòng),保證列車(chē)安全。
對(duì)于不同編組普速列車(chē)分析如下。
目前上線的普速列車(chē)編組有14輛編組(含雙車(chē)頭438 m)、16輛編組(含車(chē)頭492 m)、18輛編組(含雙車(chē)頭546 m)和20輛編組(含雙車(chē)頭600 m)4種,分別采用短軌進(jìn)行防護(hù),如圖6所示。

圖6 對(duì)不同列車(chē)的小軌道防護(hù)
對(duì)于16輛編組的列車(chē)來(lái)說(shuō),采用小軌道防護(hù),預(yù)留余量有148 m(含60 m小軌道),對(duì)于18輛編組列車(chē)來(lái)說(shuō),預(yù)留余量有92 m(含60 m小軌道);而對(duì)于20輛編組列車(chē)來(lái)說(shuō),超出股道有效長(zhǎng)范圍。
由于在普速列車(chē)裝設(shè)車(chē)載ATP目前沒(méi)有成熟的技術(shù)方案,且過(guò)走防護(hù)、安全防護(hù)距離、應(yīng)答器設(shè)置均沒(méi)有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn),蘭新第二雙線設(shè)計(jì)采用設(shè)置地面信號(hào)連同機(jī)車(chē)載配LKJ方案。
全線采用CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)。正向追蹤運(yùn)行,滿足本線追蹤間隔時(shí)間的要求,反向按自動(dòng)站間閉塞運(yùn)行。地面設(shè)備按照CTCS-2級(jí)標(biāo)準(zhǔn),配置CTC、聯(lián)鎖、列控中心、應(yīng)答器、LEU、ZPW-2000軌道電路(列控中心編碼控制)等設(shè)備,同時(shí)設(shè)置區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)(標(biāo)志牌取消),進(jìn)站信號(hào)機(jī)為高柱,出站信號(hào)機(jī)為四顯示自動(dòng)閉塞機(jī)構(gòu),并根據(jù)需要布置調(diào)車(chē)信號(hào)機(jī),所有信號(hào)機(jī)常態(tài)點(diǎn)燈。區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制由列控中心完成,進(jìn)、出站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制由聯(lián)鎖完成。區(qū)間采用L5-L4-L3-L2-L-LU-U-HU的追蹤碼序。
動(dòng)車(chē)組裝備CTCS-2級(jí)ATP車(chē)載設(shè)備,以連續(xù)速度控制模式曲線監(jiān)控列車(chē)安全運(yùn)行。160 km/h普速客車(chē)裝備主體化機(jī)車(chē)信號(hào)和LKJ列車(chē)運(yùn)行監(jiān)控裝置,以四顯示自動(dòng)閉塞方式行車(chē)。車(chē)載設(shè)備不需要做任何改造,對(duì)普速客車(chē)的上下線運(yùn)行不作約束。
蘭新第二雙線主要運(yùn)行250 km/h動(dòng)車(chē)組(蘭州至西寧段)、200 km/h動(dòng)車(chē)組和160 km/h普速客車(chē)3類(lèi)車(chē)型。
對(duì)于裝載了ATP設(shè)備的動(dòng)車(chē)組,臨時(shí)限速命令由臨時(shí)限速服務(wù)器統(tǒng)一管理,通過(guò)信號(hào)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)下發(fā)至相應(yīng)車(chē)站列控中心,由列控中心發(fā)送至有源應(yīng)答器,最終傳送至車(chē)載安全信號(hào)機(jī),生成制動(dòng)曲線,保證列車(chē)安全運(yùn)行。
而160 km/h普速客車(chē)臨時(shí)限速命令通過(guò)調(diào)度命令的方式,由調(diào)度、司機(jī)、機(jī)務(wù)、工務(wù)、電務(wù)等多個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)共同完成,通過(guò)建立各環(huán)節(jié)臨時(shí)限速的聯(lián)控機(jī)制,實(shí)現(xiàn)臨時(shí)限速命令的有效執(zhí)行和管理,并及時(shí)更新LKJ參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù),按照臨時(shí)限速命令所規(guī)定的限速值,由LKJ監(jiān)控司機(jī)安全駕駛。待蘭新第二雙線建成后,本線存在兩種不同機(jī)制的臨時(shí)限速管理方式,需采用動(dòng)車(chē)組與普速客車(chē)分時(shí)段運(yùn)行的行車(chē)組織方式,對(duì)運(yùn)營(yíng)管理及維護(hù)提出了新的要求。
我國(guó)鐵路建設(shè)處于科學(xué)發(fā)展的過(guò)程中,高速鐵路在整體運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。蘭新第二雙線將是西北地區(qū)開(kāi)行的首條CTCS-2等級(jí)高速鐵路,高、普列車(chē)混跑適應(yīng)了欠發(fā)達(dá)地區(qū)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求和人民經(jīng)濟(jì)承受能力,但還應(yīng)逐步完善高、普列車(chē)混跑運(yùn)行安全防護(hù)體系,實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸安全與效率的雙提高,充分發(fā)揮高速鐵路的潛力。
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