城際鐵路客運站道岔型號選用的研究

朱長青，霍 亮

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

城際鐵路客運站道岔型號選用的研究

朱長青，霍 亮

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

城際鐵路客運站咽喉區可選用12號或18號單開道岔，從接車時間的不同、滿足3 min追蹤時間間隔要求、動車以相應速度通過的舒適性、對車站站坪長度及車站平面布置的影響、節省工程投資及運營維護成本等方面進行研究，提出對城際鐵路客運站道岔型號選用的建議。

城際鐵路；客運站；道岔選型

1 概述

我國普速鐵路客運站咽喉區主要采用12號單開道岔,高速鐵路客運站咽喉區主要采用18號單開道岔。目前正方興未艾建設的城際鐵路,速度目標值一般在140～200 km/h,車站咽喉道岔可選用12號或18號單開道岔。研究城際鐵路客運站道岔選型,在合適的情況下使用合適的道岔,對滿足線路通過能力及乘坐的舒適性、減小線路平縱斷面及車站設計的難度、節省工程投資具有一定的現實意義。

2 采用不同型號道岔車站進路接車時間分析

影響列車追蹤間隔的主要為車站進路的接車時間,首先對車站接車時間進行對比分析。

2.1 車站接車進路組成（圖1)

接車進路由進站制動區S1、咽喉區S2、停靠區S3三部分組成。其中S1為進站信號機前方列車由區間速度V1減至側向過岔速度V2的運行距離,S2為進站信號機至到發線進站端警沖標的距離,S3為到發線進站端警沖標至距站臺端內15 m處的距離。

圖1 客站咽喉一個接車進路的長度組成（單位：m)

2.2 列車進站運行方式

我國城際鐵路基本上采用C2級列控系統,要求停站列車在到達進站信號機時速度降為咽喉區側向過岔速度,因此進站信號機成為控制列車速度的分界點。進站信號機前方為減速區,列車速度由區間速度V1降為側向過岔速度V2。

列車通過進站信號機之后以側向過岔速度V2勻速運行,在站臺前方減速直至停靠。往往在車頭越過到發線進站端警沖標之后還要勻速運行一段距離,再做減速運行至停車,因此列車勻速運行距離及減速停靠距離,不對應于咽喉區長度S2和停站減速區長度S3。

2.3 接車時間計算

(1)進站信號機前方制動時間t1的計算

影響時間t1的因素為區間行車速度V1及制動減速度β。

列車制動減速度的大小直接影響車站接車時間。影響制動減速度的主要因素是動車組類型、采用的制動力級別(分1、4、7級制動)、軌道干濕狀態以及列車運行速度。以CRH2型動車組濕軌狀態制動減速度為例,其1級和4級制動減速度計算式如表1所示。

7級制動時,CRH2型動車組濕軌狀態減速度值(加上風阻)見表2。

表1 CRH2型動車組濕軌下制動減速度計算式

表2 CRH2型動車組濕軌狀態制動減速度值

從表2看出,相同條件下減速度值隨速度減小而增大。80km/h以下減速度變化值不明顯,濕軌狀況1級制動時約為0.17 m/s2,4級制動時約為0.46 m/s2,7級制動時約為0.75 m/s2。

進站減速至信號機的時間可用積分法精確計算。例如在4級制動條件下,從區間行車速度300 km/h減速至進站信號機前80 km/h或45 km/h的制動時間分別為

列車在80 km/h及以下速度,同一制動級別下的減速度趨向于一定值。為簡化計算過程,后續某運行區段減速度采用一個平均減速度代替,則上式可以簡化為

Δt=(V80-V50)/β=(22.22-12.50)/0.45=21.6 s

同理,1級制動條件下該時差約為57 s,7級制動條件下約為12.8 s。

計算可見:采用18號道岔與12號道岔相比,列車從開始制動至進站信號機之間的運行時間差值Δt與區間行車速度v1無關,只與β成反比關系,即與采用的制動級別成反比。制動級別越小,制動減速度越小,該段運行時差就越大。

(2)咽喉區走行時間t2的計算

列車在咽喉區的行進狀態,可視為以側向過岔速度作勻速運動,時間t2的影響因素為咽喉區長度S2、側向過岔速度V2。

進站信號機至站臺端部為列車進站的低速運行區間,該段通過速度直接影響接車時間。采用12號道岔側向通過速度V2為45 km/h(12.50 m/s),采用18號道岔側向通過速度V2為80 km/h(22.22 m/s),采用18號道岔側向過岔速度為12號道岔的1.78倍。

列車越過進站信號機之后,在咽喉區以側向過岔速度勻速運行。該段屬低速運行狀態,如果咽喉區長度過長,將明顯加長接車時間,影響列車追蹤間隔。本文以幾種典型車站為例,在相同車站規模情況下,采用12號道岔與采用18號道岔咽喉區長度對比見表3。

表3 采用12號道岔與采用18號道岔典型站咽喉區長度比較

從表3可見,車站咽喉區長度與車站規模基本成線性關系。在大型客運站中采用18號道岔較采用12號道岔車站咽喉區長度明顯加長,二者比例接近常數1.5。車站咽喉區由道岔及其連接部分組成,計算表明車站咽喉區的長度與道岔號碼基本成比例關系,即咽喉區長度比=道岔號碼比=1.5(18/12)。

設采用12號道岔的咽喉區長度為S小、側向通過速度為V小,采用18號道岔分別為S大和V大,則

通過時間差=S小/V小-S大/V大=S小/V小-1.5S小/ 1.78V小=0.157 3S小/V小=0.012 6S小s

當S小在常見的300～800 m時,通過時間差在3.8～10 s間變化,這個數值對接車時間影響很小。

(3)警沖標至停靠點的走行時間t3的計算(圖2)

影響時間t3的因素為到發線有效長及制動減速度β。城際鐵路車站到發線有效長有650、450 m或者400 m等檔次。受進站速度V2、到發線有效長及制動減速度的綜合影響,列車停靠站臺前的制動起點在警沖標附近。

圖2 警沖標至停靠點的走行時間t3的計算圖（單位：m)

列車在越過進站端警沖標至停站之間的運行時間t3分兩種情況進行計算。

情況1:制動起點越過進站端警沖標

t3=t′3+t″3=S′3/V2+V2/β

上式中S′3=S3-S″3=S3-V22/2β,因此

t3=(S3-V22/2β)/V2+V2/β

情況2:制動起點未到警沖標

t3=(2S3/β)

不同有效長時,列車以不同的過岔速度通過停站減速區S3的走行時間t3對比分析見表4。

從表4可看出,對比兩種過岔速度,到發線有效長越長,對停站減速區接車時間差影響就越大。

3 客運站采用12號道岔與采用18號道岔的綜合對比分析

3.1 接車時間對比

根據前述分析計算,車站進路接車時間t=t1+t2+t3,因此采用12號道岔較采用18號道岔需要增加接車時間Δt=Δt1+Δt2+Δt3。由于Δt2受車站規模影響較小,分別選取S小=300、500 m和800 m 3種情況進行計算,得到的總接車時間差見表5。

表4 不同到發線有效長走行時間t3對比s

表5 采用12號道岔與18號道岔接車時間差對比s

從表5可以看出,車站采用兩種型號道岔的接車時間差,與制動減速度成反比,與咽喉區長度、到發線有效長成正比。對于城際鐵路而言,中間站規模小,咽喉區長度短,且到發線有效長較短,所以時間差值較小。城際鐵路采用CRH6型城際動車組時,列車進站制動的一般常用減速度大于0.5 m/s2。在咽喉區長度約300 m、制動減速度大于0.5 m/s2的情況下,該時間差值小于25 s。CRH6-A、CRH6-B型城際動車組制動性能對照見表6。

表6 CRH6型城際動車組制動性能對照

3.2 客運站采用12號道岔最小追蹤間隔時間檢算

一般而言,列車追蹤間隔時間的4種情況(即I追追、I到到、I發發和I通過)中,I到到是決定因素,以下對I到到追蹤間隔進行檢算。

檢算的基本條件是:區間行車速度為200 km/h (55.6 m/s),12號道岔側向限速45 km/h(12.5 m/s)；列車長度200 m,到發線有效長450 m；區間及站內線路均為平直道；閉塞分區長度為2 000 m,鄰近車站的閉塞分區長度為1 200 m和1 500 m；列車采用CRH6動車組,列控符合CTCS-2級的目標―距離控制模式,平均減速度為0.66 m/s2；車站辦理列車到達作業時間為15 s；司機確認車載設備信號顯示時間為10 s；車站自動排列發車進路時間或自動排列接車進路時間為8 s；車載設備接收信號應變時間為2.2 s；車站設備啟動制動系統延遲時間為0.5 s。最小追蹤間隔時間示意如圖3所示。

圖3 最小追蹤間隔時間示意

列車到達追蹤間隔時間可按下式確定

其中:t作業=15+2.2+0.5=27.7 s；

因此,I到到=27.7+10.4+65.3+(l進-119)÷12.5+ 19=l進/12.5+112.9

如果要滿足3 min最小追蹤間隔的要求,則需I到到＜180 s,即l進＜837.5 m,對應的咽喉區長度為837.5-450/2=612.5 m。由于采用12號道岔布置的一般中間站咽喉區長度在400 m以內,因此可以滿足3 min最小追蹤間隔的要求。

3.3 旅客舒適性對比（表7)

表7 12號道岔與18號道岔旅客舒適性指標對比

旅客列車以80 km/h的速度側向通過18號道岔,乘客感受到的離心加速度為0.449 m/s2,加速度時變率為0.55 m/s3；旅客列車以45 km/h的速度側向通過使用12號岔,離心加速度為0.446 m/s2,加速度時變率0.310 m/s2,均優于18號道岔。

3.4 投資影響分析

(1)投資成本

單組道岔綜合安裝造價,18號無作道岔約370萬元,12號無作道岔約180萬元,鋪設1組12號道岔較18號道岔節省約190萬元。對于道岔上橋甚至車站高架,投資成本還將增加道岔梁的成本,該項成本遠高于單純鋪道岔的成本。

(2)運營維護成本

18號道岔需要使用5臺轉轍機牽引,而12號道岔只需要2臺,因此使用18號道岔將大大增加運營維護成本。

4 結論及建議

研究表明:城際鐵路客運站采用12號道岔與采用18號道岔相比,接車時間的增加值在25 s以內,可滿足3 min追蹤時間間隔要求,動車以45 km/h的速度側向通過12號道岔比以80 km/h的速度側向通過18號道岔的舒適性相當；但在有效減小車站站坪長度、靈活布置車站平面、節省工程投資及運營維護成本等方面優點突出。因此城際鐵路的客運站選用12號道岔也是可行的,特別是城際鐵路深入市區時,車站咽喉用12號道岔,對線路平縱斷面的設計以及車站布置是非常有利的。

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Research on How to Select the TyPe of Turnout Suitable for the Track at Passenger Station of Intercity Railway

ZHU Chang-qing,HUO Liang
(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.,Ltd.,Wuhan 430063,China)

U238；U213.6

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.07.002

1004-2954(2014)07-0004-05

2013-07-02；

2013-10-30

朱長青(1974―),男,高級工程師,1997年畢業于北京交通大學,工學學士,E-mail:758054313@qq.com。