高速鐵路列車追蹤間隔時間研究

田長海，張守帥，張岳松，姜昕良

(中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100081)

列車追蹤間隔時間(I)是指在自動閉塞區(qū)段同一方向追蹤運(yùn)行的兩列車間的最小間隔時間，是列車區(qū)間追蹤間隔時間(I追)、列車出發(fā)追蹤間隔時間(I發(fā))、列車到達(dá)追蹤間隔時間(I到)和列車通過追蹤間隔時間(I通)中的最大者。列車追蹤間隔時間是列車運(yùn)行圖的重要組成要素和計算區(qū)間通過能力的主要依據(jù)，是反映鐵路運(yùn)輸能力水平的重要指標(biāo)。高速鐵路列車追蹤間隔時間，是指在采用調(diào)度集中(CTC)行車指揮方式和CTCS-2/CTCS-3級列控系統(tǒng)控車條件下，同一方向追蹤運(yùn)行的兩列車間的最小間隔時間。高速列車在CTCS-2/CTCS-3級列控系統(tǒng)控車條件下，列車追蹤間隔時間計算方法不同于普速鐵路，目前國內(nèi)還缺乏系統(tǒng)和準(zhǔn)確的計算方法。本文結(jié)合高速鐵路列車間隔時間查定辦法的編制，系統(tǒng)提出高速鐵路列車追蹤間隔時間的計算方法；根據(jù)我國高速鐵路固定設(shè)備配置及高速動車組性能，遵循高速鐵路行車組織規(guī)則，給出相關(guān)參數(shù)的取值；運(yùn)用牽引計算軟件檢算高速鐵路列車追蹤間隔時間，分析影響高速列車追蹤間隔時間的因素，提出改進(jìn)建議。

1 高速列車追蹤間隔時間計算方法

我國高速鐵路均采用調(diào)度集中(CTC)的行車指揮方式，裝備了CTCS-2/CTCS-3級列控系統(tǒng)，采用連續(xù)式一次速度模式曲線控制列車運(yùn)行，與普速鐵路采用的分級速度控制模式曲線不同。不同的控制模式，導(dǎo)致列車追蹤間隔時間的計算方法也不同[1，2]。

(1)列車區(qū)間追蹤間隔時間(I追)

I追是列車區(qū)間追蹤運(yùn)行時必須間隔最小距離的運(yùn)行時間，它以前行列車所在閉塞分區(qū)入口附加一定的安全防護(hù)距離為追蹤目標(biāo)點(diǎn)，在滿足目標(biāo)制動距離條件下，后行列車正常運(yùn)行而必須間隔的最短距離范圍內(nèi)的運(yùn)行時間，如圖1所示。

圖1 列車區(qū)間追蹤間隔示意圖

I追的計算公式為

( 1 )

式中：I追為列車區(qū)間追蹤間隔時間，s；L制為列控車載設(shè)備監(jiān)控制動距離，m；L防為安全防護(hù)距離，m；L閉為閉塞分區(qū)長度，m；L列為列車長度，m；v區(qū)間為列車區(qū)間運(yùn)行速度，km/h；t附加為列車區(qū)間追蹤運(yùn)行附加時間，s；3.6是單位換算系數(shù)。

高速列車區(qū)間正常追蹤運(yùn)行時最小間隔距離除與L閉、L防、t附加有關(guān)外，主要與列控車載設(shè)備的監(jiān)控制動距離有關(guān)。當(dāng)列控車載設(shè)備使用的制動能力大時，監(jiān)控制動距離就短，兩高速列車間隔距離就短；當(dāng)列控車載設(shè)備使用的制動能力小時，監(jiān)控制動距離就長，兩高速列車間隔距離就長。所以列控車載設(shè)備監(jiān)控制動距離是影響高速列車追蹤間隔時間的重要參數(shù)。

(2)列車出發(fā)追蹤間隔時間(I發(fā))

I發(fā)是自前行列車由車站發(fā)出時起，至由該站同方向再發(fā)出另一列車時止的最小間隔時間。高速列車按CTCS-2/CTCS-3級完全監(jiān)控模式或引導(dǎo)模式控車、按CTCS-2級部分監(jiān)控模式控車且一離去長度滿足列控車載設(shè)備以側(cè)向道岔允許速度制動到0所需長度時，只要前行列車出清一離去，即可辦理后行列車出發(fā)作業(yè)，所以I發(fā)包括前行列車從車站出發(fā)至出清一離去時間和辦理后行列車出發(fā)作業(yè)時間，如圖2所示。

圖2 列車出發(fā)追蹤間隔示意圖

I發(fā)的計算公式為

( 2 )

(3)列車到達(dá)追蹤間隔時間(I到)

I到是自前行列車到達(dá)車站時起，至同方向后行列車到達(dá)該站時止的最小間隔時間。根據(jù)CTC設(shè)備特點(diǎn)，在不考慮延續(xù)進(jìn)路條件下，只要前行列車完全進(jìn)入車站股道進(jìn)路解鎖后，即可辦理后行列車的接車進(jìn)路，所以I到包括辦理后行列車到達(dá)作業(yè)時間和后行列車從監(jiān)控制動距離運(yùn)行至站內(nèi)股道的時間，如圖3所示。

圖3 列車到達(dá)追蹤間隔示意圖

I到的計算公式為

( 3 )

(4)列車通過追蹤間隔時間(I通)

I通是自前行列車通過車站時起，至同方向后行列車再通過該站時止的最小間隔時間。根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定和CTC設(shè)備特點(diǎn)[3]，CTC辦理列車通過作業(yè)時一般應(yīng)讓其在接車進(jìn)路和發(fā)車進(jìn)路都空閑的條件下辦理，所以I通包括前行列車出清一離去后辦理后行列車通過作業(yè)時間，后行列車以正常運(yùn)行速度通過監(jiān)控制動距離至一離去范圍的運(yùn)行時間，如圖4所示。

I通的計算公式為

( 4 )

圖4 列車通過追蹤間隔示意圖

2 高速列車追蹤間隔時間檢算

2.1 參數(shù)取值

(1)列車長度(L列)及制動距離(L制)

高速列車選取200～250 km/h和300～350 km/h動車組各一組，分別稱為列車1(編組8輛)和列車2(編組16輛)，L列分別為214 m和403 m。

L制是列控車載設(shè)備監(jiān)控列車運(yùn)行時的監(jiān)控制動距離，是列車正常運(yùn)行時保證旅客舒適、符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求、實時監(jiān)控與前行列車保持合理間隔的安全制動距離[4，5]。L制一般根據(jù)動車組出廠時最不利制動減速度按一定制動模型采取折減和優(yōu)化后的制動減速度經(jīng)牽引計算確定。根據(jù)有關(guān)資料，運(yùn)用牽引計算軟件，檢算列車列控車載設(shè)備平直道監(jiān)控制動距離，結(jié)果見表1。

表1 平直道列車監(jiān)控制動距離

(2)列車安全防護(hù)距離(L防)

根據(jù)《CTCS-2級列控車載設(shè)備暫行技術(shù)規(guī)范》、《CTCS-3級列控車載設(shè)備技術(shù)規(guī)范(暫行)》(鐵運(yùn)〔2012〕211號)、《CTCS-3級列控系統(tǒng)總體技術(shù)方案》(科技運(yùn)〔2008〕34號)規(guī)定[4-6]，L防最大值，區(qū)間取110 m、車站取60 m。

(3)閉塞分區(qū)長度(L閉)

高速鐵路閉塞分區(qū)長度有一定規(guī)律。僅開行動車組列車的高速鐵路一般為1 900～2 000 m，與車站鄰接的1～2個閉塞分區(qū)一般比區(qū)間其他閉塞分區(qū)要短些。個別閉塞分區(qū)比較長，是限制區(qū)間追蹤列車間隔時間的閉塞分區(qū)。還有些車站咽喉區(qū)，出站方向第一個閉塞分區(qū)比較長，往往影響到達(dá)列車和出發(fā)列車追蹤間隔時間。本文檢算列車追蹤間隔時間時閉塞分區(qū)長度取1 950 m。

(4)列車停車標(biāo)至出站信號機(jī)間的距離(L標(biāo))

停車標(biāo)的設(shè)置與很多因素有關(guān)，不同線路停車標(biāo)的設(shè)置也不同，一般而言，到發(fā)線有效長650 m的車站，站臺長度450 m，警沖標(biāo)至出站信號機(jī)距離取55 m，出站信號機(jī)應(yīng)答器至出站信號機(jī)距離為20 m，列車安全防護(hù)距離60 m，則8輛動車組列車停車標(biāo)距出站信號機(jī)距離約為160 m，16輛動車組列車停車標(biāo)距出站信號機(jī)距離約為65 m，如圖5所示。

(5)車站咽喉區(qū)長度(L咽喉)

咽喉區(qū)長度是指出站信號機(jī)至反向進(jìn)站信號機(jī)間的距離，或者進(jìn)站信號機(jī)至股道反向出站信號機(jī)間的距離。咽喉區(qū)長度與車站到發(fā)線數(shù)量、道岔數(shù)量、兩正線間渡線數(shù)量等因素有關(guān)。統(tǒng)計某高速鐵路，咽喉區(qū)長度絕大部分在600 m左右，最短的284～286 m，最長的1 200 m左右，所以檢算列車追蹤間隔時間時，咽喉區(qū)長度取600 m和1 200 m兩種。

圖5 動車組列車停車位置標(biāo)示意圖

(6)列車進(jìn)路作業(yè)時間

表2 列車進(jìn)路作業(yè)時間

2.2 列車追蹤間隔時間計算

根據(jù)上述理論公式和參數(shù)取值，即可檢算高速列車追蹤間隔時間，其中I追、I通計算公式中的v區(qū)間、v通過可以看作基本不變，可直接用公式計算，計算結(jié)果見表3；I發(fā)、I到計算公式中的v出發(fā)、v到達(dá)分別是加速、減速過程中的速度，一般用牽引計算軟件計算，檢算結(jié)果見表4、表5。

表3 平直道I追、I通計算表

表4 平直道I發(fā)檢算表

注：列車側(cè)向限速按不超過75 km/h控制。

表5 平直道I到檢算表

注：列車側(cè)向限速按不超過75km/h控制。

檢算結(jié)果可得出如下規(guī)律：

(1)I追最小值1 min 44 s，最大值2 min 36 s，都不超過3 min。隨著列車運(yùn)行速度的提高，I追增加。當(dāng)v區(qū)間=200 km/h時，I追=1 min 44 s，能實現(xiàn)2 min的追蹤間隔；當(dāng)v區(qū)間=250 km/h時，I追=1 min 55 s，能實現(xiàn)2 min的追蹤間隔；當(dāng)v區(qū)間=300 km/h時，I追=2 min 16 s，能實現(xiàn)2.5 min的追蹤間隔；當(dāng)v區(qū)間=350 km/h時，I追=2 min 36 s，能實現(xiàn)3 min的追蹤間隔。

(2)I通最小值2 min 28 s，最大值3 min 5 s，基本可實現(xiàn)3 min。隨著列車運(yùn)行速度的提高，I通增加。當(dāng)v通過=200 km/h時，I通=2 min 28 s，能實現(xiàn)2.5 min 的追蹤間隔；當(dāng)v通過=250 km/h時，I通=2 min 32 s，基本能實現(xiàn)2.5 min的追蹤間隔；當(dāng)v通過=300 km/h時，I通=2 min 48 s，能實現(xiàn)3 min的追蹤間隔；當(dāng)v通過=350 km/h時，I通=3 min 5 s，略大于3 min 的追蹤間隔。

(3)在車站側(cè)線限速75 km/h條件下，I發(fā)最小值2 min 45 s，最大值3 min 8 s，基本可實現(xiàn)3 min。I發(fā)受出站方向第一個閉塞分區(qū)長度、咽喉區(qū)長度、咽喉區(qū)限速等因素影響較大，當(dāng)咽喉區(qū)長度從600 m延長到1 200 m時，對于列車1和列車2，I發(fā)分別從2 min 45 s 延長到2 min 56 s、從2 min 55 s延長到3 min 8 s。

(4)當(dāng)v到達(dá)=200 km/h，I到=2 min 30 s～2 min 58 s，可實現(xiàn)3 min；當(dāng)v到達(dá)=250 km/h，I到=3 min～3 min 28 s，可實現(xiàn)3～3.5 min；當(dāng)v到達(dá)=300 km/h，I到=3 min 54 s～4 min 22 s，可實現(xiàn)4～4.5 min；當(dāng)v到達(dá)=350 km/h，I到=4 min 33 s～5 min 1 s，可實現(xiàn)4.5～5 min?？梢姡?00～250 km/h高速列車可實現(xiàn)3～3.5 min，300～350 km/h高速列車可實現(xiàn)4～5 min。

速度越高，I到越大。v到達(dá)250 km/h與200 km/h相比，I到增加30 s；v到達(dá)300 km/h與250 km/h相比，I到增加54 s；v到達(dá)350 km/h與300 km/h相比，I到增加39 s。

L咽喉對I到有重要影響。L咽喉1 200 m與600 m相比，I到增加28 s。綜合分析可見，最高運(yùn)行速度、咽喉區(qū)長度、動車組制動能力、咽喉區(qū)限速，是決定I到的關(guān)鍵因素。

(5)I=max{I追、I發(fā)、I到、I通}。當(dāng)vmax=200 km/h時，I追=1 min 44 s，I通=2 min 28 s，I發(fā)=2 min 45 s～2 min 56 s，I到=2 min 30 s～2 min 58 s，I可實現(xiàn)3 min；當(dāng)vmax=250 km/h時，I追=1 min 55 s，I通=2 min 32 s，I發(fā)=2 min 45 s～2 min 56 s，I到=3 min～3 min 28 s，I可實現(xiàn)3～3.5 min；當(dāng)vmax=300 km/h時，I追=2 min 16 s，I通=2 min 48 s，I發(fā)=2 min 55 s～3 min 6 s，I到=3 min 54 s～4 min 22 s，I可實現(xiàn)4～4.5 min；當(dāng)vmax=350 km/h時，I追=2 min 36 s，I通=3 min 5 s，I發(fā)=2 min 55 s～3 min 6 s，I到=4 min 33 s～5 min 11 s，I基本可實現(xiàn)4.5～5 min。列車速度從200 km/h到350 km/h，速度越高，I越大。I主要受I到限制，其次是I發(fā)。

通過對某高速鐵路區(qū)段的具體檢算，得出的規(guī)律與上述完全一致，I主要受I到的限制，而且主要是受大型車站的I到限制，一個區(qū)段有一個這樣的大型車站，整個區(qū)段的通過能力就受它的限制。

3 影響高速列車追蹤間隔時間的因素分析

不論是從理論計算，還是具體高速鐵路的仿真計算，除200 km/h高速列車可實現(xiàn)3 min追蹤間隔時間外，300～350 km/h高速列車實現(xiàn)4 min也很困難，主要受I到的限制，其次是I發(fā)，究其原因主要有下列幾點(diǎn)：

(1)動車組制動性能提高幅度不匹配

隨著動車組列車最高運(yùn)行速度的提高，I到越大，表明動車組列車速度提高后，其制動性能相應(yīng)提升的幅度不夠；或者說監(jiān)控列車保持一定間隔距離(監(jiān)控制動距離)運(yùn)行的列控車載設(shè)備，其制動減速度的設(shè)置是影響I到、I追、I通的最主要因素[9]，其安全冗余越大，追蹤間隔時間越大。同時也說明350 km/h高速列車降速按300 km/h運(yùn)行、250 km/h高速列車降速按200 km/h 運(yùn)行，有利于壓縮追蹤間隔時間。

(2)咽喉區(qū)太長和咽喉區(qū)限速

由于到發(fā)列車在咽喉區(qū)限速運(yùn)行，咽喉區(qū)太長，列車運(yùn)行時間就比較長，I到、I發(fā)就越長。特別是大型車站，幾乎所有列車都要在該站停車到發(fā)，都有I到、I發(fā)，所以對I的影響很大。

導(dǎo)致咽喉區(qū)長的主要因素是，大型車站股道數(shù)量多、銜接方向多，咽喉區(qū)配置了較多的渡線和道岔，導(dǎo)致咽喉區(qū)較長，而到發(fā)列車在咽喉區(qū)范圍內(nèi)又必須限速運(yùn)行，從而延長了I到、I發(fā)。統(tǒng)計某高速鐵路咽喉區(qū)長度，大部分在600 m左右，最短的不超過300 m，最長的超過1 200 m，而且最長的往往就是特大型車站。檢算表明，咽喉區(qū)長度1 200 m與600 m相比，咽喉區(qū)限速75 km/h，I到增加28 s，I發(fā)增加11～13 s；若咽喉區(qū)限速45 km/h以下，I到再增加近80%。

(3)列車進(jìn)路作業(yè)時間和發(fā)送行車許可信息等附加時間太長

CTCS-2級和CTCS-3級列控系統(tǒng)傳輸行車許可途徑不同，CTC辦理列車出發(fā)、到達(dá)、通過作業(yè)，并將行車許可信息發(fā)送給列車的時間是不同的，且CTCS-3級傳遞信號時間比CTCS-2級還長，這也是導(dǎo)致I到和I發(fā)長的一個重要因素。

(4)一離去較長、一離去范圍內(nèi)有分相影響I發(fā)

聯(lián)鎖開放出站信號的前提條件是出站方向第一個閉塞分區(qū)空閑。如果第一個閉塞分區(qū)過長，前行列車占用的時間就長，后行列車就遲遲不能出發(fā)。如果出站方向第一個閉塞分區(qū)有分相，列車出站后遲遲不能加速運(yùn)行，延長列車出清一離去的時間，更加影響后行列車出發(fā)，從而影響I發(fā)。例如某高速鐵路分相設(shè)在一離去的有9個站，列車出站不久就進(jìn)入了分相區(qū)，速度反而往下降，第一個閉塞分區(qū)遲遲不能出清，影響I發(fā)，特別是大型車站。

此外，延續(xù)進(jìn)路進(jìn)一步延長了列車追蹤間隔時間。《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》[3]沒有完全取消延續(xù)進(jìn)路，其嚴(yán)重影響I到。

為縮短列車追蹤間隔時間，實現(xiàn)高速鐵路設(shè)計目標(biāo)，提高通過能力，建議相應(yīng)提高與合理利用動車組制動性能，規(guī)范列控車載設(shè)備監(jiān)控列車運(yùn)行曲線的參數(shù)設(shè)置；優(yōu)化高速鐵路車站設(shè)計，特別是大型車站的布局設(shè)計，盡量縮短咽喉區(qū)長度，縮短列車進(jìn)出站走行距離，提高列車過岔速度；提高信號設(shè)備性能，優(yōu)化控車信息傳輸方式，壓縮進(jìn)路辦理和信息傳輸時間；避免一離去范圍內(nèi)設(shè)分相，特別是大型車站；適時完全取消動車組列車的延續(xù)進(jìn)路；優(yōu)化列車操作方式，進(jìn)出站時列車要盡量貼線運(yùn)行。

4 結(jié)束語

本文通過大量調(diào)查研究和分析計算，系統(tǒng)提出高速鐵路列車追蹤間隔時間計算方法，對當(dāng)前我國高速鐵路列車追蹤間隔時間進(jìn)行了檢算，由此分析了影響高速列車追蹤間隔時間的主要因素，并有針對性地提出了建議，以期對我國高速鐵路列車運(yùn)行圖編制提供參考。

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