蘭州西動車運用所配套列車運行模式改造關鍵技術研究與應用

王 杰

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

1 研究背景

蘭州鐵路樞紐改造工程于2014年底開通運行，蘭州西動車運用所與蘭州西高速場、普速場銜接，列車運行均按CTCS-2級列控系統[1]設計，車站布置示意見圖1。因蘭州西動車所至高速場、普速場的坡度均為大于25‰坡道，根據《鐵路技術管理規程(高速鐵路部分)》[2]第279條“進站信號機外制動距離內，進站方向為超過6‰的下坡道，而接車線末端無隔開設備時，禁止辦理相對方向同時接車和同方向同時發接列車”的規定，若按列車方式行車，高速場及普速場均需設置延續進路，從而會影響隴海線及蘭新鐵路第二雙線的列車運行效率。故權衡利弊、綜合考慮后原方案按調車方式設計。

隨著全國高速鐵路的快速發展，蘭州作為西北地區高速鐵路發展的重要節點，在中蘭高鐵、銀西高鐵、天水至蘭州城際等相繼引入蘭州樞紐后，會引起原有動車運用所的動車組存放及早晚高峰“集發、集進”、檢修等能力不足。另外根據《鐵路技術管理規程(高速鐵路部分)》[2](鐵總科技[2014])172號)第286條“進站信號機外制動距離內，進站方向為超過6‰的下坡道，而接車線末端無隔開設備時，禁止辦理相對方向同時接車和同方向同時發接列車(僅運行動車組列車的區段除外)”的規定，由于設計中動車走行線僅運行動車組列車，故走行線末端可不設隔開設備。鑒于此，為提高動車走行線的運輸效率，提高列車在早晚高峰的追蹤，可將蘭州西高速場、普速場與動車運用所的走行方式改為列車方式。

圖1 蘭州西樞紐部分車站布置示意

2 調、列方式優缺點比較

(1)蘭州西動車運用所走行線及動車所在調車運行模式下，根據鐵路總公司《關于印發<分散自律調度集中系統(CTC)技術條件(暫行修訂稿>通知》[3](科技運[2004]15號)文件規定，在非常站控模式下，車站脫離CTC系統控制轉為車站傳統人工控制模式，辦理調車進路要由車站值班員人工操作始終端按鈕辦理，增加了作業環節；并且使得CTC在分路不良、停電等情況下設備保安全的功能無法實現。

調車運行模式的優點是占用動車走行線時調車信號仍然可以開放，可以向占用線路放行動車組列車，缺點是調車運行模式無法發揮動車組ATP的控車功能[4-5]。

(2)蘭州西站動車運用所動車走行線由調車改為列車模式后，可以發揮CTC設備進路自動觸發、ATP自動控車等功能優勢，提高動車組行車速度和行車的效率，減少作業過程和環節中的人為風險因素[6-7]。

3 運輸能力適應性分析

蘭州西站近期始發終到動車組為85對/d(其中短途40對/d)，通過為25對/d，合計110對/d。

3.1 調車方式動車組運輸能力分析

3.1.1 動車組出段

動車組集中出段時間為早上5：30～7：50，動車運用所至高速場場間線路設有調車信號機，距高速場進站信號D202、D204最近的調車信號距離為1 900 m。已知動車組最高運行速度為40 km/h，運行時間為3 min，起車時間為1 min，連發間隔為4 min，即動車運用所至高速場出段的發車間隔為8 min，可計算出每小時1條動車走行線可運行7.5列，兩條線共運行15列動車組。

3.1.2 動車組入段

動車組集中入段時間為晚上21：30～1：00，高速場出站信號機至動車運用所場間線路最近的調車信號為D3001、D3003，最長距離為2836 m。已知動車組最高運行速度為40 km/h，運行時間為4.5 min，起車時間為1 min，連發間隔為4 min，即高速場至動車運用所入段的追蹤間隔為9.5 min，可計算出每小時1條動車走行線可運行6列，兩條線共運行12列動車組。

3.1.3 動車組圖定運行能力分析

蘭州西近期始發終到85對/d，高峰小時按15%計算，高峰時段列車數為13列，兩條動車走行線每小時出段為15列，可滿足能力要求。

蘭州西動車運用所設檢查庫線6條(其中2線兼融冰除雪功能)、存車線25條(另預留12條)，檢查庫線及存車線有效長均按停放1列16節編組動車組設置。可存動車車底合計31列。動車組入段高峰時間為21：30～1：00，為3.5h，兩條線每小時入段12列，3.5h可入段42列。因此近期從蘭州西動車運用所存車能力方面分析，晚上入段列車不超過31列，高峰時間入段能力為42列，大于動車運用所存車數31列，入段能力可滿足要求。

3.2 列車方式動車組運輸能力分析

3.2.1 動車組出段

動車組集中出段時間為早上5：30～7：50，動車走行線按列車方式辦理，可在動車走行線上設置區間通過信號機，滿足追蹤間隔5 min的要求，高峰小時每條動車走行線可運行12列，兩條線共運行36列動車組。

3.2.2 動車組入段

動車組集中入段時間為晚上21：30～1：00，動車走行線按列車方式辦理，可在動車走行線上設置區間通過信號機，滿足追蹤間隔6 min的要求，高峰小時每條動車走行線可入段10列，兩條線共運行20列動車組。

因此，蘭州西動車應用所改造為列車運行模式后，其動車組出、入段能力較調車模式提高較大，再結合增加動車組集中管控系統提高運行效率，可滿足遠期寶蘭、銀蘭等高鐵開通后的列車對數增加，滿足蘭州西動車應用所動車組出入庫的實際運行能力。

4 影響列車模式改造的信號系統關鍵技術方案

4.1 延續進路設置分析

蘭州西動車走行線面向高、普場均為30‰的下坡，運行模式由調車變更為列車后，按照《鐵路車站及樞紐設計規范》及《鐵路技術管理規程(普速鐵路部分)》[8]相關條文規定，“在進站信號機外制動距離內進站方向為超過6‰下坡道的車站，應在正線或到發線的接車方向末端設置安全線”，因此按照規范要求普速場到發線在接車線末端應設置安全線作為隔開進路。

但參照《鐵路技術管理規程(高速鐵路部分)》(以下簡稱“技規”)第286條規定：“進站信號機外制動距離內，進站方向為超過6‰的下坡道，而接車線末端無隔開設備時，禁止辦理相對方向同時接車和同方向同時發接列車(僅運行動車組列車的區段除外)”，以及該技規的適用范圍：“適用于200 km/h及以上的鐵路和200 km/h以下僅運行動車組列車的鐵路”，由于設計中動車走行線僅運行動車組列車，按照高速鐵路技規要求，動車走行線末端可不設隔開設備[6]。

4.1.1 蘭州西高速場

高速場與動車所相銜接的動車走行線進站信號機(SD，SDF)外方制動距離內有大于6‰的下坡道，根據《鐵路技術管理規程》(鐵總科技[2014]172號)第286條及條文解釋，動車走行線向高速場方向僅按動車組運行區段設計，不設置延續進路。

4.1.2 蘭州西普速場

(1)根據《站內聯鎖設計規范》(TB10071—2000)第5.5.16條“當進站信號機外方列車制動距離內進站方向為超過6‰下坡道，而在接車方向末端已設有安全線(避難線)的車站，其接車進路的延續進路可通向安全線(避難線)，或當站內平行進路，隔開道岔等足以防止列車沖突的隔開條件，其延續進路可延至安全(適當)處所時，應設下坡道延續進路的結合電路”的要求，進站信號機外方大于6‰下坡道應設置延續進路。

(2)根據《鐵路技術管理規程》(鐵總科技[2014]172號)[9-10]第286條的條文解釋明確說明“……根據有關研究結論，動車組列車在列控車載設備(或列車運行監控裝置)、制動系統工作正常的情況下，能保證列車不超、不冒進，列車進站停車時可安全停在規定的區域內，設備正常時無需延續進路起防護作用。因此規定了僅運行動車組列車的區段可不執行上述規定。同時，對僅運行動車組列車的區段，對進站方向為超過6‰下坡道的接車線末端也不再設置延續進路”，故從《鐵路技術管理規程》(鐵總科技[2014]172號)中動車組先進的列控車載設備和良好制動性能分析[11]，可不設置延續進路。

蘭州西普速場為高速動車組、普速客運及貨運混合的車場，其設計速度為120 km/h。本次調車改列車工程，與動車走行線銜接的蘭州西普速場進站信號機外方SDF有大于6‰的下坡道，若動車運用所至蘭州西普速場僅為動車組運行，則不設置延續進路，若動車所至蘭州西普速場存在其他非動車組運行的列車進路，則蘭州西普速場需設置延續進路。

4.2 動車存車線出站信號機機構選擇

蘭州西動車所為盡頭式車站，其信號設備布置如圖2所示，其特點是股道停留單列8節編組或16節編組動車組，且咽喉區長，需增加進路或總出站信號機滿足列車運輸效率及追蹤時分要求，因此在存車線末端設置起阻攔列車作用的列車信號機，股道的發車端信號機的選擇與設置應結合咽喉區長短及其銜接的前方是否設置總出站信號機的顯示確定[12]。

存車線東咽喉部分股道線間距4.2 m，根據《高速鐵路設計規范》(TB10621—2014)[13]第142.4-2要求“動車段(所)出站信號機宜采用《鐵路信號設計規范》(TB10007—2017)規定的出站信號機機構，受股道線間距限制時可采用“紅、黃、白”三燈位矮型機構，同時，《鐵路技術管理規程》第470條“動車段(所)出站信號機”要求采用“HUB”單機構，并未區分前方的信號機顯示及狀態，且“U燈顯示表示準許列車由動車所出發，表示發車進路建立且出站第一離去空閑”，故選擇此機構的出站信號機可以滿足設置要求，但是，結合信號顯示與編碼進行分析，若總出站信號機(SZ5)顯示U燈及以上狀態時，當其銜接信號機間距離大于800 m時，股道設置的“HUB”發車進路信號機顯示僅能為“U”列車運行狀態，總出站信號機與股道出站信號機顯示及地面編碼不匹配，存在前方為高碼序，后方信號機及編碼降級的問題，影響行車效率。

圖2 動車運用所信號設備布置示意

根據《鐵路信號設計規范》(TB10007—2017)附錄D關于動車所出站信號機可采用單機構四燈位信號機，此信號機構是針對線間距不能滿足雙機構出站信號機設置要求新發布的，該信號機具有“LUHB”5種信號機顯示含義，與前方總出站信號機的顯示及地面編碼完全匹配，但是《鐵路技術管理規程》中未對此類信號機進行定義，存在互相沖突的問題。

結合現場實際情況，并結合地面顯示與編碼一致性，動車存車線出站信號機機構推薦采用單機構四燈位信號機構。

4.3 動車走行線長大坡道列車追蹤檢算

動車運用所至蘭州西高速場、普速場走行線有大于25‰的下坡道，局部坡度達到30‰，為保證動車組在其運行時，不會在L5碼區段產生制動(起模)，因此，根據《中國鐵路總公司關于明確新建鐵路客運專線大于20‰坡道區段列車限速有關問題的通知》“鐵總辦函[2014]584號”的要求，結合動車所至高速場、普速場距離及信號機設置，存在7個閉塞分區(L5碼)區段，因此需車載設備運營商對該區段列車追蹤進行檢算[14]。

4.3.1 CTCS2-200C檢算

鐵科院通號所采用CTCS2-200C[15]型列控車載設備進行測試，測試結論如下：速度80 km/h時，在30‰的長大下坡道常用制動距離為2270.7 m，小于138號文規定的常用制動距離，設計的信號布點滿足CTCS2-200C型列控車載設備要求，其制動距離檢算如表1所示。

表1 CTCS2-200C(CRH5)列控車載設備制動距離檢算 m

4.3.2 300H動車檢算

北京和利時公司選用其現有的ATP(200H，300S，300H)中制動距離最長的300H動車，速度80 km/h時，在35‰的長大下坡道常用制動距離為957 m，小于138號文規定的常用制動距離，其制動距離檢算如表2所示。

4.3.3 CRH380BK檢算

北京全路通信信號研究設計院集團有限公司采用的車載設備CTCS3-300T，目前投入運行的車型主要有：CRH2、CRH380A、CRH380AL、CRH3、CRH380B、CRH380BL、CRH380BK、CRH380D，其中車載設備裝備最不利(制動距離最長)車型CRH380BK，其對應的測試閉塞分區長度不能滿足要求，結合鐵路總公司對車載參數優化的文件，采用新版C2軟件六段式減速度制動模式計算允許速度300～0 km/h(對應常用制動干預初速度305～0 km/h)所對應的常用及緊急制動距離，在運行速度為80 km/h，30‰下坡道，緊急制動距離為790 m，通過檢算并采用優化后的車載參數，均能滿足要求,其制動距離如表3所示。

表2 CTCS3-300S適配CRH380B型動車組不同初速度下制動到0 km/h的制動距離 m

表3 CRH380BK型車載設備制動距離 m

因此對于長大坡道地段，尤其是高速區段，應對其閉塞分區設置進行車載設備驗算，以保證列車在L5碼區段不會產生制動。

5 結語

動車運用所是動車組停靠、整備及檢修的重要場所，其早高峰集中出段、晚高峰集中入段決定走行線的追蹤效率，其距車站的遠近，走行線坡道的陡緩直接影響到相鄰車站的信號設備及列控系統的設置[16]，建議后續建設項目應根據動車所走行線距離遠近、遠期列車對數、坡道大小及銜接站接發列車性質，并結合實際運行效率進行優缺點比選，以確定運輸組織方式，避免后期運行模式改變引起投資浪費。