國鐵信號(hào)制式下市域鐵路到發(fā)線有效長探討

韓永強(qiáng)

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

1 背景

市域鐵路是指位于中心城區(qū)與郊區(qū)之間、組團(tuán)式城鎮(zhèn)之間以及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)具有同城化需求的相鄰城鎮(zhèn)之間，為滿足與日俱增的通勤需求，采用設(shè)計(jì)速度100 ～160 km/h，公交化、大運(yùn)量、快速度、高密度運(yùn)行的客運(yùn)專線鐵路。

到發(fā)線有效長一般指到發(fā)線一端出站信號(hào)機(jī)處警沖標(biāo)至另一端出站信號(hào)機(jī)處警沖標(biāo)之間的距離，是鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。根據(jù)《市域鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（T/CRS C0101-2017）[1]要求，市域鐵路到發(fā)線有效長應(yīng)根據(jù)線路通過能力、列控系統(tǒng)控車要求以及遠(yuǎn)期列車編組長度綜合計(jì)算確定，而該規(guī)范中未對(duì)到發(fā)線具體長度做出規(guī)定，因此本文結(jié)合國鐵制式相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)采用國鐵信號(hào)系統(tǒng)制式的市域鐵路到發(fā)線有效長進(jìn)行分析、探討。

2 到發(fā)線有效長方案探討

市域鐵路采用國鐵信號(hào)系統(tǒng)制式時(shí)，列控系統(tǒng)一般采用CTCS-0 級(jí)或CTCS-2 級(jí)+列車自動(dòng)運(yùn)行（ATO）方式。其中CTCS-0 級(jí)列控系統(tǒng)適用于利用既有普速鐵路開行市域列車，從工程投資、施工風(fēng)險(xiǎn)等方面綜合考慮，一般維持既有普速鐵路CTCS-0 級(jí)列控系統(tǒng)不變，通過利用既有站、改造既有站以及新建車站相結(jié)合的方式對(duì)既有鐵路進(jìn)行適應(yīng)性改造，其中新建車站只考慮市域列車停靠；CTCS-2 級(jí)+ATO 適用于新建線路的市域鐵路項(xiàng)目。

市域鐵路列車分為市域A 型、市域D 型、CRH 市域型3 種類型，根據(jù)運(yùn)營組織需求可靈活采用4 輛、6 輛、8 輛編組運(yùn)行。根據(jù)調(diào)查，采用4 輛、6 輛、8 輛編組時(shí)列車車體最大長度分別為101.4 m、152.4 m、201.4 m，因此對(duì)應(yīng)站臺(tái)長度為110 m、160 m、210 m。

下面分別就采用CTCS-0 級(jí)和CTCS-2 級(jí)兩種不同等級(jí)列控系統(tǒng)時(shí)對(duì)股道有效長要求進(jìn)行分析、探討。

2.1 采用CTCS-0級(jí)列控系統(tǒng)時(shí)到發(fā)線有效長

CTCS-0 級(jí)列控系統(tǒng)即通用機(jī)車信號(hào)+列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置（LKJ）相結(jié)合方式，以地面信號(hào)作為運(yùn)行憑證。因此市域列車采用CTCS-0 級(jí)列控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，其到發(fā)線有效長需按照LKJ 停車控制模式距離計(jì)算確定。根據(jù)《列車運(yùn)行監(jiān)控裝置（LKJ）控制模式設(shè)定規(guī)范（2015 版）》（鐵總運(yùn)[2015]102 號(hào)）規(guī)定，LKJ 是以常用制動(dòng)控制模式為主、緊急制動(dòng)控制模式作為后備方式，來保證列車安全運(yùn)行，當(dāng)常用制動(dòng)指令得不到有效執(zhí)行，列車速度不能有效控制時(shí)，將采用緊急制動(dòng)指令強(qiáng)行使列車停車 。

LKJ 車載設(shè)備規(guī)定的防止列車冒進(jìn)信號(hào)的停車控制距離S的計(jì)算公式為S=Se+Sa+Sk，Se為有效制動(dòng)距離、Sa為安全距離、Sk為列車空走距離。由于列車在運(yùn)行過程中受現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境多種因素影響，其制動(dòng)距離有一定離散性，且速度越高離散性就越大，因此安全距離Sa=A+0.5V0，A為安全距離常量，站內(nèi)采用常用制動(dòng)方式時(shí)A=50 m，采用緊急制動(dòng)方式時(shí)A=20 m，V0為列車的運(yùn)行速度[2]。

綜上所述，市域鐵路到發(fā)線有效長=警沖標(biāo)至出站信號(hào)機(jī)距離+安全距離+站臺(tái)長度+安全距離 +警沖標(biāo)至出站信號(hào)機(jī)距離。市域鐵路車站站內(nèi)道岔選型一般采用12 號(hào)或者18 號(hào)道岔，其中采用12號(hào)道岔時(shí)安全距離Sa=72.5 m，采用18 號(hào)道岔時(shí)安全距離Sa=90 m。

因此針對(duì)市域鐵路站場(chǎng)采用不同類型轍叉號(hào)道岔以及列車不同編組情況，到發(fā)線有效長計(jì)算如下。

1）站內(nèi)采用12 號(hào)道岔

采用4 輛編組時(shí)，到發(fā)線有效長=(5+72.5)×2+110=265 m。

采用6 輛編組時(shí)，到發(fā)線有效長=(5+72.5)×2+160=315 m。

采用8 輛編組時(shí)，到發(fā)線有效長=(5+72.5)×2+210=365 m。

2）站內(nèi)采用18 號(hào)道岔

采用4 輛編組時(shí)，到發(fā)線有效長=(5+90)×2+110=300 m。

采用6 輛編組時(shí)，到發(fā)線有效長=(5+90)×2+160=350 m 。

采用8 輛編組時(shí)，到發(fā)線有效長=(5+90)×2+210=400 m 。

2.2 采用CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)時(shí)到發(fā)線有效長

CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)是以車載信號(hào)作為行車憑證，基于點(diǎn)式應(yīng)答器和軌道電路傳輸列車運(yùn)行許可信息，并采用目標(biāo)—距離連續(xù)速度控制模式監(jiān)控列車安全運(yùn)行的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)[3]。因此市域列車采用CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，車站到發(fā)線有效長除滿足列車長度要求外，還需考慮CTCS-2 級(jí)列控車載系統(tǒng)的安全防護(hù)距離、警沖標(biāo)至出站信號(hào)機(jī)距離以及列車司機(jī)控車余量。

2.2.1 車體長度

采用4 輛、6 輛、8 輛編組時(shí)列車車體最大長度分別為101.4 m、152.4 m、201.4 m，因此對(duì)應(yīng)站臺(tái)長度為110 m、160 m、210 m。

2.2.2 安全防護(hù)距離

根據(jù)CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)相關(guān)車載規(guī)范要求，車站范圍內(nèi)列車在完全監(jiān)控模式下運(yùn)行時(shí)，CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)計(jì)算的列車停車點(diǎn)，即最大常用制動(dòng)終點(diǎn)為出站信號(hào)機(jī)外方60 m 處。因此CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)站內(nèi)安全防護(hù)距離為60 m，考慮到一定的誤差，出站應(yīng)答器組設(shè)置于距離出站信號(hào)機(jī)65 m 處[4]。

2.2.3 警沖標(biāo)至出站信號(hào)機(jī)距離

警沖標(biāo)至出站信號(hào)機(jī)距離應(yīng)不小于列車車頭距其第一輪對(duì)距離，綜合各種型號(hào)動(dòng)車組，該值取5 m[5]。

2.2.4 司機(jī)控車余量

考慮到司機(jī)對(duì)低速運(yùn)行列車的可操作性以及舒適駕駛，一般在出站應(yīng)答器組與站臺(tái)端部之間預(yù)留10 m 的控車余量。

根據(jù)以上原則，CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)對(duì)車站到發(fā)線有效長需求計(jì)算如下。

1）貫通式車站

貫通式車站雙向使用的到發(fā)線有效長為到發(fā)線一端警沖標(biāo)至另一端警沖標(biāo)距離，如圖1 所示。

采用不同編組方式時(shí)，到發(fā)線有效長分別為：

4 輛編組時(shí)，到發(fā)線有效長=(5+65+5+10)×2+110=280 m；

6 輛編組時(shí)，到發(fā)線有效長=(5+65+5+10)×2+160=330 m；

基層設(shè)施層、智能感知層和網(wǎng)絡(luò)通信層屬于IaaS層。基礎(chǔ)設(shè)施是包括駐地管網(wǎng)和線路，機(jī)房以及其他配套設(shè)施。智能感知層和物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備之間聯(lián)系較為密切，其中包括自動(dòng)化控制設(shè)備和智能感知設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)部人力、物力和財(cái)力參數(shù)，以及狀態(tài)、流向和環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)感知、采集、傳輸和控制，可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化管理和控制。網(wǎng)絡(luò)通信層作為智慧園區(qū)數(shù)據(jù)傳輸和共享的關(guān)鍵所在，需要在信息網(wǎng)絡(luò)和智能感知信息系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

8 輛編組時(shí)，到發(fā)線有效長=(5+65+5+10)×2+210=380 m 。

2）盡頭式車站

市域鐵路線路起點(diǎn)車站、終點(diǎn)車站多采用盡頭式，如圖2 所示。鑒于盡頭式車站列車“終到始發(fā)”的作業(yè)特點(diǎn)，對(duì)于其到發(fā)線發(fā)車端可以考慮將列車端頭位于出站應(yīng)答器組外方，應(yīng)答器組設(shè)置于距離出站信號(hào)機(jī)20 m 處，從而不考慮安全防護(hù)距離；對(duì)于盡頭端則需要考慮安全防護(hù)距離、擋車器長度以及擋車器距車檔長度等因素，其中擋車器及擋車器距車檔距離需根據(jù)擋車器型號(hào)確定。

采用不同編組方式時(shí)，到發(fā)線有效長分別為：

4 輛編組時(shí)， 到發(fā)線有效長=5+20+5+110+5+65 +5=215 m；

圖2 采用CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)時(shí)盡頭式車站到發(fā)線有效長示意圖Fig.2 Schematic diagram of effective length of receiving-departure track at bay station with CTCS-2

6 輛編組時(shí)， 到發(fā)線有效長=5+20+5+160+5+65 +5=265 m；

由于線路選線、站場(chǎng)選址等因素采用高架站或地下站時(shí)，受周邊城市拆遷量、地下挖方量、工程投資等因素控制，造成到發(fā)線有效長不能滿足正常停車控制要求時(shí)，可通過采用特殊列控系統(tǒng)方案技術(shù)手段來解決到發(fā)線有效長不足問題。如在進(jìn)站信號(hào)機(jī)處設(shè)置A 點(diǎn)有源應(yīng)答器，按一般車站的正常邏輯控制列車進(jìn)站停車。但對(duì)于B 點(diǎn)至股道端頭出站信號(hào)機(jī)之間的速度描述為15 km/h，并將其對(duì)C 點(diǎn)應(yīng)答器組的鏈接反應(yīng)設(shè)置為緊急制動(dòng)；在股道中間適當(dāng)位置（經(jīng)驗(yàn)值為距離股道端頭出站信號(hào)機(jī)150 m）設(shè)置B點(diǎn)無源應(yīng)答器組，該應(yīng)答器組提供給列車的控車數(shù)據(jù)能使列車越過A 點(diǎn)應(yīng)答器組提供的列車停車點(diǎn)，且在B 點(diǎn)以不超過20 km/h 的速度繼續(xù)行駛至B 點(diǎn)應(yīng)答器組提供的列車停車點(diǎn)，但必須保證列車正常情況下不得越過C 點(diǎn)；在股道端頭距離出站信號(hào)機(jī)適當(dāng)位置處設(shè)置C 點(diǎn)無源應(yīng)答器組，其數(shù)據(jù)描述為絕對(duì)停車、調(diào)車危險(xiǎn)以及目視行車危險(xiǎn)等。該應(yīng)答器組距離滑動(dòng)擋車器距離不小于采用5‰下坡道時(shí)，列車由15 km/h 至0 的緊急制動(dòng)距離[6-7]，應(yīng)答器組布置如圖3 所示。該方案已成功運(yùn)用于廣珠城際珠海站、廣深港高鐵福田站等項(xiàng)目。

圖3 困難條件下盡頭式車站應(yīng)答器布置示意圖Fig.3 Schematic diagram of balise arrangement at bay station under difficult conditions

故困難條件下，采用不同編組方式時(shí)，到發(fā)線有效長分別為：

4 輛編組時(shí)，到發(fā)線有效長=5+20+5+110+5+30+5=180 m；

6 輛編組時(shí)， 到發(fā)線有效長=5+20+5+160+5+30+5=230 m；

8 輛編組時(shí)， 到發(fā)線有效長=5+20+5+210+5+30+5=280 m。

另外，根據(jù)調(diào)查，國鐵信號(hào)系統(tǒng)各個(gè)列控車載設(shè)備供應(yīng)商都對(duì)安全防護(hù)距離進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后取值為40 m[8]。因此采用CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)時(shí)，到發(fā)線有效長在上面計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上還可以相應(yīng)縮短，其中貫通式車站到發(fā)線有效長可縮短40 m，盡頭式可縮短20 m。

3 結(jié)束語

到發(fā)線有效長作為鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，其合理性直接影響土建工程投資、車站運(yùn)輸效率等。而影響到發(fā)線有效長的因素諸多，本文僅通過對(duì)CTCS-0 級(jí)、CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)停車控制模式的分析，提出市域鐵路采用國鐵信號(hào)系統(tǒng)制式時(shí)CTCS-0 級(jí)和CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)下不同站型、不同車輛編組對(duì)到發(fā)線的具體長度要求，可用于指導(dǎo)市域鐵路的設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的借鑒意義。