中德高速鐵路車站到發線有效長對比研究

俞 添

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司線站處,武漢 430063)

1 概述

德國鐵路的規范體系框架與中國相比有很大的不同,首先其遵循的基本規范和設計理念不一樣。德國工程建設標準主要通過有關標準化協會組織和企業制訂,德國鐵路工程建設一是執行歐盟技術法規，如指令(Directive)、決定(Decision)和規定(Regulation),技術解釋文件(TSI),歐洲標準(如EN、EN V、HD、TS、TR等),有關國際標準(如IEC、UIC等),德國技術法規及國家標準,并在國際標準、歐洲標準的制定中與法國一道起主導作用；二是由已私有化的德國鐵路股份公司(Deutsche Bahn,簡稱DB)在貫徹執行國際標準、特別是歐洲標準的情況下,結合本國鐵路的實際情況制訂有關鐵路工程建設的企業標準。

其次鐵路行業的專業設置不一樣,德國鐵路行業未設置站場專業,國內站場專業的工作被分散在線路、地路、房建、車輛、信號等多個專業中,經過艱苦努力,本文對中德鐵路車站到發線有效長技術細節對比進行了深入研究,并在利比亞高速鐵路和沿海鐵路兩個項目中得到了實際應用,這兩個項目是由德國公司采用德國標準做的初步設計,而中國鐵建負責項目的施工建設。本文的研究對于展示我國高鐵發展的最新成果,完善高鐵技術標準體系,以及加快實施中國高鐵“走出去”的戰略有一定指導意義。

2 中國高速鐵路車站到發線有效長研究

2.1 中國高速鐵路車站到發線有效長定義

高速鐵路車站到發線有效長是指到發線兩個警沖標間的長度。車站到發線有效長除必須滿足列車長度外,還需考慮一定的停車余量,以及安全防護距離的要求,對于雙進路設計的到發線,其有效長還應考慮兩側的安全防護距離。因此,車站到發線有效長由列車長度、停車余量、安全防護距離、警沖標至絕緣節的距離組成。其中列車長度和停車余量構成站臺長度,因此,到發線有效長由站臺長度、安全防護距離、警沖標至絕緣節的距離構成。

站臺長度和警沖標至絕緣節的距離是個定值,而安全防護距離是計算和經驗值。安全防護距離(Protect space)是指防護點與目標點之間的距離,其包括測速、測距誤差、司機確認停車點距離以及列車過走距離。

2.2 中國高速鐵路車站到發線有效長規范規定

中國《高速鐵路設計規范》(試行)10.1.8條文解釋說明：“到發線有效長度650 m由站臺長度、安全防護距離、警沖標至絕緣節的距離組成如下。

(1)站臺長度：根據列車最大編組要求,確定站臺長度為450 m。

(2)安全防護距離,考慮測速、測距誤差、司機確認停車點距離及動車組過走防護距離,確定安全防護距離≥95 m。

(3)警沖標至絕緣節的距離：根據目前第一輪對距離車頭的距離最長為4.85 m,確定警沖標至絕緣節的距離為5 m。

因此到發線有效長度(警沖標—警沖標)為(5+95)×2+450=650 m,故規定到發線有效長度不應小于650 m。”

站臺最大長度的確定：按旅客列車最大編組數量為16輛,列車總長度為428 m,取整430 m,另考慮10 m的停車余量,確定站臺長度為450 m。

因此根據《高速鐵路設計規范》(試行),到發線有效長=站臺長度(450 m)+安全防護距離(95 m×2)+警沖標至絕緣節的距離(5 m×2)。見圖1。

圖1 高速鐵路車站有效長示意(單位：m)

2.3 中國高速鐵路車站到發線有效長列控系統設計要求

《既有線CTCS-2級列控系統車載設備技術規范(暫行)》(科技運[2007]45號)第5.2.3.2(3)條“制動模式曲線計算”規定,列控系統在完全監控模式下,車站范圍內列控系統計算的常用制動終點(即停車目標點)為出站信號機外方60 m。也就是說列控系統需要防護距離為60 m。

《客運專線CTCS-2級列控系統配置及運用技術原則(暫行)》(鐵集成[2007]124號)第“4.8.3”條規定,僅開行動車組的客運專線,出站標志牌(鐵運[2008]19號文《關于客運專線信號系統若干問題的指導意見》改為出站信號機)和軌道電路絕緣節均設置在距警沖標55 m處(含過走防護距離50 m)。

2.4 中國高速鐵路車站到發線有效長實際設計布置

對“和諧號”系列動車組來說,16輛編組CRH1車型列車全長是最長的,為428 m,到發線有效長650 m能夠滿足要求,其中ATP需要防護距離有60 m,過走距離50 m,站臺端至出站信號機距離為45 m,但是列車停車時頭部距站臺端15 m,尾部距站臺端7 m。如圖2所示。

圖2 國鐵高速車站到發線有效長布置示意(單位：m)

列車不能居中停車產生的原因就是高鐵設計規范中考慮的安全防護距離為95 m,而列控規范中安全防護距離為110 m(車載ATP需要在出站信號機外方60 m,加上地面信號機內方50 m),其結果導致列控停車目標點將位于站臺范圍之內,列車將不能居中停在站臺中,分析如下。

(1)若是單方向接車站臺,站場布置能夠滿足接車條件,但司機可掌控的停車余量減少。

(2)若是雙方向接車站臺,也可滿足接車條件,但上、下行列車所停的站臺區域不同,如果設有站臺安全門/屏蔽門,將不能兼顧兩個方向停車時站臺門都可與車門對齊的要求,兩方向車門相錯約8 m。

(3)上述兩條都是針對最長編組的CRH1型動車組而言,如果開行的是其他動車組,列車長度將縮減為420 m,站場布置又變得恰好合適。

3 德國高速鐵路車站到發線有效長研究

3.1 德國高速鐵路車站到發線有效長定義及規定

德國高速鐵路到發線有效長系列規定如下：《德國鐵路基礎設施設計手冊》551頁[5],股道有效長按Ril 413.0302規定的線路分類確定,該規程規定股道有效長包含了列車伸長防護區段的長度。 其中《德國鐵路基礎設施設計手冊》66頁,規程Ril 413.0302規定的線路標準為高速鐵路越行線(也就是我們所說的到發線)長度為450 m。

德國到發線有效長計算時要考慮到信號機位置設置、可任意進車的道岔區段和軌道區段的絕緣節位置,有效長可計算至信號機,公式如下

erfLn=zulLw+z

式中 erfLn——所需股道有效長；

zulLw——列車允許長度；

z——附加長度。

3.2 德國高速鐵路車站到發線有效長分析

歐洲高速鐵路互操作性技術條件基礎設施篇要求站臺長度達到400 m,德國站臺最小長度等于機車牽引列車或動車組的列車長度與不準確停車的附加長度5 m之和,因此文獻[5]表8.1中規定德國高速列車停靠站臺標準長度為405 m。由此可見，德國機車牽引列車或動車組的高速列車允許長度不超過zulLw=405-5=400 m。

旅客列車附加長度分別為：

信號能見距離 5 m×2；

不準確停車 5 m；

列車伸長防護區段 10 m×2；

特殊的列車伸長防護至絕緣節距離(考慮到發線列車緩沖器彈簧釋放能量)8 m,列車防護信號機至絕緣節距離6 m。

因此德國到發線有效長計算如下

erfLn=zulLw+z=400+5+5×2+10×2+8+6=449 m

取整為450 m。

德國高速鐵路車站有效長示意如圖3所示。

圖3 德國高速鐵路車站有效長示意(單位：m)

3.3 德國高速鐵路車站過走距離分析

德國高速鐵路出站信號機與警沖標之間留有一定的過走距離(Overlap),一般為50～70 m。這不僅是列控系統的安全要求(主要防止列車側面沖突),更主要的是為無列控系統時的安全防護,例如停留車的溜逸,動車組故障行車等。

在深入研究德國高速鐵路站場設計標準的過程中了解到,德國到發線有效長不包含過走距離長度200 m,德國過走距離長度見表1。

表1 最短的過走距離長度

4 中德鐵路車站到發線有效長對比研究結論

(1)中德高鐵車站到發線有效長計算相同之處為,站臺長度等于列車全長加上停車余量,只是雙方的列車長度不同,停車余量取值不同而已。

(2)中德高鐵車站到發線有效長計算不同之處為,車站到發線有效長的定義有所不同,導致算法完全不一致。中國到發線有效長計算安全防護距離時包含的內容為ATP需要防護距離和過走距離之和；而德國到發線有效長計算附加長度時考慮信號能見距離、列車伸長防護區段、特殊的列車伸長防護至絕緣節距離(考慮到發線列車緩沖器彈簧釋放能量)、列車防護信號機至絕緣節距離等因素,不包含過走距離長度(相當于國鐵ATP需要防護距離和過走距離之和),這是最大的區別。

(3)導致高鐵車站到發線有效長計算這個最大區別的原因是雙方國情不同,設計理念有差別：中國車站行車密度通過能力很大,是世界之最,因此我們設計車站時要求到發線接車不能影響正線行車,軌道電路防護區段(ATP需要防護距離和過走距離)在到發線范圍內解決,而德國鐵路行車密度沒有那么大,運基信號[2009]562號明確要求,為確保線路運輸能力,各車站不得設置延續進路。反觀德國過走距離(ATP需要防護距離和過走距離之和)延伸至正線雖然影響正線的行車能力,但是德國正線行車能力不是那么緊張,完全滿足其運輸要求,因此這樣做對他們國家來說也是可行的,過走距離長度也長很多,因為道岔區段比較長。

(4)如果不考慮過走距離的因素,德國到發線有效長450 m比中國(650-95×2=460 m)短10 m,但是中國的列車長度428 m比德國列車長度400 m長28 m,這樣對比起來,國鐵的取值還短18 m,而且中國設計的車站通過能力大得多。

(5)據研究有關資料,國鐵高速車站過走距離的由來是從德國、日本和法國“借鑒”過來的,其取值是一個經驗值,此距離的設置,本文理解為是對列車制動性能(包括列車制動系統性能以及鋼軌粘著系數等)下降時所采取的安全防護補充措施,而與列控系統無關。建議專項研究過走距離的設置是否必要和是否有縮短的可能。

(6)對于國鐵高速車站到發線有效長的安全防護距離,國鐵高速規范的表述和列車系統的要求不一致,建議統一標準,以免引起混淆。

[1] 中華人民共和國建設部.GB50091—2006 鐵路車站及樞紐設計規范[S].北京：中國計劃出版社,2006.

[2] 鐵道第四勘察設計院.站場及樞紐[M].北京：中國鐵道出版社,2004.

[3] 中華人民共和國建設部.GB50090—2006 鐵路線路設計規范[S].北京：中國計劃出版社,2006.

[4] 中華人民共和國鐵道部.TB10621—2009 高速鐵路設計規范(試行)[S].北京：中國鐵道出版社,2009.

[5] Hartmut Freystei, Martin Muncke, Peter Schollmeier,合著.德國鐵路基礎設施設計手冊[M].德國鐵路基礎設施設計手冊翻譯審核委員會,譯.北京：中國鐵道出版社,2007：66，551，270.