高速鐵路動(dòng)車走行線通過(guò)信號(hào)機(jī)設(shè)置及顯示方案探討

梁戰(zhàn)鵬

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

1 高速鐵路動(dòng)車走行線設(shè)計(jì)概況

高速鐵路動(dòng)車運(yùn)用所承擔(dān)著高速動(dòng)車組的折返、日常整備作業(yè)，一般還要負(fù)責(zé)相應(yīng)配屬動(dòng)車組的一、二級(jí)修程作業(yè)及臨修作業(yè)，是高速鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)非常重要的組成部分。動(dòng)車走行線是溝通動(dòng)車運(yùn)用所與高速鐵路正線的動(dòng)脈，是動(dòng)車組進(jìn)、出動(dòng)車運(yùn)用所的必經(jīng)之路。

為減少動(dòng)車組的空走距離，提高動(dòng)車組的運(yùn)用效率，動(dòng)車走行線應(yīng)盡可能短，但受地形、地物等條件限制，長(zhǎng)度一般從幾百米到幾千米不等。動(dòng)車走行線設(shè)計(jì)速度一般不大于120 km/h。高速鐵路的運(yùn)營(yíng)模式一般為白天正常運(yùn)營(yíng)、夜間停運(yùn)檢修，出入動(dòng)車運(yùn)用所的動(dòng)車組具有早、晚密集到發(fā)的特點(diǎn)，對(duì)動(dòng)車走行線的通過(guò)能力要求較高，因此動(dòng)車走行線一般按照滿足雙方向運(yùn)行的要求設(shè)計(jì)。

2 動(dòng)車走行線信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

根據(jù)動(dòng)車走行線不同長(zhǎng)度，信號(hào)系統(tǒng)按照不同的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。動(dòng)車走行線長(zhǎng)度較短時(shí)，采用列車方式辦理與采用調(diào)車方式辦理通過(guò)能力差別不大，但按調(diào)車方式設(shè)計(jì)時(shí)使用更加靈活。因此走行線長(zhǎng)度較短時(shí)一般按照調(diào)車方式設(shè)計(jì)[1]；動(dòng)車走行線長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，一般按照列車方式設(shè)計(jì)。動(dòng)車走行線按照列車方式設(shè)計(jì)時(shí)，動(dòng)車運(yùn)用所常按照CTCS-2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置列控系統(tǒng)地面設(shè)備，在動(dòng)車走行線設(shè)置級(jí)間切換點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)CTCS-2/CTCS-3列控系統(tǒng)的級(jí)間切換[2]。通常按照四顯示自動(dòng)閉塞設(shè)置通過(guò)信號(hào)機(jī)，按照常態(tài)亮燈設(shè)計(jì)[3-4]。

以東北地區(qū)某高速鐵路動(dòng)車走行線為例，研究分析最常見的按照列車方式設(shè)計(jì)的動(dòng)車走行線通過(guò)信號(hào)機(jī)設(shè)置方案及相關(guān)問(wèn)題。

3 設(shè)計(jì)方案及相關(guān)問(wèn)題分析

舉例動(dòng)車運(yùn)用所動(dòng)車組走行線(簡(jiǎn)稱動(dòng)車走行線)一端與高速正線車站A接軌，另一端與動(dòng)車運(yùn)用所B接軌。動(dòng)車走行線及相關(guān)車站設(shè)置如圖1所示。

圖1 動(dòng)車走行線及相關(guān)車站設(shè)置示意

動(dòng)車走行線長(zhǎng)度約1.7 km，根據(jù)線路條件，列車最高運(yùn)行速度按50 km/h設(shè)計(jì)，通過(guò)信號(hào)機(jī)按以下原則設(shè)置：滿足CTCS-2列控要求，同時(shí)滿足四顯示自動(dòng)閉塞標(biāo)準(zhǔn)；滿足列車安全制動(dòng)要求；閉塞分區(qū)最小長(zhǎng)度滿足1列動(dòng)車組停放并留有一定的安全余地。

3.1 動(dòng)車走行線通過(guò)信號(hào)機(jī)設(shè)置方案

根據(jù)以上原則，動(dòng)車走行線通過(guò)信號(hào)機(jī)設(shè)置示意見圖2(以下行線為例)。按照雙方向四顯示自動(dòng)閉塞設(shè)置通過(guò)信號(hào)機(jī)[5]，采用綠、紅、黃三燈位機(jī)構(gòu)[6]，常態(tài)亮燈[3-4]。

圖2 通過(guò)信號(hào)機(jī)設(shè)置示意

3.2 通過(guò)信號(hào)機(jī)設(shè)置方案分析

閉塞分區(qū)設(shè)置如圖3所示，下行、上行方向閉塞分區(qū)長(zhǎng)度見表1。

圖3 閉塞分區(qū)設(shè)置示意

下行方向上行方向閉塞分區(qū)名稱A1GA2GA3G閉塞分區(qū)長(zhǎng)度/m807710835閉塞分區(qū)名稱B1GB2GB3G閉塞分區(qū)長(zhǎng)度/m624630875

從表1可以看出，下行方向和上行方向均存在閉塞分區(qū)長(zhǎng)度小于800 m的區(qū)段。

《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(第10版)(以下簡(jiǎn)稱“《技規(guī)》”)第69條規(guī)定：“特殊地段因條件限制，同方向相鄰兩架指示列車運(yùn)行的信號(hào)機(jī)間距離小于制動(dòng)距離時(shí)按下列方式辦理 :…當(dāng)兩架信號(hào)機(jī)間的距離在400 m及以上，但小于800 m時(shí)，后架信號(hào)機(jī)在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，則前架信號(hào)機(jī)不準(zhǔn)開放…”[7]。

此條規(guī)定的前提是同方向相鄰兩架指示列車運(yùn)行的信號(hào)機(jī)間距離小于制動(dòng)距離。《技規(guī)》第23條中《列車緊急制動(dòng)距離限值表》[7]中規(guī)定的各種類型列車的緊急制動(dòng)距離限值均不小于800 m。

有專家認(rèn)為， 在任何情況下，同方向相鄰兩架指示列車運(yùn)行的信號(hào)機(jī)間距離均不得小于800 m，否則要進(jìn)行紅燈重復(fù)。

根據(jù)以上觀點(diǎn)，通過(guò)信號(hào)機(jī)TA3不開放時(shí)，通過(guò)信號(hào)機(jī)TA2不得開放，顯示紅燈；通過(guò)信號(hào)機(jī)TB3不開放時(shí)，通過(guò)信號(hào)機(jī)TB2不得開放，動(dòng)車運(yùn)用所B的出發(fā)信號(hào)機(jī)S1不得開放，顯示紅燈。如圖4所示。

圖4 信號(hào)顯示關(guān)聯(lián)示意

經(jīng)過(guò)分析可以看出，上行方向列車不出清區(qū)間軌道電路，動(dòng)車運(yùn)用所B無(wú)法辦理發(fā)車進(jìn)路，后續(xù)列車不能發(fā)車，即區(qū)間只能有1列動(dòng)車組，無(wú)法實(shí)現(xiàn)區(qū)間追蹤運(yùn)行。這在很大程度上制約了動(dòng)車走行線的通過(guò)能力。同樣下行方向的通過(guò)能力也將受到一定的影響。若在此方案基礎(chǔ)上減少通過(guò)信號(hào)機(jī)數(shù)量，使閉塞分區(qū)長(zhǎng)度變大，可以避免紅燈重復(fù)，但由于動(dòng)車走行線上的速度較低，閉塞分區(qū)長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)同樣不利于動(dòng)車走行線通過(guò)能力的發(fā)揮。

然而，《技規(guī)》第86條規(guī)定：“在列車運(yùn)行速度超過(guò)120 km/h的雙線區(qū)段，應(yīng)采用速差式自動(dòng)閉塞，列車緊急制動(dòng)距離由兩個(gè)及以上閉塞分區(qū)長(zhǎng)度保證。”[7]這是因?yàn)樗俣瘸^(guò)120 km/h的區(qū)段，其緊急制動(dòng)距離大于800 m，導(dǎo)致以緊急制動(dòng)距離800 m為基礎(chǔ)所劃分的閉塞分區(qū)，一個(gè)閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度滿足不了緊急制動(dòng)距離的要求，應(yīng)由兩個(gè)及以上閉塞分區(qū)長(zhǎng)度保證[1，8]。

也就是說(shuō)，采用速差式自動(dòng)閉塞的區(qū)段，要求一個(gè)閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度滿足列車在本閉塞分區(qū)內(nèi)，由閉塞分區(qū)入口規(guī)定速度可靠降至下一閉塞分區(qū)入口速度即可[1，7]，而緊急制動(dòng)距離由若干個(gè)這樣的閉塞分區(qū)長(zhǎng)度相加來(lái)保證。如圖5所示。

注：“V規(guī)”為規(guī)定的最高允許速度，“V黃”為黃燈限速。圖5 四顯示自動(dòng)閉塞通過(guò)信號(hào)機(jī)信號(hào)顯示速度含義示意

由圖5可以看出，四顯示自動(dòng)閉塞L顯示的含義為列車可以按照規(guī)定的最高允許速度運(yùn)行至下一閉塞分區(qū)入口，LU顯示的含義為列車可以按照規(guī)定的最高允許速度進(jìn)入閉塞分區(qū)，并在下一個(gè)閉塞分區(qū)入口處降速至黃燈限速[9]，U顯示和H顯示的速度含義以此類推。

四顯示自動(dòng)閉塞劃分速度等級(jí)，用兩個(gè)及以上閉塞分區(qū)長(zhǎng)度滿足緊急制動(dòng)距離的要求，這樣每一個(gè)閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度就可以縮短，從而壓縮列車運(yùn)行間隔，在能夠保證列車運(yùn)行安全的前提下，兼顧了運(yùn)輸效率。

《技規(guī)》第69條規(guī)定的當(dāng)兩架信號(hào)機(jī)間的距離在400 m及以上，但小于800 m時(shí)，后架信號(hào)機(jī)在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，則前架信號(hào)機(jī)不準(zhǔn)開放，這是在緊急制動(dòng)距離由一個(gè)閉塞分區(qū)保證時(shí)的規(guī)定，采用速差式自動(dòng)閉塞時(shí)應(yīng)執(zhí)行《技規(guī)》第69條“2、在列車運(yùn)行速度超過(guò)120 km/h的區(qū)段，兩架有聯(lián)系的信號(hào)機(jī)間的距離小于規(guī)定速度級(jí)差的制動(dòng)距離時(shí)，應(yīng)采取必要的降級(jí)或重復(fù)顯示措施[2]”的規(guī)定，即采用速差式自動(dòng)閉塞的區(qū)段，只要閉塞分區(qū)長(zhǎng)度大于規(guī)定速度級(jí)差的制動(dòng)距離，就不需要采取降級(jí)或重復(fù)顯示措施。

舉例走行線設(shè)計(jì)速度為50 km/h，也采用速差式的四顯示自動(dòng)閉塞設(shè)計(jì)，所以不能簡(jiǎn)單套用《技規(guī)》第69條的規(guī)定。由于舉例動(dòng)車走行線采用四顯示自動(dòng)閉塞方式，只要每個(gè)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度能保證規(guī)定的速度級(jí)差的制動(dòng)距離即可，而列車制動(dòng)距離由兩個(gè)及以上閉塞分區(qū)長(zhǎng)度保證。經(jīng)過(guò)計(jì)算，舉例動(dòng)車走行線兩個(gè)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度之和大于50 km/h初速度的制動(dòng)距離要求。

根據(jù)以上分析，舉例動(dòng)車走行線下行的X3、TA2、TA3信號(hào)機(jī)以及上行的S2、TB2、TB3信號(hào)機(jī)均可按照正常的四顯示自動(dòng)閉塞顯示關(guān)系，按照追蹤序列顯示，不需要采取紅燈重復(fù)措施即可保證列車運(yùn)行安全。

綜合以上論述，采用四顯示自動(dòng)閉塞的動(dòng)車走行線，即使同方向相鄰的兩架通過(guò)信號(hào)機(jī)間的距離小于800 m，也不能一概而論全部進(jìn)行紅燈重復(fù)。應(yīng)根據(jù)不同動(dòng)車走行線的具體情況，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)速度進(jìn)行檢算，只要閉塞分區(qū)長(zhǎng)度能夠滿足規(guī)定的速度級(jí)差的制動(dòng)距離要求，而無(wú)論是否大于800 m，都不需要采取重復(fù)顯示或降級(jí)顯示的措施，同樣能夠保證列車運(yùn)行安全。

4 提高動(dòng)車走行線通過(guò)能力的一點(diǎn)建議

《技規(guī)》第69條規(guī)定的特殊情況下的信號(hào)關(guān)聯(lián)顯示關(guān)系均基于最小緊急制動(dòng)距離800 m的基礎(chǔ)上規(guī)定。列車緊急制動(dòng)距離S是指自司機(jī)開始施行制動(dòng)到列車完全停穩(wěn)所走行的距離，它等于制動(dòng)空走距離Sk與制動(dòng)有效距離Se之和，即

S=Sk+Se

基于以上計(jì)算原理，《技規(guī)》規(guī)定120 km/h的旅客列車緊急制動(dòng)距離為800 m。但對(duì)于速度120 km/h以下的緊急制動(dòng)距離沒有明確規(guī)定。針對(duì)舉例動(dòng)車走行線實(shí)際情況，經(jīng)分析計(jì)算，以CRH2動(dòng)車組為例，在20‰的下坡地段，初速度為50 km/h時(shí)，有效制動(dòng)距離為104 m，空走時(shí)間按1.5s計(jì)算時(shí)空走距離為21 m，其總制動(dòng)距離為125 m，每一個(gè)閉塞分區(qū)均可滿足緊急制動(dòng)距離的需求。

根據(jù)以上分析可以看出，一般的動(dòng)車走行線運(yùn)行速度較低，并且在動(dòng)車走行線上運(yùn)行的動(dòng)車組或維修檢修車輛的制動(dòng)性能均優(yōu)于普速鐵路的大編組客、貨運(yùn)列車，其實(shí)際緊急制動(dòng)距離遠(yuǎn)小于800 m。最小緊急制動(dòng)距離800 m的規(guī)定在一定程度上制約了動(dòng)車走行線運(yùn)輸效率的發(fā)揮，要進(jìn)一步提高動(dòng)車走行線的通過(guò)能力，需要根據(jù)動(dòng)車走行線的具體情況，進(jìn)一步探討適當(dāng)減小《技規(guī)》規(guī)定的800 m制動(dòng)距離規(guī)定限值的可能性。另外，對(duì)于規(guī)定速度小于120 km/h的四顯示自動(dòng)閉塞區(qū)段，需進(jìn)一步研究其速度分級(jí)及對(duì)應(yīng)的信號(hào)顯示速度意義[10]，以更好地發(fā)揮四顯示自動(dòng)閉塞設(shè)備的作用，進(jìn)一步提高走行線線路通過(guò)能力。

5 結(jié)語(yǔ)

動(dòng)車走行線是動(dòng)車組在高速鐵路運(yùn)行上、下線的必經(jīng)之路。由于高速鐵路的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，確保動(dòng)車走行線在早、晚高峰期動(dòng)車組密集到發(fā)時(shí)的通過(guò)能力，對(duì)于保證高速鐵路的正常運(yùn)輸秩序意義重大。隨著高速鐵路列車對(duì)數(shù)的不斷增加，進(jìn)一步提高動(dòng)車走行線的通過(guò)能力逐漸成為了現(xiàn)實(shí)的需要。從工程應(yīng)用和對(duì)規(guī)范的分析、理解方面，對(duì)于提高動(dòng)車走行線的通過(guò)能力的技術(shù)措施進(jìn)行了探討，對(duì)進(jìn)一步提高動(dòng)車走行線通過(guò)能力提出了新思路。

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