高中速列車共線運行的車站間距研究

殷勇,甘志良(西南交通大學交通運輸與物流學院,四川成都　610031)

高中速列車共線運行的車站間距研究

殷勇,甘志良
(西南交通大學交通運輸與物流學院,四川成都610031)

摘要:在借鑒國外高速鐵路車站設置的成功經驗的基礎上,結合我國高速鐵路的發展現狀,闡述高速鐵路車站分布的基本原則,分析影響高速鐵路車站間距的5種因素,利用扣除系數法建立車站間距的求解模型,并以京滬高速鐵路為例,對模型的計算過程進行詳細論證,驗證了模型的可行性,為我國高速鐵路車站間距設計提供一定的參考依據。

關鍵詞:高速鐵路;車站分布;車站間距;扣除系數;模型

32.2015.03.005

高速鐵路以安全舒適、方便快捷、低碳環保的獨特優勢逐漸成為人們中長距離出行的首選交通方式。自1964年世界上第一條高速鐵路——日本東海道新干線修建通車開始,高速鐵路已經成為衡量國家綜合實力和人民生活水平的重要標準,同時成為世界各國鐵路發展的主要趨勢。高速鐵路的修建有效地釋放了既有線的貨運能力,提高了輸送旅客的服務水平,逐步實現“人便其行、貨暢其流”的服務目標。

高速鐵路車站在路網中的合理設置與布局對于提高鐵路通過能力和運營管理水平具有十分重要的意義［1]。國外高速鐵路平均車站距離一般為30～100 km［2]。隨著我國高速鐵路的迅猛發展,基本形成“四縱四橫”的客運專線路網。通過對我國已開通運營的主要客運專線的車站分布進行統計,我國高速鐵路平均車站距離一般為30～100 km。

因此,借鑒國外高速鐵路車站設置的成功經驗,結合我國高鐵建設的實際情況,提出高中速列車共線運行時的車站合理間距,為我國高速鐵路建設提供參考。

1　高速鐵路車站間距的影響因素

高速鐵路車站的設置和布局應充分考慮途經城市的經濟發展水平及用地規劃、吸引范圍內的客流量以及運輸組織的需要,同時遵循鐵路車站建設的標準,實現與其他交通運輸方式的無縫銜接,方便旅客進出站及換乘。因此,在規劃高速鐵路車站分布時,應遵循以下原則［3]: 1)滿足沿線旅客的出行需要,促進經濟的發展;2)利于承擔直接吸引范圍和間接吸引范圍的客流;3)與城市和鐵路樞紐布局規劃相協調;4)結合地形條件,在滿足通過能力、技術作業要求時盡量減少工程成本;5)滿足不同種類列車在車站的越行。

當高中速列車共線運行時,影響高速鐵路車站間距設計的因素主要有以下幾方面:

1)車站通過能力

一般來講,高速鐵路為雙線自動閉塞線路,當線路上只運行一種速度的列車時,區間平行運行圖的通過能力和車站間距關系不大［4]。但是我國高速鐵路采用新的運輸組織模式,即高中速列車混跑。因此當同一區間內高中速列車共線運行且存在越行時,對線路通過能力有很大影響。若高速鐵路車站間距過大,將使區間高中速列車運行時差增大、扣除系數增大、通過能力減小;若高速鐵路車站間距過小,則需大量增加車站數量,加大工程建設費用［5]。

2)高中速列車運行速度

在同一站間距離內,高中速列車的運行速度差越大,其運行時差越大。當高速列車越行中速列車次數固定時,中速列車的扣除系數越大,導致通過能力減弱。因此,為保證車站必要的通過能力,當高中速列車的運行速度差增大,高速鐵路車站間距應該變小。

3)列車運行圖的鋪畫方式

由于我國高速鐵路采用高中速列車混跑的運輸組織模式,在實際鋪畫列車運行圖的過程中,高速列車總是越行中速列車［6]。中速列車每次停站時應該至少待避1列高速列車。由此可見,當高速列車在站時越行中速列車數越多,中速列車的扣除系數越大,導致車站通過能力減弱,為滿足能力要求,車站間距應減小。

4)中速列車追蹤間隔時間

如圖1所示,高速列車越行中速列車時,兩中速列車在相鄰車站同時待避高速列車,應該滿足中速列車的追蹤間隔時間的要求［7]。設車站間距為L,高速列車的運行速度為vA,中速列車的運行速度為vB,中速列車追蹤間隔時間為t'B,中速列車到達后與高速列車通過車站的間隔時間為t'ap,則

從式(1)中可以看出,中速列車追蹤間隔時間越大,高速鐵路車站間距則越大。

5)高中速列車開行比例

大量數據表明,當開行不同比例的高中速列車時,區段內通過的列車的數量呈現“鍋底”型［8]。當中速列車的開行比例小于0.5時,區段內主要開行高速列車,中速列車對高速列車的影響較小,單位時間內通過的列車數多;當中速列車的開行比例等于0.5時,中速列車對高速列車產生的影響最大,通過能力最小,中速列車的扣除系數達到最大;當中速列車的開行比例＞0.5時,區段內主要開行中速列車,高速列車對中速列車的影響逐漸減少,通過能力逐漸增大。因此,當高中速列車采用不同的開行比例,對車站間距提出不同的要求。圖2為高中速列車開行比例與車站合理站間距以及通過能力的關系曲線。

圖1　高速列車越行中速列車示意圖

圖2　高中速列車開行比例與通過能力的關系曲線

2　高速鐵路車站合理站間距求解模型

由于高速鐵路和既有線上運行的列車種類不同,扣除系數也有不同的定義。在高速鐵路上,由于采用高中速列車混行的運輸組織模式,扣除系數分為高速列車扣除系數和中速列車扣除系數。將高速線上速度較高的高速列車稱為A類列車,速度較低的高速列車稱為B類列車［10－12]。

1)高速列車扣除系數

高速列車分為無停站列車和有停站列車。有停站高速列車較無停站高速列車會產生扣除系數,稱為高速列車扣除系數［13]。假設有停站高速列車的數量為ns,無停站高速列車的數量為nN,有停站高速列車在站停留時間為tAs,起停附加時間為tAes,高速列車追蹤間隔時間為t'A,高速列車停站率為ρ,因此高速列車扣除系數為:

2)中速列車扣除系數

由于采用高中速列車混跑的運輸組織模式,高速列車的速度高于中速列車［14],區段內不同速度等級列車運行分為以下幾種情況:

①當運行區段內單列中速列車不停站且不被高速列車越行時,運行圖鋪畫方式如圖3所示。

在圖3中,影響區的長度為tAZ1,高速列車追蹤間隔時間為t'A,高速列車和中速列車在區段內運行時間分別為TA和TB,中速列車在站起車附加時間為tBd,停車附加時間為tBs,高中速列車發車間隔時間為t'dd,到達間隔時間為t'aa,可計算出影響區的長度為:

此時中速列車扣除系數

②當運行區段內多列中速列車不停站且不被高速列車越行時,運行圖鋪畫方式如圖4所示。

圖3　單列中速列車不停站且不被越行示意圖

圖4　多列中速列車不停站且不被越行示意圖

在圖4中,影響區長度為tAZ2,在影響區內與高速列車間隔運行的中速列車的數量為nB,因此可計算出影響區長度。有

中速列車扣除系數

③在列車實際運行過程中,由于高速列車速度大于中速列車,因此中速列車在越行站必須避讓高速列車。區段內當中速列車采用若干列連續發車的方式可使通過能力扣除最少,運行圖鋪畫方式如圖5所示。

假設在影響區內中速列車的數量為nB,即高速列車在B站同時越行中速列車的數量為nB,中速列車追蹤間隔時間為t'B,高速列車通過后與后一中速列車發車的間隔時間為t'pd,中速列車到達后與高速列車通過車站的間隔時間為t'ap,因此可計算出影響區的長度

中速列車扣除系數

圖5　高速列車在站同時越行多列中速列車示意圖

3)高速鐵路合理站間距

設高速鐵路車站合理站間距為L。區段內高中速列車運行時差TB－TA= L/vB－L/vA。因此可求解出合理站間距

3　實例分析

以京滬高速鐵路為例,在高中速列車共線運行情況下,求解車站間距的合理取值。先對京滬高速鐵路區間鋪畫列車運行圖所涉及到的各項參數進行標定,具體取值見表1。

表1　鋪畫列車運行圖的參數標準

通過上述分析可知,京滬高速鐵路合理站間距的確定必須滿足2個條件:保證必要的通過能力和中速列車的速度不低于既有線列車的速度。為使區段內通過能力達到最大,則京滬高速鐵路列車平均扣除系數應該為最小。假設區段內中速列車開行比例為?B,則高速鐵路列車平均扣除系數［15]

從式(2)中可以看出,扣除系數與中速列車的開行比例有密切的關系。通過對京滬高鐵區間大量鋪畫列車運行圖,采用圖解法得到當中速列車的開行比例不同時,中速列車的扣除系數可按表2取值［16－19]。

由于中速列車采用多列連續發車的方式,因此nB≥2,本文僅討論高速列車在站同時越行2列和3列中速列車的情況,求解結果見表3、4。

表2　中速列車扣除系數

表3　高速列車在站同時至多越行2列中速列車時的車站間距　單位: km

表4　高速列車在站同時至多越行3列中速列車時的車站間距　單位: km

4　結語

高速鐵路車站的設置應與城市經濟發展水平和鐵路樞紐規劃布局相協調,保證必要的旅客輸送能力,同時盡量避開險惡地形減少工程投資。當前我國還無法采用“全高速”運輸組織模式,當高、中速列車共線運行時,應設置合理數量的中間站滿足列車技術作業和越行的要求。

1)為了提高區段內高速列車的通過能力,可適當增加中間站的數量。當車站數量過多時,對于提高高速列車的通過能力的意義不大,但對中速列車的旅行速度系數影響很大。

2)高速鐵路實現“公交化”發車,高速列車開行密度不斷增加,列車追蹤間隔時間可縮短至3 min,在滿足通過能力的前提下,應適當增大車站間距,減少車站人員配置數量和運營成本。

3)我國雖然采用“高中速列車共線運行”的運輸組織模式,但是全線以高速列車為主。隨著我國高速鐵路技術的發展,運輸組織逐漸向“全高速”的模式過渡。這有利于提高高速鐵路的旅客輸送能力,增加市場競爭力。

4)當高速列車速度為200 km/h、中速列車速度為160 km/h時,高速列車在站同時越行2列中速列車的車站合理間距宜為30.93～77.87 km,高速列車在站同時越行3列中速列車車站合理間距宜為59. 73～130. 13 km。

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(責任編輯:郎偉鋒)

Study on Station Distance of High-Speed and
Medium-Speed Trains Running on the Same Railway

YIN Yong,GAN Zhiliang
(School of Transportation and Logistics,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)

Abstract:Based on adopting the successful experience in the setting of high-speed railway stations in foreign

countries,and combining with the current status of the development of high-speed railway in China,this paper expounds the basic principles in high-speed railway station distribution.Then,five influencing factors in the station distance are analyzed.The solving model is established to solve the rational station distance based on deduction coefficients.Take Beijing-Shanghai high-speed railway as an example,it verifies the process in calculating the station distance and the feasibility of the model.At the same time,it also presents the basis in designing the rational station distance of high speed railway in China.

Key words:high-speed railway; station distribution; station distance; deduction coefficient; model

作者簡介:殷勇(1975—),男,武漢人,副教授,主要研究方向為鐵路運輸組織優化和鐵路站場規劃與設計.

收稿日期:2015－07－24

DOI:10.3969/j.issn.1672－00?

文章編號:1672－0032(2015)03－0017－06

文獻標志碼:A

中圖分類號:U291.6