京張高鐵車站出站信號機設置方案優化研究

李紅俠,王東方

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

1 概述

隨著我國社會經濟的快速發展，通過大規模建設高速鐵路、運營高速列車，我國鐵路進入以高速鐵路交通系統作為核心運輸方式的時代，高速鐵路已為人們中短途出行提供了首選的快捷出行方式。高鐵車站出站信號機的設置與列車長度、站臺長度以及股道有效長等因素有關，高鐵車站出站信號機的設置優化可以在一定程度上改善運輸條件、提高運輸效率。

TB10621-2014《高速鐵路設計規范》2015年2月1日實施[1]，該規范第3.2.5條“到發線有效長度應采用650 m”，規范中到發線有效長度采用650 m主要考慮了3個因素：站臺長度、安全防護距離、警沖標至絕緣節的距離。

站臺長度：根據最大編組要求，確定16輛編組時站臺長度為450 m；

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；

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計算為：16輛編組時(5+95)m×2+450 m=650 m，其中站臺長度即是到發線有效停車長度為450 m；站臺長度：根據列車最大編組要求，確定站臺長度450 m是按CRH1型動車最大編組輛數為16輛考慮，列車總長度為2×214 m=428 m，取430 m，另每側考慮10 m的停車余量。雙方向使用到發線有效長度為線路一端的警沖標至另一端的警沖標的距離，或線路一端的警沖標至另一端有效長計算點的距離，或線路一端的有效長計算點至另一端有效長計算點的距離。

“復興號”動車組自2017年6月26日投入運營以來，以其良好的乘車體驗廣受旅客歡迎，“復興號”動車組有8輛和16輛兩種車型，編組為8輛的運力僅為576人，在春運、暑運以及其他節假日等高峰期，鐵路部門將2列8輛編組“復興號”重聯運行或者采用每列16輛長編組“復興號”動車組(每列16輛長編組定員達到1193人)，以增加運力。長編組“復興號”動車組除在京滬高鐵運行外，還安排在京廣高鐵、滬昆高鐵等線路上開行。自“復興號”動車組運營以來，熱門線路、長大干線特別是京滬高鐵的客流一直持續增長，原有的2列8輛編組“復興號”重聯或者16輛長編動車組的定員一定程度上已經不太能滿足高峰時旅客出行的需要。面對新的鐵路運輸需求，相關部門研制出了超長版17輛編組“復興號”動車組；相對16輛編組只增加1節是綜合考慮到國內高鐵站臺長度一般為450 m(對應股道有效長為650 m)以及動車段、動車所的檢修庫線限制，在不增加站臺長度的情況下，增加到17輛編組(每列定員達到1283人)，超長版“復興號”動車組采用17輛編組。因此，目前我國研制的時速350 km“復興號”動車組有8輛編組、16輛長編組、和17輛長編組(CR400AF-B)三個版本，8輛編組重連、16輛長編組和17輛長編組的列車長度分別是417.6，411.3，439.9 m。

2 高鐵出站信號機設置相關要求以及優化到發線有效長研究試驗情況

2.1 相關設計規范中出站信號機設置要求

京張高鐵出站信號機設置執行的規范有TB 10007—2017《鐵路信號設計規范》[2]和TB 10621—2014《高速鐵路設計規范》[1]，以下為兩個相關設計規范的相關規定。

(1)TB 10007—2017《鐵路信號設計規范》[2]中出站信號機設置原則

發車線發車方向末端為對向道岔時，出站信號機設置于對向道岔尖軌尖端外方；發車線發車方向末端為順向道岔時，出站信號機設置于順向道岔警沖標內方，無動車組運行時設置于距警沖標沿線路方向不小于3.5 m處；有動車組運行時設置于距警沖標沿線路方向不小于5 m處。

(2)TB 10621—2014《高速鐵路設計規范》[1]中出站信號機設置規定

有高速列車通過的車站出站信號機宜設在距警沖標不小于55 m或距最近的對向道岔尖軌尖端不小于50 m的位置，應答器組設于距出站信號機20～30 m處，高速鐵路出站信號機及應答器設置如圖1所示(盡頭式車站出站信號機應設置在距警沖標不小于5 m的位置或臨近的對向道岔岔前軌縫處)。

一般高速鐵路中間站出站信號機設計執行以上兩本規范，出站信號機宜設在距警沖標不小于55 m或距最近的對向道岔尖軌尖端不小于50 m的位置，應答器組設于距出站信號機20～30 m處。

2.2 高鐵優化到發線有效長試驗情況[3]

京沈高鐵優化到發線有效長[3]研究試驗是為適應我國高速鐵路新形勢下發展需求、滿足中國鐵路“走出去”戰略實施要求而開展的一項綜合試驗項目，目標是在僅開行16 輛編組動車組條件下，對到發線有效長進行優化以及在650 m 到發線有效長條件下[4]滿足開行更長編組動車組需求的研究試驗。

TB 10621—2014《高速鐵路設計規范》[1]中雙方向使用的到發線有效長度為線路一端的警沖標至另一端的警沖標距離，或線路一端的警沖標至另一端有效長計算點的距離，或線路一端的有效長計算點至另一端有效長計算點的距離，如圖2所示(NBP：常用制動模式曲線)[4]。

圖2 到發線有效長度(650 m)與常用制動曲線(單位：m)

按照原鐵道部關于印發鐵運[2012]211號《CTCS-3級列控車載設備技術規范(暫行)》的通知[5]第7.4.3.2條規定CTCS-2級模式站內需要考慮最大60 m的安全防護距離(計算停車點至出站信號機絕緣節之間的距離L2)，車載設備制動曲線原理如圖3所示。

圖3 車載設備制動曲線原理

目前各列控車載廠商都進行了安全防護距離(最大60 m)的優化，優化后不大于40 m。安全防護距離縮短后停車標與目標停車點間距離增大，便于司機操控列車。

從圖2、圖3可以看出，高速列車是以出站信號機處的軌道電路邊界作為目標靶點進站停車的，需要的安全保護距離在出站信號機外方已考慮，信號機與停車點之間有L2(最大60 m)的安全防護距離，防止列車冒進信號機；信號機與警沖標之間距離55 m，其中過走防護距離50 m，是對列車制動部分失效或鋼軌黏著不足進行的防護，在接車過程中不檢查其空閑，沒有充分利用過走防護距離。

京沈高鐵優化到發線有效長試驗[3]主要是將安全防護與過走防護這兩個距離的功能進行優化研究的試驗。

試驗設計方案為：側線出站信號機設于距順向道岔警沖標5 m 或對向道岔尖軌尖端基本軌縫處，出站應答器組設于距出站信號機65 m處(與客貨共線鐵路、城際鐵路設置方式保持一致)；對應每架側線出站信號機外方各增加設置1個60 m 長分割區段，如圖4所示。

圖4 優化到發線有效長車站出站信號機及應答器設置示意(單位：m)

優化到發線有效長試驗主要包括：通過調整出站信號機、應答器組與警沖標的相對位置，在開行16輛編組動車組條件下，到發線有效長可由650 m優化為600 m；到發線兩端增設分割區段，增加了H碼防冒進及防絕緣破損的功能，進一步提高了高速鐵路的安全性。該優化方案方便了司機操縱，有利于減少停車附加時分[6]。該試驗結論可為完善高速鐵路設計規范中關于到發線有效長和出站信號機設置等規定提供技術依據。

2.3 高速鐵路車站出站信號機設計應用情況[7-8]

京滬高鐵[9-10]和滬寧城際[11]的車站出站信號機距警沖標間距按照不宜小于30 m(困難條件下不得小于20 m)的設計原則，除京滬高鐵和滬寧城際外，其他2018年前開通運營的高速鐵路車站出站信號機距警沖標距離大多數按照55 m設計，與TB10621—2014《高速鐵路設計規范》的規定一致。

2.4 17輛長編組“復興號”動車組在京滬高鐵的運用情況

結合其他高鐵運營中反映車站接車停車附加時分過長，影響運行時分的問題，2011年開通的京滬高鐵[12]針對車站到發線站場設計情況，按照出站信號機與警沖標間距不宜小于30 m進行了部分車站出站信號機設置的優化設計，既滿足動車組能夠按照圖定運行時分要求完整接入股道停車，同時也能保證車站信號平面布置具有一定安全余量的技術要求。17輛超長版時速350 km“復興號”動車組已于2019年1月正式亮相京滬高鐵，并安全運營至今。

3 京張高鐵與出站信號機設置相關的工程情況

京張高鐵起自北京北站，西迄張家口站，新建京張高鐵(含延慶支線)共設車站11個，新建崇禮鐵路設太子城車站1座。京張高鐵是支撐成功舉辦2022年冬奧會的交通保障線、是促進京津冀一體化發展的經濟服務線、是傳承京張鐵路百年歷史的文化線、是全面展示中國鐵路建設尤其是中國高鐵建設成果的示范線、是落實“一帶一路”倡議引領中國高鐵走出去的政治使命線。

京張高鐵(含崇禮鐵路，下同)主要技術標準中明確到發線有效長度為650 m，全線采用CTCS-3級兼容CTCS-2級的列控系統。

北京北站、延慶站站臺長度為450 m；清河站、昌平站站臺長度為550 m；沙河站不辦理客運，未設置旅客站臺；京張高鐵以及崇禮鐵路其他車站站臺長度為450 m(張家口高速場與普速場共用的站臺為550 m)。北京北站、延慶站為盡頭車站，且延慶站考慮既有S2內燃動車組上線，出站信號機距警沖標需按5 m設置；清河站、沙河站、昌平站考慮普速車上線運行，出站信號機距警沖標也需按5 m設置；但根據京張高鐵相關工程情況，結合京張高鐵的建設意義以及開行17輛“復興號”長編組的工程預留等因素，需要對八達嶺長城站、東花園北站、懷來站、下花園北站、宣化北站、張家口高速場以及太子城站7個車站的出站信號機的設計方案進行進一步優化研究。

4 京張高鐵車站出站信號機設置及適應性分析[13]

根據TB 10007—2017《鐵路信號設計規范》[2]和TB 10621—2014《高速鐵路設計規范》[1]，結合京沈高鐵[3]優化到發線有效長試驗以及17輛長編組“復興號”動車組在京滬高鐵的運用情況，京張高鐵八達嶺長城站、東花園北站、懷來站、下花園北站、宣化北站、張家口高速場以及太子城站7個車站出站信號機的設置通過對以下4個方案進行比選確定，方案如下。

(1)方案1：根據TB 10621-2014《高速鐵路設計規范》[1]要求，出站信號機設置在距警沖標55 m或距最近的對向道岔尖軌尖端50 m的位置。

(2)方案2：參考京滬高鐵出站信號機設置方案，到發線股道以及鄰近高站臺的正線股道出站信號機距警沖標按30 m設置，正線出站信號機按照《高速鐵路設計規范》設置在距警沖標55 m或距最近的對向道岔尖軌尖端50 m的位置。

(3)方案3：參考京滬高鐵出站信號機設置方案，到發線出站信號機距警沖標按30 m設置，正線股道出站信號機距警沖標也按30 m設置(即到發線和正線出站信號機對齊設置)。

(4)方案4：參考京沈優化到發線有效長試驗方案[3]，到發線出站信號機距警沖標按5 m設置，到發線出站應答器組距相應出站信號機按65 m設置，對應每架出站信號機外方設置1個60 m長的分割區段(圖4)；正線出站信號機以及相應應答器組根據現行規范設置。

4個方案比選如下。

方案一中出站信號機的設置滿足現行規范要求，但是司機停車困難，對司機停車要求較高，接車停車附加時分長。該方案是目前高速鐵路車站出站信號機普遍采用的設置方案，但不滿足開行17輛“復興號”編組動車組的要求。

方案2和方案3比方案1更有利于司機操控，方便司機對標停車[14]，有條件時，優先采用方案3，即同一咽喉出站信號機設置對齊設置。按照方案2，對于16輛編組的動車組，在京滬高鐵運營效果良好，而對于開行17輛編組“復興號”動車組也已安全運營了一段時間。對于正在建設中的高速鐵路項目，在土建工程已實施、信號系統工程尚未實施的情況下，建議采用方案2以及方案3，均為以后運行17輛“復興號”長編組動車組預留了行車條件[15-16]。但是，方案2到發線出站信號機以及方案3正線和到發線出站信號機距相應警沖標的距離與現行TB 10621—2014《高速鐵路設計規范》不符，需要專項批復后才能實施。與方案3相比，方案2還更適用于既有高速鐵路線路為了開行更長編組動車組需要進行信號設備[17]布置改造的情況，在既有高速鐵路線路不便于施工和調試測試的情況下，可采取這個僅移設到發線出站信號機和相關應答器組[18]，不增設分割區段的設計方案。京張高鐵通過專項批復后采用方案3：正線和到發線出站信號機距警沖標距離均按30 m設置(即到發線和正線出站信號機對齊設置)。

對于方案4，京沈優化到發線有效長試驗方案通過試驗評審。每側線股道增加設置2個60 m長的分割軌道電路區段，增加了H碼防冒進及防絕緣破損的功能，進一步提高了高速鐵路的安全性。按照優化調整后的到發線設備布置方案，可實現到發線有效長度的充分利用，進一步優化司機操縱，對標[10]更方便、順暢，對減少停車附加時分有一定幫助；滿足開行17輛編組動車組的要求；該建議方案是對現行技術方案的重大優化，滿足未來開行更長編組動車組的運用需求；如僅開行16輛編組動車組，到發線有效長可由650 m優化為600 m，有利于征地拆遷、節能環保和降低工程造價；新建項目將增加的到發線分割區段納入聯鎖邏輯檢查，對防止側面沖突有一定的作用。方案4可為完善高速鐵路設計規范[1]中關于到發線有效長和出站信號機設置等規定提供技術依據，但需要盡快完善高速鐵路設計規范中關于到發線有效長和出站信號機設置，具備工程應用條件。方案4適用于新建高速鐵路線路一次設計實施到位的情況。

5 結語

高速鐵路的車站出站信號機設置除需要考慮現行規范[1-2]要求外，還需要結合工程情況、新技術發展、新裝備應用等情況進行具體分析。對于新建高速鐵路項目，推薦優先采用方案四，也可采用方案3；對于土建工程已實施、信號系統工程尚未實施的高速鐵路，建議采用方案2或方案3；方案2更適用于既有高速鐵路線路為了開行更長編組動車組需要進行信號設備布置改造的情況，在既有高速鐵路[19-20]線路不便于施工和調試測試的情況下。對于具體的高速鐵路車站出站信號機設置方案，在實施中還需考慮方案的合規性[15-16]。綜上所述，通過京張高鐵車站出站信號機設置的研究分析[13]，對于進一步提高京張高鐵的安全性，實現到發線有效長的充分利用，進一步優化司機操縱，減少停車附加時分，提高工程經濟性等具有重要的作用，并希望通過這種設計方案優化分析研究，為類似工程項目建設提供參考價值和借鑒。