高速鐵路車站股道防護區段的設計探討

李 娟

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

1 研究現狀

目前，高速鐵路車站站內普遍采用ZPW-2000系列無絕緣軌道電路。為解決高鐵運營過程中該軌道電路設備可能出現的機車信號鄰線干擾問題，進一步提升動車組運行的安全性，國家鐵路局于2021年8月19日發布《關于發布鐵道行業標準的公告（工程建設標準2021年第3批）》(國鐵科法[2021]24號)，要求站內股道及非貫通正線股道設置防護區段，不具備設置防護區段的股道采取分割措施，如圖1所示，在不影響列車正常運行的前提下，降低鄰線機車信號干擾，提升列車運行安全性。

2 設計方法

2.1 a值的取值

如圖1所示，a為防護區段絕緣節距站臺端的距離，決定了防護區段的長度及出站應答器組距站臺端部的距離。

由于考慮檢修通道的存在，在站臺兩端部分別設置步行梯，如圖2所示。

圖2 站臺步行梯設置示意Fig.2 Schematic diagram of the setting of platform walking ladder

步行梯的長度及位置決定a值的最小值，而步行梯的長度及位置又取決于站臺高度及寬度。目前，國內高速鐵路站臺基本尺寸為長450 m，高1.25 m，根據旅客流量及是否設計屏蔽門確定寬度，側式站臺寬度一般為9 m，中間站臺無屏蔽門一般為12 m，若有屏蔽門，則寬度為12.5 m及以上。步行梯設置情況具體如下。

2.1.1 步行梯長度

由于踏步尺寸固定，步行梯長度L與站臺高度有關，踏步數量滿足公式（1）要求，步行梯長度滿足公式（2）的要求。

公式（1）中，[]表示向上取整；H為站臺高度；H1為每個踏步的高度。公式（2）中D1為每個踏步的深度。

本 次 站 臺 高 度H取1 250 mm，H1為170 mm，D1為260 mm,經計算N為8個，因此步行梯長度為2 080 mm。

2.1.2 步行梯位置

對于特殊工況下步行梯無法設置于站臺中間的情況，本文暫不討論。當步行梯設于站臺中間時，L2和L3的長度相等，取值滿足公式（3）要求，其中W為站臺寬度。

對于側式站臺，W取9 m，經計算L2和L3結果為3.75 m；對于無屏蔽門的中間站臺，W取12 m，經計算L2和L3結果為5.25 m;對于有屏蔽門的站臺，L2和L3的取值更大。

2.1.3 步行梯的材質

根據站臺位置不同選擇不同材質，一般路基地段采用磚砌或混凝土，橋梁地段采用鋼爬架。

綜上分析，步行梯距站臺邊緣W2值一般為3.75～5.25 m，滿足雙體防護盒、扼流變壓器箱的安裝位置要求，由于不同制式的軌道電路室外箱盒數量不同，本文按照最多的3個箱盒考慮，同時在靠近站臺側箱盒距站臺預留一定空間，暫按1 m計算，對于步行梯位于站臺中間的車站，a值可按照最小值3 m+1 m=4 m進行設計。對于步行梯未設于站臺中間的車站，可根據上述步驟計算確定a值的最小值。

2.2 典型車站的防護區段與出站應答器組設計

一般高速鐵路車站股道有效長為650 m，該類型車站受線路長度以及軌道電路長度的限制，股道不能設置防護區段或防護區段長度較短。據《高速鐵路設計規范》（TB 10621-2014）要求，站內軌道電路最小設計長度應滿足公式（4）。

公式（4）中，Vmax表示該區段的最高運行速度，m/s；T設表示車載信號設備相應時間的總和，取2.5 s；L常表示軌道電路余量20 m。

經計算，對于350 km/h的線路，軌道電路最短長度Lmin為263 m；對于300 km/h的線路，軌道電路最短長度Lmin為229 m；對于250 km/h的線路，軌道電路最短長度Lmin為194 m；對于80 km/h的線路，軌道電路最短長度Lmin為76 m。具體設計方法如下。

1）正線股道：由于速度越高，所需軌道電路長度越長，且正線出站信號機距離警沖標不小于55 m，對于股道有效長為650 m的典型車站，剩余軌道電路長度如公式（5）所示。

公式（5）中，L有效長為650 m，L出站為出站信號機距警沖標距離，取最小值55 m，因此剩余軌道電路長度540 m。對于無站臺的正線，均分為3段軌道電路后長度為180 m，不滿足軌道電路最短長度要求；對于有站臺的正線，防護區段長度如公式（6）所示。

公 式（6）中，L站臺為450 m，a取 最 小 值4 m，經計算防護區段長度為42 m，不滿足軌道電路最短長度要求。因此正線股道不能設置防護區段，僅采用對軌道電路進行一次分割的方式，考慮軌道電路最短長度以及統一過軌等因素進行分割點位置設計，出站應答器組按照相關規范進行設置。

2）到發線：由于到發線車速基本不高，且出站信號機距警沖標不小于5 m，因此對于一定速度以下的到發線可設置防護區段。如圖3所示，當出站信號機按照岔前軌縫處或警沖標后5 m、a值按照通用最小值4 m進行設計時，防護區段長度一般為91～94 m，此時出站應答器組按照距離a值絕緣節最小值5 m進行設計。根據防護區段長度利用公式（4）進行逆推，到發線速度范圍為102.24～106.56 km/h，可知當到發線設計速度超過100 km/h時，對于股道有效長為650 m的典型車站，到發線亦無法設置防護區段。

圖3 典型車站到發線防護區段設置示意Fig.3 Schematic diagram of the setting of protection section on the typical station arrival and departure lines

2.3 長大股道車站的防護區段與出站應答器組設計

由于出站信號機和站臺側絕緣節位置決定防護區段長度，出站應答器組位置影響行車安全及運輸效率，為此需進行最優化設計。如圖4所示，當出站信號機與警沖標的距離、出站應答器組與站臺側絕緣節的距離均取最小值，出站應答器組與出站信號機的距離取最大值時，車站股道有效長度為808 m，此為保證防護區段最長且運輸效率最大化下股道有效長的臨界值。

圖4 典型長大股道車站到發線設置示意Fig.4 Schematic diagram of setting arrival and departure lines of typical long track station

2.3.1 股道有效長小于808 m

此時，出站信號機、站臺側絕緣節以及出站應答器組位置均在標準規范規定范圍內，正線及到發線設計方法如下。

1）正線股道

由于速度越高，所需軌道電路長度越長，根據《關于發布鐵道行業標準的公告（工程建設標準2021年第3批）》(國鐵科法[2021]24號)，貫通正線出站信號機設置在距鄰近順向道岔警沖標55 m處，因此，不同設計速度的線路，正線是否有站臺，能設置防護區段的正線股道有效長最小值不同。

對于有站臺的車站，正線股道有效長最小值應滿足公式（7）。

公式（7）中，a值取最小值4 m，L出站取最小值55 m，經計算可知，對于350 km/h的線路，正線股道有效長最小值為1 094 m；300 km/h的線路，正線股道有效長最小值為1 026 m；250 km/h的線路，正線股道有效長最小值為956 m。

對于無站臺的車站，正線可均分為3段，正線股道有效長最小值應滿足公式（8）。

公式（8）中，L出站取最小值55 m ，經計算可知，對于350 km/h的線路，正線股道有效長最小值為899 m；300 km/h的線路，正線股道有效長最小值為797 m；250 km/h的線路，正線股道有效長最小值為692 m。

由此可見，對于有站臺的車站，當正線股道有效長小于808 m時，不能設計防護區段。對于無站臺的車站，速度為350 km/h的線路，當股道有效長小于808 m時，正線股道僅能進行一次分割；其余速度下的線路，當正線股道有效長小于相應速度所需最短長度要求時，正線不能設置防護區段，僅進行一次分割；當有效長大于相應速度所需最短長度要求時，可按照到發線的方法以及考慮現場施工、維護方便的因素設置防護區段。

2）到發線股道：設計方法與典型車站一致。

2.3.2 股道有效長大于808 m

此時，出站信號機、站臺側絕緣節以及出站應答器組設計位置較為靈活，具體設計方案有如下幾種。

1）正線股道

在前文中已分析，有站臺車站，當股道有效長大于不同速度能設置防護區段的股道有效長最小值時，能設置防護區段；反之則不能。無站臺的車站，對于350 km/h的線路，當股道有效長大于808 m但小于899 m時，仍不能設置防護區段；當股道有效長大于899 m時方能設置防護區段；對于其余速度下的高鐵線路，當正線股道有效長大于808 m時，均能設置防護區段。

綜上所述，不同速度的線路，能設置防護區段的股道有效長最小值不同，最小值總結如表1所示。

表1 有防護區段的正線股道有效長最小值Tab.1 Minimum effective length of the main line track with protection section

2）到發線股道

根據出站信號機位置、a值以及出站應答器組位置的不同，具體有如下3個設計方案,如圖5所示。

圖5 非典型長大股道車站到發線設置示意Fig.5 Schematic diagram of setting arrival and departure lines of non-typical long track station

方案一：a值取4 m、出站信號機距警沖標5 m、出站應答器組距站臺側絕緣節5 m。

該方案因為a值和L出站均取最小值，因此防護區段長度為最大值，但出站應答器組與出站信號機距離超過160 m，不滿足《列控系統應答器應用技術條件》（Q/CR 769-2020）中出站應答器組與出站信號機間的距離要求，同時在辦理側向通過進路時，動車組接車進站后存在長時間接收不到股道上反向出站應答器組發送的進路數據，而制動降速的風險。

方案二：a值取4 m、出站信號機往站內方向移動、出站應答器組距站臺側絕緣節5 m。

該方案在a值取最小值、出站應答器組最大距離靠近站臺側的前提下，將出站信號機向站內方向移動，以滿足出站應答器組與出站信號機距離不超過160 m的要求。此時防護區段長度為170 m，相應增加了出站信號機外方道岔區段的長度，在股道有效長足夠的情況下，縮短了防護區段的長度，降低了防護效果。

方案三：出站信號機距警沖標5 m、a值取4 m、移設出站應答器組。

該方案在a值取最小值、出站信號機與警沖標或道岔尖端距離取最小值的前提下，將出站應答器組向出站信號機方向移動，以滿足出站應答器組與出站信號機距離不超過160 m的要求。此時防護區段長度不小于170 m，出站應答器組距離站臺側絕緣節的距離根據股道有效長的增加而增加，此方案合規且防護效果最好，但加長了動車組C2發車時以部分監控模式走行的距離，效率上稍有影響。

3 結束語

本文按《關于發布鐵道行業標準的公告（工程建設標準2021年第3批）》(國鐵科法[2021]24號)規定，對高速鐵路車站防護區段設計的各種情況進行詳細分析，對開展此類鐵路防護區段的設計具有較強的指導作用。對工程中可能會遇到的速度200 km/h及以下、站內采用與區間一致的ZPW-2000系列有絕緣軌道電路，僅運行動車組的城際鐵路，其股道防護區段及應答器組的設計可參照上述分析進行設計。