何永發(fā)

(中國鐵路設(shè)計集團有限公司電化電信院，天津 300308)

截止2018 年底，國內(nèi)已經(jīng)有2.9 萬km 的高鐵線路，在高鐵樞紐內(nèi)通過聯(lián)絡(luò)線連接形成高鐵網(wǎng)狀聯(lián)通，方便運輸。但在已經(jīng)開通的高鐵樞紐，也存在著不同高鐵線路所、車場之間聯(lián)絡(luò)線設(shè)置過短導(dǎo)致C3/C2 列控切換、CTCS-3 線路RBC 切換困難，且當(dāng)聯(lián)絡(luò)線存在大坡度、設(shè)置有電分相區(qū)等特殊情況，會導(dǎo)致動車組運行降速達不到線路設(shè)計的預(yù)期速度；聯(lián)絡(luò)線設(shè)置過多，導(dǎo)致大型站場發(fā)車口超過7 個，出站信號機機構(gòu)類型選擇困難，工程中只能根據(jù)站型提出一些特殊化處理方案，在其中根據(jù)多方的利害權(quán)衡選擇取舍，終究沒有一個完美的解決方案，且給后期運營留下一些弊端；站場布置42 號大型道岔但進路中存在固定限速等特殊情況，列控系統(tǒng)控車邏輯會進行限速處理，42 號道岔不能徹底發(fā)揮側(cè)向160 km/h的能力，與站場設(shè)計的本意不匹配，也給實際運營留下遺憾。而隨著國內(nèi)經(jīng)濟快速發(fā)展的需求，高速鐵路網(wǎng)將進一步加密完善，逐步形成通道高速鐵路、區(qū)域高鐵連接線、城際鐵路三層網(wǎng)絡(luò)，各層級高鐵網(wǎng)內(nèi)部，以及不同層級高鐵網(wǎng)之間，都有聯(lián)絡(luò)線設(shè)置的需求，屆時高鐵樞紐更加復(fù)雜，站前線路設(shè)計方案與信號系統(tǒng)的優(yōu)化匹配就更加關(guān)鍵。本文在總結(jié)目前高鐵聯(lián)絡(luò)線設(shè)置案例基礎(chǔ)上，研究梳理高鐵站前線路聯(lián)絡(luò)線設(shè)置與信號系統(tǒng)匹配的邊界條件，為后續(xù)高速鐵路建設(shè)提供有益借鑒。

1 案例存在問題分析

1.1 不同線路之間聯(lián)絡(luò)線設(shè)置過短

1.1.1 相鄰線路均為CTCS-3級線路情況1）樞紐實例1

A 客專、B 客專、C 客專（近期實施）交匯于D 樞紐，其中A 客專、B 客專、C 客專均采用CTCS-3 級列控系統(tǒng)具體如圖1 所示。

A 、B 客專上、下行聯(lián)絡(luò)線長度約1.9 km，區(qū)間無信號點，上下行聯(lián)絡(luò)線區(qū)間存在長度為378 m左右的分相區(qū)，且聯(lián)絡(luò)線存在20‰的大坡道。而A 客專場與B 客專場之間212/317G 場聯(lián)軌長度僅127 m，根據(jù)《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》（TB10621-2014）“RBC 切換點應(yīng)設(shè)置在閉塞分區(qū)分界點處?！盧BC 切換點設(shè)置于聯(lián)絡(luò)線之間，要求聯(lián)絡(luò)線上至少布置兩個閉塞分區(qū)，才能滿足RBC 切換的最低條件。此兩處聯(lián)絡(luò)線均不具備RBC 自動切換的條件。

圖1 D樞紐示意圖Fig.1 Diagram of Hub D

對于上、下行聯(lián)絡(luò)線和212/317G 場聯(lián)區(qū)段，可采用先在接發(fā)車場C3 →C2，在另外一場C2 →C3 等級轉(zhuǎn)換的方式來實現(xiàn)RBC 控制權(quán)的切換。具體在上、下行聯(lián)絡(luò)線設(shè)置正、反方向列控等級轉(zhuǎn)換應(yīng)答器組。當(dāng)C3 列車由B 客專經(jīng)線路所下線至A 客專場時，列車在聯(lián)絡(luò)線上自動轉(zhuǎn)為C2 等級，以C2 等級接入A 客專場，以C2 等級發(fā)車至A 客專合肥方向，在A 客專場S、SF 進站口車載設(shè)備重新呼叫A 客專RBC，與RBC 連接后在A 客專正線區(qū)間自動轉(zhuǎn)為C3 等級運行；A 客專C3 列車駛向B 客專方向時，在上、下行聯(lián)絡(luò)線上轉(zhuǎn)入C2 等級，在線路所S、SF 進站口車載設(shè)備重新呼叫B 客專RBC，與RBC 連接后在B 客專區(qū)間自動轉(zhuǎn)入C3等級運行。212/317G 場聯(lián)C3 →C2 → C3 道理類似，但由于距離太近，動車組需在股道停車司機手動轉(zhuǎn)C2，以C2 模式發(fā)車進入臨場，在出站口處重新呼叫RBC 轉(zhuǎn)C3。

212/317G 場聯(lián)兩端都是12 號道岔區(qū)，運行速度本身就低，采取這種模式對行車沒有大的影響；但上、下行聯(lián)絡(luò)線的線路所布置2 組42 號道岔，聯(lián)絡(luò)線的設(shè)計速度按照160 km/h 考慮。C3、C2列控系統(tǒng)控車原理存在差異，沒有臨時限速情況下正向運行沒有問題。但在有臨時限速情況下，動車組只有降速才能實現(xiàn)C3、C2 控制模式的順利匹配銜接。反向運行時候，由于沒有設(shè)置DD 應(yīng)答器組，動車組只有降速才能實現(xiàn)C3、C2 控制模式的順利匹配銜接。否則會引起制動。

具體以下行聯(lián)絡(luò)線分析如下。

當(dāng)在線路所3 號大號碼道岔發(fā)送檢查范圍設(shè)置低于DD 速度但不小于80 km/h 的限速時，TCC不具備發(fā)送大號碼道岔信息包，即C2 等級收不到大號碼道岔信息包，防護大號碼道岔的信號機XH處C3、C2 速度不一致：C3 等級控制列車按照DD大號碼道岔的允許速度運行（大于140 km/h），而C2 因沒有收到DD 信息，C2 等級控制列車按照XH 進站信號機開口80 km/h 的速度打靶，這就造成列車收到FYG-3/2 等級轉(zhuǎn)換預(yù)告點處因C3（140 km/h）、C2（127 km/h）等級速度差別較大而引起列車常用制動。

當(dāng)在線路所SF 外方L1 范圍內(nèi)有低于80 km/h的限速時，線路所TCC 全進路限速45 km/h，XH接近區(qū)段發(fā)UU 碼，C2 等級控制列車以XH 按照45 km/h 的速度打靶，這就造成列車收到FYG-3/2 等級轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器處因C3（140 km/h）、C2（115 km/h）等級速度差別較大而引起列車緊急制動。如圖2 所示。

圖2 C3/C2控車速度曲線分析示意圖Fig.2 Diagram of speed profile of C3/C2 train control

b.反向運行

B 客專RBC 管轄范圍越過A 客專場進站信號機XZXF 延伸至A 客專場站內(nèi)出站信號機處。當(dāng)C3 列車由線路所運行至A 客專場XZXF 方向時，因反向運行時地面不設(shè)置DD 大號碼道岔應(yīng)答器組，不發(fā)送大號碼道岔信息包，列車經(jīng)大號碼道岔反向進站信號機處C3、C2 速度不一致：C3 等級控制列車按照DD 大號碼道岔的允許速度運行（如140 km/h）打靶，而C2 因沒有收到DD 信息，C2等級控制列車按照XZXF 以80 km/h 的速度打靶，這就造成列車收到FYG-3/2 等級轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器處因C3(140 km/h)、C2（117 km/h）等級速度差別較大引起列車緊急制動。

降速原因分析如下。

《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》（TB/T3484-2017）規(guī)定，反向運行時地面不設(shè)置大號碼道岔應(yīng)答器組，不發(fā)送大號碼道岔信息包；《列控中心技術(shù)規(guī)范》(TB/T3439-2016)規(guī)定，當(dāng)側(cè)向接車進路發(fā)送UUS，同時滿足以下條件時，TCC 發(fā)送大號碼道岔數(shù)據(jù)包。

通過搭建各種測試場景進行牽引供電系統(tǒng)供電能力測試。測試前，對車輛負(fù)載特征進行分析，并聯(lián)合設(shè)計單位對牽引供電系統(tǒng)和車輛的負(fù)荷特性進行分析，包括對牽引供電系統(tǒng)的各種運行模式所對應(yīng)的負(fù)荷運行進行編排；重點對接觸網(wǎng)在不同運行方式(雙邊供電、單邊供電、大雙邊供電)下的供電能力進行檢驗，并記錄AW0(空載)、AW3(超載)等不同載荷列車的起動電流波形；同時觀察牽引供電設(shè)備(DC 1 500 V開關(guān)柜及保護、鋼軌電位限制裝置等)是否發(fā)生誤動作，以確保牽引供電系統(tǒng)的供電能力滿足標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計要求；復(fù)核設(shè)計單位關(guān)于運營過程中的負(fù)載狀態(tài)，以確保線路安全運營。

條件1： 進路行車許可長度超過制動距離檢查范圍， 大號碼道岔報文發(fā)送檢查條件（行車許可），如圖3 所示。

圖3 大號碼道岔報文發(fā)送檢查條件示意圖（制動距離）Fig.3 Prerequisites for sending telegrams of switches with switch number above 18 (braking distance)

條件2 ：側(cè)向進路范圍內(nèi)以及離去區(qū)段制動距離內(nèi)，無低于大號碼道岔側(cè)向允許速度的臨時限速，如圖4 所示。

圖4 大號碼道岔報文發(fā)送檢查條件（臨時限速）Fig.4 Prerequisites for sending telegrams of switches with switch number above 18 (temporary speed restriction)

當(dāng)C3 列車在上下行聯(lián)絡(luò)線正向運行能收地面發(fā)送的大號碼道岔的DD 信息包[CTCS-4]時，列車C3 等級、C2 等級速度曲線基本一致，列車能自動實現(xiàn)等級轉(zhuǎn)換，列車運行正常。

但當(dāng)?shù)孛娌痪邆浒l(fā)送大號碼道岔信息[CTCS-4]或未設(shè)DD 大號碼道岔應(yīng)答器組時，防護大號碼道岔信號機處的C3、C2 等級打靶速度不一致且相差過大，而導(dǎo)致緊急制動。

為解決限速問題，工程中研究了3 個方案。方案一移動分相區(qū)，聯(lián)絡(luò)線增加信號點方案。雖然正常情況下能夠?qū)崿F(xiàn)RBC 交接，但是由于分相區(qū)位置移動靠近進站信號機，且反向存在20‰的大坡道，反向運行時分相區(qū)前方一旦有45 km/h 限速，動車組有停在分相區(qū)的危險，需要運營期間注意；取消分相區(qū)，增加信號點方案，接觸網(wǎng)取消分相區(qū)但需要增加分段，經(jīng)計算此處分段存在拉弧風(fēng)險；全樞紐統(tǒng)一一套RBC 管轄方案，B 客專作為正在運行線路，對RBC/TCC/CBI 改造周期長，對運輸影響大，且近期C 客專也將引入A 站，A 站面臨多次改造，建設(shè)風(fēng)險較大。這3 個方案能解決動車組運行限速問題，但也都有瑕疵。

2）樞紐實例2

A 客專與B 客專均采用C3 列控系統(tǒng)，A 客專與B 客專均經(jīng)42#大號碼道岔側(cè)向在C 聯(lián)絡(luò)線上互聯(lián)互通。C 聯(lián)絡(luò)線因線路太短且沒有區(qū)間信號機等條件限制，采用C2 列控系統(tǒng)，為實現(xiàn)列車跨線運行，在C 上、下行聯(lián)絡(luò)線上設(shè)置雙方向C3 →C2等級轉(zhuǎn)換點，通過進行C3 轉(zhuǎn)C2 等級的方式來實現(xiàn)由A 客專RBC 與B 客專RBC 控制權(quán)切換。如圖5所示。

此工程存在同樣的問題，為實現(xiàn)C3、C2 控制模式曲線匹配，避免緊急制動，開通時限速80 km/h運行，實際運行速度沒有達到站前線路設(shè)計速度，對運輸效率影響較大。

1.1.2 相鄰線路分別為C3和C2級線路情況

新建C3 線路與C2 線路通過聯(lián)絡(luò)線溝通，《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》（TB/T3484-2017）規(guī)定，C2 至C3 等級轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器組和執(zhí)行應(yīng)答器組間的距離應(yīng)大于列車按該度前段線路允許速度運行20 s 的距離，且不應(yīng)在同一閉塞分區(qū)內(nèi)。某個工程為滿足地方政府C3 動車組去既有普速車站的需求，將C3 下既有線區(qū)段都改造為C2 區(qū)段，新建客專與既有線間通過聯(lián)絡(luò)線銜接，由于聯(lián)絡(luò)線長度僅有900 m，無法滿足C3/C2 的自動等級轉(zhuǎn)換條件，只好在新建C3 線路前方站間進行C3/C2 的轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致所有不下既有C2 線的動車組都要進行C3/C2 的切換。如圖6 所示。

圖5 樞紐實例2示意圖Fig.5 Diagram of the Hub in Case 2

圖6 實例3示意圖Fig.6 Diagram of Case 3

1.2 聯(lián)絡(luò)線引入過多導(dǎo)致車站規(guī)模巨大

《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》（高速及普速鐵路部分）第488 條中均明確出站信號機最多加裝6 個表示器表示7 個發(fā)車方向，而在現(xiàn)高鐵工程中客站引入聯(lián)絡(luò)線較多，某個工程中大型客站上行發(fā)車達到9 個方向，分別是A 客專正線2 個方向、動車走行線2個方向、B 客專聯(lián)絡(luò)線3 個方向（預(yù)留）、C 客專聯(lián)絡(luò)線2 個方向，并且規(guī)劃中還有城際線路的引入。其中B 客專聯(lián)絡(luò)線、C 客專聯(lián)絡(luò)線均是動車組、普速車混運線路，故本站出站信號機采用普速鐵路信號機機構(gòu)，為區(qū)分不同發(fā)車方向需要加裝表示器。

9 個發(fā)車方向設(shè)計無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可循，設(shè)計中分析了咽喉區(qū)有3 個發(fā)車方向與其他發(fā)車方向進路可進行區(qū)分，考慮在3 個方向設(shè)置帶方向進路表示器的總出站信號機，并進行獨立顯示，原股道出站信號機改為發(fā)車進路信號機或出站兼發(fā)車進路信號機的方案；利用6 個表示器另外組合出2 個表示含義，與標(biāo)準(zhǔn)的7 個組合一起構(gòu)成9 方向進路表示器的顯示組合方案；在咽喉區(qū)各發(fā)車口的適當(dāng)位置分別設(shè)總出站信號機，各股道出站信號機均改為進路信號機方案。

從方便司機辨認(rèn)和記憶表示器顯示、避免突破《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定的顯示方式、便于工程推進、避免工程廢棄等角度綜合考慮，推薦方案一，并專門給公司和路局發(fā)函，經(jīng)過多次方案比較和審查最終才明確方案。但即便是通過的方案也是無奈選擇的結(jié)果。

而類似情況，多個高普交叉的樞紐都出現(xiàn)過，不僅造成出站信號機設(shè)置的特殊處理，并且多個聯(lián)絡(luò)線引入咽喉區(qū)過長造成接發(fā)車時分過長，成為整個樞紐能力的制約點。

1.3 車站咽喉區(qū)鋪設(shè)42號道岔并未充分發(fā)揮出道岔的功效

站場鋪設(shè)42 號道岔本意是提升側(cè)向通過速度，但由于特殊站型的限制，鋪設(shè)的42 號道岔并未發(fā)揮出最大側(cè)向通過速度，具體C2 客專實例如圖7所示。

圖7 實例4示意圖Fig.7 Diagram of Case 4

從XL 經(jīng)102/104（42 號道岔）側(cè)向接車至SQN 進站，按站場布置道岔的本意為了提升側(cè)向速度，配置42 號道岔，當(dāng)XL 進站發(fā)UUS 碼時，有兩個進路，進路1 為經(jīng)102/104 反位至SQN，速度可達到160 km/h；進路2 為經(jīng)102/104 定位經(jīng)101/103（18 號）反位至側(cè)向通過至SQN，速度最高為80 km/h，且進路2 經(jīng)過3G 與VIIG 之間的高站臺時要低于80 km/h，按照DD 應(yīng)答器報文發(fā)送原則，確認(rèn)進路有小于80 km/h 的限速時，不發(fā)送大號碼道岔報文。當(dāng)辦理進路1 時，C2 動車組在XL 進站信號機有源應(yīng)答器收到進路報文，明確進路有42 號道岔，動車組才開始提速，經(jīng)過102/104（42 號道岔）反位時，速度提升有限，沒有發(fā)揮42號道岔的作用。

2 聯(lián)絡(luò)線設(shè)置建議

首先滿足《高速鐵路信號聯(lián)鎖和列控設(shè)備質(zhì)量控制若干措施》（鐵總建設(shè)[2018]19 號）文要求，“鐵路線路及站場設(shè)計應(yīng)盡量避免區(qū)間出岔，減少線路所設(shè)置數(shù)量，尤其是減少高速、普速共線的線路所數(shù)量；高速鐵路信號系統(tǒng)工程設(shè)計應(yīng)盡量實現(xiàn)列控等級貫通設(shè)計，減少列控等級差異，減少等級轉(zhuǎn)換設(shè)計，降低接口風(fēng)險?！钡囊?；同時對聯(lián)絡(luò)線設(shè)置建議如下。

2.1 聯(lián)絡(luò)線設(shè)置的長度

1）C3 線路之間須滿足RBC 轉(zhuǎn)換的要求

聯(lián)絡(luò)線長度按照與線路設(shè)計速度匹配最少兩個閉塞分區(qū)長度，如聯(lián)絡(luò)線設(shè)置有分相區(qū)的情況下，按照分相區(qū)進站信號機的原則，有3 個以上閉塞分區(qū)長度更為適合，具體閉塞分區(qū)長度需要根據(jù)坡度情況結(jié)合最不利車型統(tǒng)一進行牽引計算。

2）須滿足C3/C2 線路之間等級轉(zhuǎn)換的要求

按照《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》（TB/T3484-2017）規(guī)定，C2 至C3 等級轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器組和執(zhí)行應(yīng)答器組間的距離應(yīng)大于列車按該度前段線路允許速度運行20 s 的距離，且不應(yīng)在同一閉塞分區(qū)內(nèi)。聯(lián)絡(luò)線長度至少需要兩個閉塞分區(qū)，具體長度需要結(jié)合線路設(shè)計速度、坡度情況進行牽引計算確定。

2.2 聯(lián)絡(luò)線接入車站的限制因素

技規(guī)定義的出站信號機帶有6 個表示器表示7個發(fā)車方向，建議車站聯(lián)絡(luò)線引入考慮此限制因素。過多的發(fā)車口造成信號機設(shè)置的特殊，且都是在綜合各個方案優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上無奈的取舍，對后期的應(yīng)用也不利。同時過多的聯(lián)絡(luò)線引入咽喉區(qū)拉長，咽喉區(qū)走行距離變長，降低發(fā)車效率。

2.3 車站大號碼道岔的選擇

車站大號碼道岔的選擇與站型布置、咽喉區(qū)大號碼道岔轉(zhuǎn)轍機安裝位置的預(yù)留相匹配。設(shè)置大號碼道岔應(yīng)避免進路上有固定限速點；并應(yīng)預(yù)留大號碼道岔轉(zhuǎn)轍機多機牽引安裝位置，避免大號碼道岔轉(zhuǎn)轍機設(shè)置于客專正線之間。

3 結(jié)論和建議

國內(nèi)高鐵走過10 年，而隨著國內(nèi)經(jīng)濟快速發(fā)展的需求，高速鐵路網(wǎng)將進一步加密完善，通道高速鐵路、區(qū)域高鐵連接線、城際鐵路三層網(wǎng)絡(luò)的格局逐漸明朗，各層級高鐵網(wǎng)內(nèi)部以及不同層級高鐵網(wǎng)之間，都有通過聯(lián)絡(luò)線互聯(lián)互通的需求。這將給工程建設(shè)及運營提出新的挑戰(zhàn)，在目前建設(shè)成果的基礎(chǔ)上如何提升建設(shè)理念，避免樞紐因“大而全”造成專業(yè)匹配的困難，建議從4 個方面考慮。

一是從工程建設(shè)全局、路網(wǎng)規(guī)劃的角度綜合考慮車站換乘、市政交通接駁等其他替代方案，實現(xiàn)旅客乘車方式的變化，緩解聯(lián)絡(luò)線過多引入大站帶來的弊端；二是在前期設(shè)計時就應(yīng)該充分考慮站場線路與信號系統(tǒng)的匹配和優(yōu)化的邊界條件；三是樞紐內(nèi)復(fù)雜方案應(yīng)該建立站前方案與信號系統(tǒng)的匹配機制，2014 年中國鐵路總公司發(fā)文要求列控廠商對大于20‰坡度閉塞分區(qū)長度的符合性進行驗證，解決了大于20‰坡度閉塞分區(qū)長度設(shè)置問題，避免限速運行，就是一個成功的范例。在工程前期能夠?qū)⒘锌貜S商引入對聯(lián)絡(luò)線設(shè)置等特殊方案提前進行仿真驗證，真正從源頭實現(xiàn)站前方案與信號系統(tǒng)的優(yōu)化匹配；四是高鐵大型樞紐C3 互聯(lián)互通困難情況下，也可以整個樞紐均采用CTCS-2 級列控系統(tǒng)。