高速客运专线桥上设置安全线的可行性分析

王俊永

(铁道第三勘察设计院集团有限公司线站处,天津 300142)

一般而言,在铁路设计中,当疏解线路在区间与正线接轨时,在接轨地点应设置线路所或辅助所。当新线、岔线、段管线与站内正线、到发线接轨时,均应设置安全线;新线、岔线、段管线与站内到发线接轨,当站内有平行进路及隔开道岔并有联锁装置时,可不设安全线。高、普速铁路在路基地段设置安全线时,应该满足上述规范规定。但是,已经建成和在建的高速客运专线,在区间绝大多数采用桥梁形式通过,当有联络线在区间与高速客运专线正线接轨时,不可避免地需要在桥上设置安全线,而桥上设置安全线,又不满足现行的有关规范规定。因此,本文拟结合客运专线设计经验以及收集掌握的一些资料,突破现有规范,对高速客运专线在桥上设置安全线可行性进行分析,供大家探讨。

1 铁路规范上对安全线设置的一般规定

《新建时速 300～350km客运专线铁路设计暂行规定》中,没有提出安全线设置的技术要求,因此,只能按照《铁路车站及枢纽设计规范》(GB50091—2006)(以下简称《站规》)第3.1.12条的规定进行办理。本条规范规定如下。

(1)安全线有效长度不应小于 50m。

(2)安全线纵坡应设计为平道或面向车挡的上坡道。

(3)安全线上均应设置缓冲装置。

(4)临靠正线的安全线均应设置双侧护轮轨和止轮土基,有条件时,临靠正线的安全线采用曲线形布置。

(5)安全线不应设在桥上和隧道内。

(6)安全线曲线地段与相邻线的间距能确保机车、车辆侧翻时不影响相邻线行车安全。

2 高速客运专线桥上设置安全线遵循现有规范所存在的问题

《铁路车站及枢纽设计规范》(GB50091—2006)第3.1.12条第4款条文说明规定:“……采用土堆式车挡,其后的止轮土基长 15m、顶宽 4.5m,用黏性土夯填至轨面以下 1m,均以草皮防护……”

《铁路车站及枢纽设计规范》(GB50091—2006)第3.1.12条第5款说明规定:“……在桥隧前或延伸至桥隧后适当地点仍然不能避免在桥上和隧道内设安全线时,则设在桥上和隧道内的安全线,其车挡后的路基设计按照本条第4款规定办理。”

综上所述,安全线在特别困难条件下可以设在桥梁上,但是,在车挡末端必须设置长 15m、顶宽 4.5m的止轮土基。经过咨询《站规》相关的编撰人员得知,在车挡后面设置 15m长的止轮土基主要是考虑满足一个 14m车长进行设计的,当列车低速进入安全线后,可以通过止轮土基的摩擦力尽快使列车停止。

高速客运专线区间桥梁高度一般都不会小于 8 m,有的甚至达到 16m以上,如果桥上设置安全线,必须在安全线后端设置一段长 15m、顶宽 4.5m的止轮土基,则会存在如下问题。

(1)安全线梯形土堆会对正线桥墩造成侧压力,存在安全隐患。

(2)增加土方数量和线路所用地,投资加大。

(3)线路所整体景观效果较差,对城市周围的环境和景观有一定的影响。

因此,高速客运专线桥上设置安全线如果机械地遵照现行规范进行设计,明显是不合理的。

3 高速客运专线桥上设置安全线的可行性分析

现分别就高速动车组和维修车辆等不同的车辆类型对影响安全线设置的因素进行具体分析,结合上海调速中心研制开发的 SH965600/9型滑移式液压缓冲挡车器的配套使用情况,对桥上设置安全线可行性提出具体的研究结论。

3.1 高速动车组

高速客运专线区间线路所的设计,主要通过 3组信号机对线路所进行安全保障,3组信号机的设置位置详见图1。

图1 高速客运专线区间线路所信号机位置设置

普速线路和高速客运专线采取的列车控制方式是不一样的。对于普速线路而言,列车运行多数是靠司机驾驶为主的,无超速防护系统,只有在列车冒进信号时,才会自动采取紧急制动,属于滞后采取防护措施。

对于高速客运专线而言,客运专线动车组主要是靠车载 ATP设备控制列车为主,设备故障时采取人工介入进行控制。客运专线的列车运行控制属于超前的防护措施,安全防护距离设置在信号机外方一段距离内,不会对信号机防护内方造成危险,车载 ATP系统能够充分满足列车在信号机外方停止。

客运专线的动车组采用双重的紧急制动系统,第一级靠车载的闭口速度进行紧急制动,车载设备根据应答器等数据信息计算打靶点,如运行超过此点则紧急制动;第二级靠应答器的数据信息控制进行紧急制动,当信号机处于关闭状态时,有源应答器向机车发送绝对停车报文,列车越过应答器时即会紧急制动。

正常情况下信号控制系统能够充分保证高速动车组不会闯入安全线,当动车组制动失效或相关控制设备故障等情况,还可以切换到司机手动驾驶模式,如果在手动驾驶模式依然失效的情况下,不排除列车进入安全线的可能。

由于安全线接轨道岔一般采用 12号,允许侧向通过速度不大于 50km/h,而高速动车组在联络线和疏解线上正常运行之时,速度不会低于 160km/h,在这种极端情况下,即使安全线车挡后面设置止轮土基,动车组以超过道岔侧向允许速度进入安全线,会立刻颠覆,并不能保证车辆的安全。

3.2 维修车辆

对于维修车辆而言,这种车型的运行速度较低,没有配备列车信号控制系统,但是车上也装载了地面信号接收装置,可以通过地面信号传送,指导司机安全行车,如果由于司机失误,没有看到车载信号显示,也存在进入安全线的可能,当维修车辆以 50km/h以下速度进入安全线时,可以采取在安全线车挡处设置挡车器来使维修车辆尽快停止,防止车辆颠覆。

3.3 滑移式液压缓冲挡车器

滑移式液压缓冲挡车器是上海铁路站场调速技术中心有限公司研制开发的一种新型挡车设备,已经成功在菲律宾、澳大利亚、希腊、英国铁路以及中国香港地铁上采用,国内在京津城际天津站、北京动车段、福州动车段、上海 8号线上使用,其中菲律宾、上海 8号线均为桥上高架铁路。滑移式液压缓冲挡车器结构如图2所示。

图2 滑移式液压缓冲挡车器(单位:mm)

滑移式液压缓冲挡车器的主要技术参数如下。

(1)使用工况

车辆质量 Q=900t(16辆空载)、冲撞速度 Vmax=13km/h,占用轨道长度 L=15m。制动能力按如下公式计算

式中 m——车的质量;

v——设计撞击车速;

S总——安装预留线路长度;

L1——设备长度。

(2)挡车器性能

撞击中心距轨面高度 h=965mm、平均制动力 F=600kN、液压缓冲器吸收动能 Emax=224kJ。

(3)结构特征

满足多种不同结构尺寸的动车组、含 1套英国产液压缓冲器、含 12对制动摩擦块、含 1台 XCD型固定式挡车器、钢结构 10年防锈。

经咨询挡车器生产厂家,当维修车辆总质量为 60～120t时,可以采用滑移式液压缓冲挡车器,其承受最大撞击速度为 25～30km/h。

因此,当维修车辆总质量不超过 120t,速度不超过 25～30km/h时,挡车器可以保证维修车辆在安全线上停车,当维修车辆以 50km/h以下速度撞击挡车器时,可以保证维修车辆不冲出车挡。

4 研究结论

(1)高速客运专线信号列控系统采用超前防护措施,对于高速列车在不出故障和人为破坏的前提下,完全能够保证列车的行车安全。在高速列车列车信号控制系统全部失效之后,即使安全线尾部设置止轮土基也无法避免列车颠覆。信号控制系统失效之后,安全线只能起到隔开作用,使失去控制的列车不至于影响正线行车。

(2)鉴于高速客运专线区间正线多数以桥梁通过,桥高很高,并且很多是长达几十千米的特大桥,联络线或者疏解线同正线接轨,无法设置路基地段,只能设在桥上,安全线尾部设置止轮土基存在投资大、征地多、景观差等缺点,特别是对于正线桥墩造成侧压力,存在安全隐患,建议不设置止轮土基。

(3)为了减少维修车辆误入安全线造成的损失,可在安全线尾部设置滑移式液压缓冲挡车器,以保证车辆安全。

(4)本文只是理论方面研究探讨,研究结论虽已在国内某些高速客运专线上采用,但还需进一步得到实际运营的检验。

[1]GB50091—2006,铁路车站及枢纽设计规范[S].

[2]铁建设[2007]47号,新建时速 300～350km客运专线铁路设计暂行规定(上、下)[S].