中德高速铁路车站到发线有效长对比研究

俞 添

(中铁第四勘察设计院集团有限公司线站处,武汉 430063)

1 概述

德国铁路的规范体系框架与中国相比有很大的不同,首先其遵循的基本规范和设计理念不一样。德国工程建设标准主要通过有关标准化协会组织和企业制订,德国铁路工程建设一是执行欧盟技术法规，如指令(Directive)、决定(Decision)和规定(Regulation),技术解释文件(TSI),欧洲标准(如EN、EN V、HD、TS、TR等),有关国际标准(如IEC、UIC等),德国技术法规及国家标准,并在国际标准、欧洲标准的制定中与法国一道起主导作用；二是由已私有化的德国铁路股份公司(Deutsche Bahn,简称DB)在贯彻执行国际标准、特别是欧洲标准的情况下,结合本国铁路的实际情况制订有关铁路工程建设的企业标准。

其次铁路行业的专业设置不一样,德国铁路行业未设置站场专业,国内站场专业的工作被分散在线路、地路、房建、车辆、信号等多个专业中,经过艰苦努力,本文对中德铁路车站到发线有效长技术细节对比进行了深入研究,并在利比亚高速铁路和沿海铁路两个项目中得到了实际应用,这两个项目是由德国公司采用德国标准做的初步设计,而中国铁建负责项目的施工建设。本文的研究对于展示我国高铁发展的最新成果,完善高铁技术标准体系,以及加快实施中国高铁“走出去”的战略有一定指导意义。

2 中国高速铁路车站到发线有效长研究

2.1 中国高速铁路车站到发线有效长定义

高速铁路车站到发线有效长是指到发线两个警冲标间的长度。车站到发线有效长除必须满足列车长度外,还需考虑一定的停车余量,以及安全防护距离的要求,对于双进路设计的到发线,其有效长还应考虑两侧的安全防护距离。因此,车站到发线有效长由列车长度、停车余量、安全防护距离、警冲标至绝缘节的距离组成。其中列车长度和停车余量构成站台长度,因此,到发线有效长由站台长度、安全防护距离、警冲标至绝缘节的距离构成。

站台长度和警冲标至绝缘节的距离是个定值,而安全防护距离是计算和经验值。安全防护距离(Protect space)是指防护点与目标点之间的距离,其包括测速、测距误差、司机确认停车点距离以及列车过走距离。

2.2 中国高速铁路车站到发线有效长规范规定

中国《高速铁路设计规范》(试行)10.1.8条文解释说明：“到发线有效长度650 m由站台长度、安全防护距离、警冲标至绝缘节的距离组成如下。

(1)站台长度：根据列车最大编组要求,确定站台长度为450 m。

(2)安全防护距离,考虑测速、测距误差、司机确认停车点距离及动车组过走防护距离,确定安全防护距离≥95 m。

(3)警冲标至绝缘节的距离：根据目前第一轮对距离车头的距离最长为4.85 m,确定警冲标至绝缘节的距离为5 m。

因此到发线有效长度(警冲标—警冲标)为(5+95)×2+450=650 m,故规定到发线有效长度不应小于650 m。”

站台最大长度的确定：按旅客列车最大编组数量为16辆,列车总长度为428 m,取整430 m,另考虑10 m的停车余量,确定站台长度为450 m。

因此根据《高速铁路设计规范》(试行),到发线有效长=站台长度(450 m)+安全防护距离(95 m×2)+警冲标至绝缘节的距离(5 m×2)。见图1。

图1 高速铁路车站有效长示意(单位：m)

2.3 中国高速铁路车站到发线有效长列控系统设计要求

《既有线CTCS-2级列控系统车载设备技术规范(暂行)》(科技运[2007]45号)第5.2.3.2(3)条“制动模式曲线计算”规定,列控系统在完全监控模式下,车站范围内列控系统计算的常用制动终点(即停车目标点)为出站信号机外方60 m。也就是说列控系统需要防护距离为60 m。

《客运专线CTCS-2级列控系统配置及运用技术原则(暂行)》(铁集成[2007]124号)第“4.8.3”条规定,仅开行动车组的客运专线,出站标志牌(铁运[2008]19号文《关于客运专线信号系统若干问题的指导意见》改为出站信号机)和轨道电路绝缘节均设置在距警冲标55 m处(含过走防护距离50 m)。

2.4 中国高速铁路车站到发线有效长实际设计布置

对“和谐号”系列动车组来说,16辆编组CRH1车型列车全长是最长的,为428 m,到发线有效长650 m能够满足要求,其中ATP需要防护距离有60 m,过走距离50 m,站台端至出站信号机距离为45 m,但是列车停车时头部距站台端15 m,尾部距站台端7 m。如图2所示。

图2 国铁高速车站到发线有效长布置示意(单位：m)

列车不能居中停车产生的原因就是高铁设计规范中考虑的安全防护距离为95 m,而列控规范中安全防护距离为110 m(车载ATP需要在出站信号机外方60 m,加上地面信号机内方50 m),其结果导致列控停车目标点将位于站台范围之内,列车将不能居中停在站台中,分析如下。

(1)若是单方向接车站台,站场布置能够满足接车条件,但司机可掌控的停车余量减少。

(2)若是双方向接车站台,也可满足接车条件,但上、下行列车所停的站台区域不同,如果设有站台安全门/屏蔽门,将不能兼顾两个方向停车时站台门都可与车门对齐的要求,两方向车门相错约8 m。

(3)上述两条都是针对最长编组的CRH1型动车组而言,如果开行的是其他动车组,列车长度将缩减为420 m,站场布置又变得恰好合适。

3 德国高速铁路车站到发线有效长研究

3.1 德国高速铁路车站到发线有效长定义及规定

德国高速铁路到发线有效长系列规定如下：《德国铁路基础设施设计手册》551页[5],股道有效长按Ril 413.0302规定的线路分类确定,该规程规定股道有效长包含了列车伸长防护区段的长度。 其中《德国铁路基础设施设计手册》66页,规程Ril 413.0302规定的线路标准为高速铁路越行线(也就是我们所说的到发线)长度为450 m。

德国到发线有效长计算时要考虑到信号机位置设置、可任意进车的道岔区段和轨道区段的绝缘节位置,有效长可计算至信号机,公式如下

erfLn=zulLw+z

式中 erfLn——所需股道有效长；

zulLw——列车允许长度；

z——附加长度。

3.2 德国高速铁路车站到发线有效长分析

欧洲高速铁路互操作性技术条件基础设施篇要求站台长度达到400 m,德国站台最小长度等于机车牵引列车或动车组的列车长度与不准确停车的附加长度5 m之和,因此文献[5]表8.1中规定德国高速列车停靠站台标准长度为405 m。由此可见，德国机车牵引列车或动车组的高速列车允许长度不超过zulLw=405-5=400 m。

旅客列车附加长度分别为：

信号能见距离 5 m×2；

不准确停车 5 m；

列车伸长防护区段 10 m×2；

特殊的列车伸长防护至绝缘节距离(考虑到发线列车缓冲器弹簧释放能量)8 m,列车防护信号机至绝缘节距离6 m。

因此德国到发线有效长计算如下

erfLn=zulLw+z=400+5+5×2+10×2+8+6=449 m

取整为450 m。

德国高速铁路车站有效长示意如图3所示。

图3 德国高速铁路车站有效长示意(单位：m)

3.3 德国高速铁路车站过走距离分析

德国高速铁路出站信号机与警冲标之间留有一定的过走距离(Overlap),一般为50～70 m。这不仅是列控系统的安全要求(主要防止列车侧面冲突),更主要的是为无列控系统时的安全防护,例如停留车的溜逸,动车组故障行车等。

在深入研究德国高速铁路站场设计标准的过程中了解到,德国到发线有效长不包含过走距离长度200 m,德国过走距离长度见表1。

表1 最短的过走距离长度

4 中德铁路车站到发线有效长对比研究结论

(1)中德高铁车站到发线有效长计算相同之处为,站台长度等于列车全长加上停车余量,只是双方的列车长度不同,停车余量取值不同而已。

(2)中德高铁车站到发线有效长计算不同之处为,车站到发线有效长的定义有所不同,导致算法完全不一致。中国到发线有效长计算安全防护距离时包含的内容为ATP需要防护距离和过走距离之和；而德国到发线有效长计算附加长度时考虑信号能见距离、列车伸长防护区段、特殊的列车伸长防护至绝缘节距离(考虑到发线列车缓冲器弹簧释放能量)、列车防护信号机至绝缘节距离等因素,不包含过走距离长度(相当于国铁ATP需要防护距离和过走距离之和),这是最大的区别。

(3)导致高铁车站到发线有效长计算这个最大区别的原因是双方国情不同,设计理念有差别：中国车站行车密度通过能力很大,是世界之最,因此我们设计车站时要求到发线接车不能影响正线行车,轨道电路防护区段(ATP需要防护距离和过走距离)在到发线范围内解决,而德国铁路行车密度没有那么大,运基信号[2009]562号明确要求,为确保线路运输能力,各车站不得设置延续进路。反观德国过走距离(ATP需要防护距离和过走距离之和)延伸至正线虽然影响正线的行车能力,但是德国正线行车能力不是那么紧张,完全满足其运输要求,因此这样做对他们国家来说也是可行的,过走距离长度也长很多,因为道岔区段比较长。

(4)如果不考虑过走距离的因素,德国到发线有效长450 m比中国(650-95×2=460 m)短10 m,但是中国的列车长度428 m比德国列车长度400 m长28 m,这样对比起来,国铁的取值还短18 m,而且中国设计的车站通过能力大得多。

(5)据研究有关资料,国铁高速车站过走距离的由来是从德国、日本和法国“借鉴”过来的,其取值是一个经验值,此距离的设置,本文理解为是对列车制动性能(包括列车制动系统性能以及钢轨粘着系数等)下降时所采取的安全防护补充措施,而与列控系统无关。建议专项研究过走距离的设置是否必要和是否有缩短的可能。

(6)对于国铁高速车站到发线有效长的安全防护距离,国铁高速规范的表述和列车系统的要求不一致,建议统一标准,以免引起混淆。

[1] 中华人民共和国建设部.GB50091—2006 铁路车站及枢纽设计规范[S].北京：中国计划出版社,2006.

[2] 铁道第四勘察设计院.站场及枢纽[M].北京：中国铁道出版社,2004.

[3] 中华人民共和国建设部.GB50090—2006 铁路线路设计规范[S].北京：中国计划出版社,2006.

[4] 中华人民共和国铁道部.TB10621—2009 高速铁路设计规范(试行)[S].北京：中国铁道出版社,2009.

[5] Hartmut Freystei, Martin Muncke, Peter Schollmeier,合著.德国铁路基础设施设计手册[M].德国铁路基础设施设计手册翻译审核委员会,译.北京：中国铁道出版社,2007：66，551，270.