城际铁路客运站道岔型号选用的研究

2014-07-08朱长青

铁道标准设计 2014年7期

关键词：进站城际咽喉

朱长青，霍亮

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063)

城际铁路客运站道岔型号选用的研究

朱长青，霍亮

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063)

城际铁路客运站咽喉区可选用12号或18号单开道岔，从接车时间的不同、满足3 min追踪时间间隔要求、动车以相应速度通过的舒适性、对车站站坪长度及车站平面布置的影响、节省工程投资及运营维护成本等方面进行研究，提出对城际铁路客运站道岔型号选用的建议。

城际铁路；客运站；道岔选型

1 概述

我国普速铁路客运站咽喉区主要采用12号单开道岔,高速铁路客运站咽喉区主要采用18号单开道岔。目前正方兴未艾建设的城际铁路,速度目标值一般在140～200 km/h,车站咽喉道岔可选用12号或18号单开道岔。研究城际铁路客运站道岔选型,在合适的情况下使用合适的道岔,对满足线路通过能力及乘坐的舒适性、减小线路平纵断面及车站设计的难度、节省工程投资具有一定的现实意义。

2 采用不同型号道岔车站进路接车时间分析

影响列车追踪间隔的主要为车站进路的接车时间,首先对车站接车时间进行对比分析。

2.1 车站接车进路组成（图1)

接车进路由进站制动区S1、咽喉区S2、停靠区S3三部分组成。其中S1为进站信号机前方列车由区间速度V1减至侧向过岔速度V2的运行距离,S2为进站信号机至到发线进站端警冲标的距离,S3为到发线进站端警冲标至距站台端内15 m处的距离。

图1 客站咽喉一个接车进路的长度组成（单位：m)

2.2 列车进站运行方式

我国城际铁路基本上采用C2级列控系统,要求停站列车在到达进站信号机时速度降为咽喉区侧向过岔速度,因此进站信号机成为控制列车速度的分界点。进站信号机前方为减速区,列车速度由区间速度V1降为侧向过岔速度V2。

列车通过进站信号机之后以侧向过岔速度V2匀速运行,在站台前方减速直至停靠。往往在车头越过到发线进站端警冲标之后还要匀速运行一段距离,再做减速运行至停车,因此列车匀速运行距离及减速停靠距离,不对应于咽喉区长度S2和停站减速区长度S3。

2.3 接车时间计算

(1)进站信号机前方制动时间t1的计算

影响时间t1的因素为区间行车速度V1及制动减速度β。

列车制动减速度的大小直接影响车站接车时间。影响制动减速度的主要因素是动车组类型、采用的制动力级别(分1、4、7级制动)、轨道干湿状态以及列车运行速度。以CRH2型动车组湿轨状态制动减速度为例,其1级和4级制动减速度计算式如表1所示。

7级制动时,CRH2型动车组湿轨状态减速度值(加上风阻)见表2。

表1 CRH2型动车组湿轨下制动减速度计算式

表2 CRH2型动车组湿轨状态制动减速度值

从表2看出,相同条件下减速度值随速度减小而增大。80km/h以下减速度变化值不明显,湿轨状况1级制动时约为0.17 m/s2,4级制动时约为0.46 m/s2,7级制动时约为0.75 m/s2。

进站减速至信号机的时间可用积分法精确计算。例如在4级制动条件下,从区间行车速度300 km/h减速至进站信号机前80 km/h或45 km/h的制动时间分别为

列车在80 km/h及以下速度,同一制动级别下的减速度趋向于一定值。为简化计算过程,后续某运行区段减速度采用一个平均减速度代替,则上式可以简化为

Δt=(V80-V50)/β=(22.22-12.50)/0.45=21.6 s

同理,1级制动条件下该时差约为57 s,7级制动条件下约为12.8 s。

计算可见:采用18号道岔与12号道岔相比,列车从开始制动至进站信号机之间的运行时间差值Δt与区间行车速度v1无关,只与β成反比关系,即与采用的制动级别成反比。制动级别越小,制动减速度越小,该段运行时差就越大。

(2)咽喉区走行时间t2的计算

列车在咽喉区的行进状态,可视为以侧向过岔速度作匀速运动,时间t2的影响因素为咽喉区长度S2、侧向过岔速度V2。

进站信号机至站台端部为列车进站的低速运行区间,该段通过速度直接影响接车时间。采用12号道岔侧向通过速度V2为45 km/h(12.50 m/s),采用18号道岔侧向通过速度V2为80 km/h(22.22 m/s),采用18号道岔侧向过岔速度为12号道岔的1.78倍。

列车越过进站信号机之后,在咽喉区以侧向过岔速度匀速运行。该段属低速运行状态,如果咽喉区长度过长,将明显加长接车时间,影响列车追踪间隔。本文以几种典型车站为例,在相同车站规模情况下,采用12号道岔与采用18号道岔咽喉区长度对比见表3。

表3 采用12号道岔与采用18号道岔典型站咽喉区长度比较

从表3可见,车站咽喉区长度与车站规模基本成线性关系。在大型客运站中采用18号道岔较采用12号道岔车站咽喉区长度明显加长,二者比例接近常数1.5。车站咽喉区由道岔及其连接部分组成,计算表明车站咽喉区的长度与道岔号码基本成比例关系,即咽喉区长度比=道岔号码比=1.5(18/12)。

设采用12号道岔的咽喉区长度为S小、侧向通过速度为V小,采用18号道岔分别为S大和V大,则

通过时间差=S小/V小-S大/V大=S小/V小-1.5S小/ 1.78V小=0.157 3S小/V小=0.012 6S小s

当S小在常见的300～800 m时,通过时间差在3.8～10 s间变化,这个数值对接车时间影响很小。

(3)警冲标至停靠点的走行时间t3的计算(图2)

影响时间t3的因素为到发线有效长及制动减速度β。城际铁路车站到发线有效长有650、450 m或者400 m等档次。受进站速度V2、到发线有效长及制动减速度的综合影响,列车停靠站台前的制动起点在警冲标附近。

图2 警冲标至停靠点的走行时间t3的计算图（单位：m)

列车在越过进站端警冲标至停站之间的运行时间t3分两种情况进行计算。

情况1:制动起点越过进站端警冲标

t3=t′3+t″3=S′3/V2+V2/β

上式中S′3=S3-S″3=S3-V22/2β,因此

t3=(S3-V22/2β)/V2+V2/β

情况2:制动起点未到警冲标

t3=(2S3/β)

不同有效长时,列车以不同的过岔速度通过停站减速区S3的走行时间t3对比分析见表4。

从表4可看出,对比两种过岔速度,到发线有效长越长,对停站减速区接车时间差影响就越大。

3 客运站采用12号道岔与采用18号道岔的综合对比分析

3.1 接车时间对比

根据前述分析计算,车站进路接车时间t=t1+t2+t3,因此采用12号道岔较采用18号道岔需要增加接车时间Δt=Δt1+Δt2+Δt3。由于Δt2受车站规模影响较小,分别选取S小=300、500 m和800 m 3种情况进行计算,得到的总接车时间差见表5。

表4 不同到发线有效长走行时间t3对比s

表5 采用12号道岔与18号道岔接车时间差对比s

从表5可以看出,车站采用两种型号道岔的接车时间差,与制动减速度成反比,与咽喉区长度、到发线有效长成正比。对于城际铁路而言,中间站规模小,咽喉区长度短,且到发线有效长较短,所以时间差值较小。城际铁路采用CRH6型城际动车组时,列车进站制动的一般常用减速度大于0.5 m/s2。在咽喉区长度约300 m、制动减速度大于0.5 m/s2的情况下,该时间差值小于25 s。CRH6-A、CRH6-B型城际动车组制动性能对照见表6。

表6 CRH6型城际动车组制动性能对照

3.2 客运站采用12号道岔最小追踪间隔时间检算

一般而言,列车追踪间隔时间的4种情况(即I追追、I到到、I发发和I通过)中,I到到是决定因素,以下对I到到追踪间隔进行检算。

检算的基本条件是:区间行车速度为200 km/h (55.6 m/s),12号道岔侧向限速45 km/h(12.5 m/s)；列车长度200 m,到发线有效长450 m；区间及站内线路均为平直道；闭塞分区长度为2 000 m,邻近车站的闭塞分区长度为1 200 m和1 500 m；列车采用CRH6动车组,列控符合CTCS-2级的目标―距离控制模式,平均减速度为0.66 m/s2；车站办理列车到达作业时间为15 s；司机确认车载设备信号显示时间为10 s；车站自动排列发车进路时间或自动排列接车进路时间为8 s；车载设备接收信号应变时间为2.2 s；车站设备启动制动系统延迟时间为0.5 s。最小追踪间隔时间示意如图3所示。

图3 最小追踪间隔时间示意

列车到达追踪间隔时间可按下式确定

其中:t作业=15+2.2+0.5=27.7 s；

因此,I到到=27.7+10.4+65.3+(l进-119)÷12.5+ 19=l进/12.5+112.9

如果要满足3 min最小追踪间隔的要求,则需I到到＜180 s,即l进＜837.5 m,对应的咽喉区长度为837.5-450/2=612.5 m。由于采用12号道岔布置的一般中间站咽喉区长度在400 m以内,因此可以满足3 min最小追踪间隔的要求。

3.3 旅客舒适性对比（表7)

表7 12号道岔与18号道岔旅客舒适性指标对比

旅客列车以80 km/h的速度侧向通过18号道岔,乘客感受到的离心加速度为0.449 m/s2,加速度时变率为0.55 m/s3；旅客列车以45 km/h的速度侧向通过使用12号岔,离心加速度为0.446 m/s2,加速度时变率0.310 m/s2,均优于18号道岔。

3.4 投资影响分析

(1)投资成本

单组道岔综合安装造价,18号无作道岔约370万元,12号无作道岔约180万元,铺设1组12号道岔较18号道岔节省约190万元。对于道岔上桥甚至车站高架,投资成本还将增加道岔梁的成本,该项成本远高于单纯铺道岔的成本。

(2)运营维护成本

18号道岔需要使用5台转辙机牵引,而12号道岔只需要2台,因此使用18号道岔将大大增加运营维护成本。

4 结论及建议

研究表明:城际铁路客运站采用12号道岔与采用18号道岔相比,接车时间的增加值在25 s以内,可满足3 min追踪时间间隔要求,动车以45 km/h的速度侧向通过12号道岔比以80 km/h的速度侧向通过18号道岔的舒适性相当；但在有效减小车站站坪长度、灵活布置车站平面、节省工程投资及运营维护成本等方面优点突出。因此城际铁路的客运站选用12号道岔也是可行的,特别是城际铁路深入市区时,车站咽喉用12号道岔,对线路平纵断面的设计以及车站布置是非常有利的。

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