兰州西动车运用所配套列车运行模式改造关键技术研究与应用

王 杰

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

1 研究背景

兰州铁路枢纽改造工程于2014年底开通运行，兰州西动车运用所与兰州西高速场、普速场衔接，列车运行均按CTCS-2级列控系统[1]设计，车站布置示意见图1。因兰州西动车所至高速场、普速场的坡度均为大于25‰坡道，根据《铁路技术管理规程(高速铁路部分)》[2]第279条“进站信号机外制动距离内，进站方向为超过6‰的下坡道，而接车线末端无隔开设备时，禁止办理相对方向同时接车和同方向同时发接列车”的规定，若按列车方式行车，高速场及普速场均需设置延续进路，从而会影响陇海线及兰新铁路第二双线的列车运行效率。故权衡利弊、综合考虑后原方案按调车方式设计。

随着全国高速铁路的快速发展，兰州作为西北地区高速铁路发展的重要节点，在中兰高铁、银西高铁、天水至兰州城际等相继引入兰州枢纽后，会引起原有动车运用所的动车组存放及早晚高峰“集发、集进”、检修等能力不足。另外根据《铁路技术管理规程(高速铁路部分)》[2](铁总科技[2014])172号)第286条“进站信号机外制动距离内，进站方向为超过6‰的下坡道，而接车线末端无隔开设备时，禁止办理相对方向同时接车和同方向同时发接列车(仅运行动车组列车的区段除外)”的规定，由于设计中动车走行线仅运行动车组列车，故走行线末端可不设隔开设备。鉴于此，为提高动车走行线的运输效率，提高列车在早晚高峰的追踪，可将兰州西高速场、普速场与动车运用所的走行方式改为列车方式。

图1 兰州西枢纽部分车站布置示意

2 调、列方式优缺点比较

(1)兰州西动车运用所走行线及动车所在调车运行模式下，根据铁路总公司《关于印发<分散自律调度集中系统(CTC)技术条件(暂行修订稿>通知》[3](科技运[2004]15号)文件规定，在非常站控模式下，车站脱离CTC系统控制转为车站传统人工控制模式，办理调车进路要由车站值班员人工操作始终端按钮办理，增加了作业环节；并且使得CTC在分路不良、停电等情况下设备保安全的功能无法实现。

调车运行模式的优点是占用动车走行线时调车信号仍然可以开放，可以向占用线路放行动车组列车，缺点是调车运行模式无法发挥动车组ATP的控车功能[4-5]。

(2)兰州西站动车运用所动车走行线由调车改为列车模式后，可以发挥CTC设备进路自动触发、ATP自动控车等功能优势，提高动车组行车速度和行车的效率，减少作业过程和环节中的人为风险因素[6-7]。

3 运输能力适应性分析

兰州西站近期始发终到动车组为85对/d(其中短途40对/d)，通过为25对/d，合计110对/d。

3.1 调车方式动车组运输能力分析

3.1.1 动车组出段

动车组集中出段时间为早上5：30～7：50，动车运用所至高速场场间线路设有调车信号机，距高速场进站信号D202、D204最近的调车信号距离为1 900 m。已知动车组最高运行速度为40 km/h，运行时间为3 min，起车时间为1 min，连发间隔为4 min，即动车运用所至高速场出段的发车间隔为8 min，可计算出每小时1条动车走行线可运行7.5列，两条线共运行15列动车组。

3.1.2 动车组入段

动车组集中入段时间为晚上21：30～1：00，高速场出站信号机至动车运用所场间线路最近的调车信号为D3001、D3003，最长距离为2836 m。已知动车组最高运行速度为40 km/h，运行时间为4.5 min，起车时间为1 min，连发间隔为4 min，即高速场至动车运用所入段的追踪间隔为9.5 min，可计算出每小时1条动车走行线可运行6列，两条线共运行12列动车组。

3.1.3 动车组图定运行能力分析

兰州西近期始发终到85对/d，高峰小时按15%计算，高峰时段列车数为13列，两条动车走行线每小时出段为15列，可满足能力要求。

兰州西动车运用所设检查库线6条(其中2线兼融冰除雪功能)、存车线25条(另预留12条)，检查库线及存车线有效长均按停放1列16节编组动车组设置。可存动车车底合计31列。动车组入段高峰时间为21：30～1：00，为3.5h，两条线每小时入段12列，3.5h可入段42列。因此近期从兰州西动车运用所存车能力方面分析，晚上入段列车不超过31列，高峰时间入段能力为42列，大于动车运用所存车数31列，入段能力可满足要求。

3.2 列车方式动车组运输能力分析

3.2.1 动车组出段

动车组集中出段时间为早上5：30～7：50，动车走行线按列车方式办理，可在动车走行线上设置区间通过信号机，满足追踪间隔5 min的要求，高峰小时每条动车走行线可运行12列，两条线共运行36列动车组。

3.2.2 动车组入段

动车组集中入段时间为晚上21：30～1：00，动车走行线按列车方式办理，可在动车走行线上设置区间通过信号机，满足追踪间隔6 min的要求，高峰小时每条动车走行线可入段10列，两条线共运行20列动车组。

因此，兰州西动车应用所改造为列车运行模式后，其动车组出、入段能力较调车模式提高较大，再结合增加动车组集中管控系统提高运行效率，可满足远期宝兰、银兰等高铁开通后的列车对数增加，满足兰州西动车应用所动车组出入库的实际运行能力。

4 影响列车模式改造的信号系统关键技术方案

4.1 延续进路设置分析

兰州西动车走行线面向高、普场均为30‰的下坡，运行模式由调车变更为列车后，按照《铁路车站及枢纽设计规范》及《铁路技术管理规程(普速铁路部分)》[8]相关条文规定，“在进站信号机外制动距离内进站方向为超过6‰下坡道的车站，应在正线或到发线的接车方向末端设置安全线”，因此按照规范要求普速场到发线在接车线末端应设置安全线作为隔开进路。

但参照《铁路技术管理规程(高速铁路部分)》(以下简称“技规”)第286条规定：“进站信号机外制动距离内，进站方向为超过6‰的下坡道，而接车线末端无隔开设备时，禁止办理相对方向同时接车和同方向同时发接列车(仅运行动车组列车的区段除外)”，以及该技规的适用范围：“适用于200 km/h及以上的铁路和200 km/h以下仅运行动车组列车的铁路”，由于设计中动车走行线仅运行动车组列车，按照高速铁路技规要求，动车走行线末端可不设隔开设备[6]。

4.1.1 兰州西高速场

高速场与动车所相衔接的动车走行线进站信号机(SD，SDF)外方制动距离内有大于6‰的下坡道，根据《铁路技术管理规程》(铁总科技[2014]172号)第286条及条文解释，动车走行线向高速场方向仅按动车组运行区段设计，不设置延续进路。

4.1.2 兰州西普速场

(1)根据《站内联锁设计规范》(TB10071—2000)第5.5.16条“当进站信号机外方列车制动距离内进站方向为超过6‰下坡道，而在接车方向末端已设有安全线(避难线)的车站，其接车进路的延续进路可通向安全线(避难线)，或当站内平行进路，隔开道岔等足以防止列车冲突的隔开条件，其延续进路可延至安全(适当)处所时，应设下坡道延续进路的结合电路”的要求，进站信号机外方大于6‰下坡道应设置延续进路。

(2)根据《铁路技术管理规程》(铁总科技[2014]172号)[9-10]第286条的条文解释明确说明“……根据有关研究结论，动车组列车在列控车载设备(或列车运行监控装置)、制动系统工作正常的情况下，能保证列车不超、不冒进，列车进站停车时可安全停在规定的区域内，设备正常时无需延续进路起防护作用。因此规定了仅运行动车组列车的区段可不执行上述规定。同时，对仅运行动车组列车的区段，对进站方向为超过6‰下坡道的接车线末端也不再设置延续进路”，故从《铁路技术管理规程》(铁总科技[2014]172号)中动车组先进的列控车载设备和良好制动性能分析[11]，可不设置延续进路。

兰州西普速场为高速动车组、普速客运及货运混合的车场，其设计速度为120 km/h。本次调车改列车工程，与动车走行线衔接的兰州西普速场进站信号机外方SDF有大于6‰的下坡道，若动车运用所至兰州西普速场仅为动车组运行，则不设置延续进路，若动车所至兰州西普速场存在其他非动车组运行的列车进路，则兰州西普速场需设置延续进路。

4.2 动车存车线出站信号机机构选择

兰州西动车所为尽头式车站，其信号设备布置如图2所示，其特点是股道停留单列8节编组或16节编组动车组，且咽喉区长，需增加进路或总出站信号机满足列车运输效率及追踪时分要求，因此在存车线末端设置起阻拦列车作用的列车信号机，股道的发车端信号机的选择与设置应结合咽喉区长短及其衔接的前方是否设置总出站信号机的显示确定[12]。

存车线东咽喉部分股道线间距4.2 m，根据《高速铁路设计规范》(TB10621—2014)[13]第142.4-2要求“动车段(所)出站信号机宜采用《铁路信号设计规范》(TB10007—2017)规定的出站信号机机构，受股道线间距限制时可采用“红、黄、白”三灯位矮型机构，同时，《铁路技术管理规程》第470条“动车段(所)出站信号机”要求采用“HUB”单机构，并未区分前方的信号机显示及状态，且“U灯显示表示准许列车由动车所出发，表示发车进路建立且出站第一离去空闲”，故选择此机构的出站信号机可以满足设置要求，但是，结合信号显示与编码进行分析，若总出站信号机(SZ5)显示U灯及以上状态时，当其衔接信号机间距离大于800 m时，股道设置的“HUB”发车进路信号机显示仅能为“U”列车运行状态，总出站信号机与股道出站信号机显示及地面编码不匹配，存在前方为高码序，后方信号机及编码降级的问题，影响行车效率。

图2 动车运用所信号设备布置示意

根据《铁路信号设计规范》(TB10007—2017)附录D关于动车所出站信号机可采用单机构四灯位信号机，此信号机构是针对线间距不能满足双机构出站信号机设置要求新发布的，该信号机具有“LUHB”5种信号机显示含义，与前方总出站信号机的显示及地面编码完全匹配，但是《铁路技术管理规程》中未对此类信号机进行定义，存在互相冲突的问题。

结合现场实际情况，并结合地面显示与编码一致性，动车存车线出站信号机机构推荐采用单机构四灯位信号机构。

4.3 动车走行线长大坡道列车追踪检算

动车运用所至兰州西高速场、普速场走行线有大于25‰的下坡道，局部坡度达到30‰，为保证动车组在其运行时，不会在L5码区段产生制动(起模)，因此，根据《中国铁路总公司关于明确新建铁路客运专线大于20‰坡道区段列车限速有关问题的通知》“铁总办函[2014]584号”的要求，结合动车所至高速场、普速场距离及信号机设置，存在7个闭塞分区(L5码)区段，因此需车载设备运营商对该区段列车追踪进行检算[14]。

4.3.1 CTCS2-200C检算

铁科院通号所采用CTCS2-200C[15]型列控车载设备进行测试，测试结论如下：速度80 km/h时，在30‰的长大下坡道常用制动距离为2270.7 m，小于138号文规定的常用制动距离，设计的信号布点满足CTCS2-200C型列控车载设备要求，其制动距离检算如表1所示。

表1 CTCS2-200C(CRH5)列控车载设备制动距离检算 m

4.3.2 300H动车检算

北京和利时公司选用其现有的ATP(200H，300S，300H)中制动距离最长的300H动车，速度80 km/h时，在35‰的长大下坡道常用制动距离为957 m，小于138号文规定的常用制动距离，其制动距离检算如表2所示。

4.3.3 CRH380BK检算

北京全路通信信号研究设计院集团有限公司采用的车载设备CTCS3-300T，目前投入运行的车型主要有：CRH2、CRH380A、CRH380AL、CRH3、CRH380B、CRH380BL、CRH380BK、CRH380D，其中车载设备装备最不利(制动距离最长)车型CRH380BK，其对应的测试闭塞分区长度不能满足要求，结合铁路总公司对车载参数优化的文件，采用新版C2软件六段式减速度制动模式计算允许速度300～0 km/h(对应常用制动干预初速度305～0 km/h)所对应的常用及紧急制动距离，在运行速度为80 km/h，30‰下坡道，紧急制动距离为790 m，通过检算并采用优化后的车载参数，均能满足要求,其制动距离如表3所示。

表2 CTCS3-300S适配CRH380B型动车组不同初速度下制动到0 km/h的制动距离 m

表3 CRH380BK型车载设备制动距离 m

因此对于长大坡道地段，尤其是高速区段，应对其闭塞分区设置进行车载设备验算，以保证列车在L5码区段不会产生制动。

5 结语

动车运用所是动车组停靠、整备及检修的重要场所，其早高峰集中出段、晚高峰集中入段决定走行线的追踪效率，其距车站的远近，走行线坡道的陡缓直接影响到相邻车站的信号设备及列控系统的设置[16]，建议后续建设项目应根据动车所走行线距离远近、远期列车对数、坡道大小及衔接站接发列车性质，并结合实际运行效率进行优缺点比选，以确定运输组织方式，避免后期运行模式改变引起投资浪费。