沪杭高速铁路列车间隔时间取值计算与试验分析

张守帅，李 微，卢万胜，高 前

（1.西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 611756；2.成都交通高级技工学校 教学中心，四川 成都 610081；3.中国铁路上海局集团有限公司 运输部，上海 200071)

沪杭高速铁路(上海虹桥—杭州东)是长三角高速铁路网的限制性区段，客流需求旺盛，2020 年6 月该线路列车开行数量达162.5 对/d，为全路高速铁路之最。目前沪杭高速铁路运量与运能的矛盾日渐突出，迫切需要进一步提高线路能力。列车间隔时间是通过能力的关键参数，压缩列车间隔时间可以大幅提高通过能力。沪杭高速铁路在实际运营中采用5 min 追踪间隔，与3 min 的设计目标有很大差距，为此相关专家在列车间隔时间计算的基本原理、影响因素和变化规律等方面展开大量研究，但一直未在运行图中实现3 min 追踪间隔时间。因此，通过对沪杭高速铁路列车间隔时间的限制因素进行分析，结合沪杭高速铁路实际情况，研究各类间隔时间的计算方法并进行理论检算，据此设计追踪试验并分析试验结果，验证可实现的最小间隔时间，研究结果对沪杭高速铁路能力提升具有重要意义。

1 沪杭高速铁路列车间隔时间限制因素分析

列车间隔时间I指列车区间追踪间隔时间I追、列车出发追踪间隔时间I发、列车到达追踪间隔时间I到和列车通过追踪间隔时间I通中的最大者，即I= max {I追，I发，I到，I通}。因此，高速铁路的列车间隔时间取决于全线的I追和沿线所有车站的I发，I到，I通。

影响I追的主要因素，包括线路条件、动车组制动性能、进路办理等附加时间、咽喉区长度、道岔侧向限速、闭塞分区长度、一离去内电分相设置情况等。根据相关研究，高速铁路I追基本能够实现区间3 min 追踪，尤其是沪杭高速铁路的线路条件较好，坡度基本在±10‰以内，各坡段长度均在5 km 以内，车载监控制动距离L制较短，I追取值较小，一般不构成列车间隔时间的限制点。因此，沪杭高速铁路的列车间隔时间主要受限于车站的I发，I到，I通。

沪杭高速铁路的车站，包括两端的上海虹桥站、杭州东站，以及7 个中间站。7 个中间站中，嘉兴南站为4 台8 线，其余6 个中间站均为2 台4线，与上海虹桥高速场的10 台19 线、杭州东站沪杭长场的6 台12 线相比，车站规模小、咽喉短，不会构成沪杭高速铁路列车间隔时间的限制因素。上海虹桥站与杭州东站的车站规模大，咽喉复杂导致进路办理时间长，接发车进路距离长，导致列车出清一离去或关联道岔的时间长，因此这两个大型车站的间隔时间取值较大，是沪杭高速铁路全线列车间隔时间的限制点。同时，上海虹桥站与杭州东站均为华东地区重要的铁路枢纽，途径列车绝大多数都在此折返或停站，基本不存在两列车连续通过车站的情况，因此I通出现的概率较小，反而是折返列车出于转换运行方向的需要，在接车或发车时会横切咽喉，这直接影响到整个车站的接发列车工作，与I发，I到，I通所表述的同方向列车之间的间隔时间不同，此时车站的到达列车与出发列车运行方向相反，但也存在相互干扰，对应的间隔时间分别为列车不同时发到间隔时间τ发到和列车不同时到发间隔时间τ到发，由于τ到发的取值很小，甚至可以为0 或负数，因此也不考虑τ到发的影响。

综上，沪杭高速铁路列车间隔时间主要取决于上海虹桥站和杭州东站两大车站的I发，I到和τ发到，目前运行图技术资料中规定沪杭高速铁路上海虹桥、杭州东站的I发均为5 min，I到均为4 min，τ发到均为7 min，需通过对两站的3 类间隔时间进行理论计算和试验结果分析，以掌握准确的最小间隔时间。

2 沪杭高速铁路列车间隔时间理论计算

2.1 列车间隔时间计算方法

2.1.1I发计算方法

列车出发追踪间隔时间I发指自前行列车由车站发出时起，至由该站同方向再发出另一列车时止的最小间隔时间[1]，包括前行列车从车站出发至出清一离去时间和办理后行列车出发作业时间，列车出发追踪间隔示意图如图1 所示。I发计算公式为

图1 列车出发追踪间隔示意图Fig.1 Schematic diagram of departure headway

若通过写实的方式测算I发时，其由前行列车自信号开放到出清一离去的时间、轮询时间、为后车办理进路和开放信号的时间等构成[2]。

2.1.2 阶梯型限速条件下I到的计算方法

图2 列车到达追踪间隔时间示意图Fig.2 Schematic diagram of arrival headway

阶梯型限速是指在进站前一段距离内有连续的多段限速，且越接近车站限速值越低。阶梯型限速对到达间隔时间的影响如图3 所示，①、②、③分别代表3 段限速，到达列车经过①、②、③所限制的速度值依次递减，该情况为典型的阶梯型限速。若进站前线路存在阶梯型限速，则各段限速中会有1 个限制性的限速区段，其决定了L制取值，进而影响到I到。因此，计算阶梯型限速下I到，首先需要确定哪一段限速为限制性限速[3]。以图3 所示阶梯型限速为例，部分限速高于列车进站控车曲线的速度值，对列车进站过程无影响，如限速区段③；部分限速低于列车进站控车曲线的速度值，对列车进站的速度曲线有影响，如限速区段①、②。限制性限速是距离进站方向最近的有效限速，如图3 中的限速②，车载监控制动距离L制的取值应按限制性限速的值进行检算。显然，这会导致L制的取值变小，进而压缩到达间隔时间[4]。

图3 阶梯型限速对到达间隔时间的影响Fig.3 Effect of stepped speed limit on arrival headway

若通过写实的方式测算I到时，其由前行列车自进站信号机至出清关联道岔的时间、轮询时间、为后车办理进路和开放信号的时间、后车在站外走行至进站信号机的时间等构成[5]。

2.1.3τ发到的计算方法

图4 列车不同时发到间隔时间示意图Fig.4 Schematic diagram of departure-arrival headway between different trains

2.2 上海虹桥及杭州东站站场情况

I到主要取决于列车的制动性能、咽喉区长度、线路坡度、限速等，I发主要取决于列车牵引性能、咽喉区及一离去的长度、线路坡度、限速等，τ发到由于同时涉及到列车出发和到达，I到和I发的影响因素均对τ发到有影响[6]。在列车类型确定的前提下，I发，I到和τ发到主要受上海虹桥站和杭州东站的站场条件限制。

（1）上海虹桥站。上海虹桥站分为高速场和综合场，第1 至19 股道为高速场股道，其中第9 道、10 道为正线；第20 至30 股道为综合场股道。高速场两端分别连接京沪高速铁路(北京南—上海虹桥)和沪杭高速铁路；综合场第20 股道通过联络线与高速场相连，上海虹桥站站场结构如图5 所示。上海虹桥站杭州东方向咽喉区长度为1 075 m，进站前10 km 内的线路较为平缓，坡度均在±5‰以内。此外，由于小半径曲线等影响，上海虹桥站杭州方向进站前线路存在阶梯型限速，依次为自K15+200至K12+100 处 限 速290 km/h，自K12+100 至K2+000 处 限 速220 km/h，自K2+000 至进站信号机处限速160 km/h。

图5 上海虹桥站站场结构图Fig.5 Yard structure diagram of Shanghai Hongqiao Station

（2）杭州东站。杭州东站分为沪杭长场、宁杭甬场和普速场，其中第14 至25 股道为沪杭长场，第19 道、20 道为正线，两端分别连接沪杭高速铁路和沪昆高速铁路(上海虹桥—昆明南)的长沙方向(即与杭州南杭长场相连)，且沪杭长场中第23 道、24 道、25 道不满足沪杭高速铁路的折返条件，杭州东站沪杭长场站场结构如图6 所示。杭州东站沪杭长场的虹桥方向咽喉区长度为841 m，在进站前5 km 内线路坡度以下坡为主，存在-20‰和-14‰等坡度，进站前5 ～ 11 km 线路以上坡或平坡为主。此外，由于小半径曲线等影响，杭州东进站前线路存在阶梯型限速，依次为自K147+600至K151+500 处 限 速260 km/h， 自K151+500 至K154+700 处 限 速170 km/h，自K154+700 至 进 站信号机处限速150 km/h。

图6 杭州东站沪杭长场站场结构Fig.6 Structure diagram of Huhangchang Yard in Hangzhou East Station

2.3 两站列车间隔时间的理论计算

目前沪杭高速铁路上运行的高速列车种类有CR400BF，CRH380A，CRH380B，CRH380BL，CRH380D，CRH2C 重联等，选取CRH380BL 装备CTCS3—300T 列控系统作为列车加速度、列控系统控车曲线的取值依据。

（1）上海虹桥站。根据列车和列控系统的相关参数以及线路条件，计算进站时的车载监控曲线、进出站的速度曲线，据此明确列车间隔时间计算方法中各参数取值，对上海虹桥站列车到达间隔时间I到、列车出发间隔时间I发以及列车不同时发到间隔时间τ发到依次进行分析。

①I到。首先以进站信号机(即K0+078)处作为打靶点，按照车载减速度，反向推算列车的控车曲线与线路最低有效限速的交点为K3+797 处，该点位于K12+100 至K2+000 之间220 km/h 的限速区段内。因此，列车到达间隔时间的走行时间包含3 个部分：一是自K3+797 至K2+000 的走行时间，列车运行速度由220 km/h 降至160 km/h，计算得到该段走行时间为32 s；二是自K2+000 至进站过程的走行时间，列车运行速度由160 km/h降至80 km/h，走行时间为51 s；三是自进站信号机至列车完全进入股道的走行时间，列车运行速度由80 km/h 降至停车标的0 km/h，走行时间为67 s。3 段过程走行时间合计150 s，列车到达作业附加时间按40 s 计，故上海虹桥站列车I到共计190 s。

②I发。自停车标到应答器间列车限速为45 km/h，自应答器到列车尾部出清最后一个道岔限速为80 km/h，考虑到实际中大多数应答器距停车标较近，45 km/h 限速要求基本不会影响列车加速；80 km/h 限速段按照最不利场景考虑，即列车出清一离去后方可提速，列车加速度取0.4 m/s2，列车启动至出清一离去走行距离为2 370 m，计算可得列车出清一离去走行时间为135 s，列车出发作业附加时间按51 s 计，故上海虹桥站列车出发间隔时间I发共计186 s。

③τ发到。假定前行出发列车出清咽喉后，方可为后车办理到达作业，经牵引计算得到前车出清咽喉时间为95 s，后车办理到达进路时间为40 s，后车进站停稳时间为175 s，得到上海虹桥站列车发到间隔时间共计310 s。

（2）杭州东站。同理计算可得，杭州东站进站曲线与MRSP 曲线的交点位于线路K154+027 处，该点位于K151+500 至K154+700 之间170 km/h 的限速区段内。理论计算得到杭州东站I到为164 s；I发为173 s；τ发到为255 s。

3 沪杭高速铁路3 min 追踪运行试验分析

由于实际的列车追踪间隔时间不仅受到线路条件、列车性能等指标的影响，还与司机操纵习惯、轮询时间、进路办理时间、应答器位置等因素密切相关[7]，为了更准确地把握相关因素的影响，更准确地掌握列车进站的运行状态，中国铁路上海局集团有限公司组织实施沪杭高速铁路3 min 追踪运行试验，对沪杭高速铁路上海虹桥站、杭州东站的列车到达间隔时间、列车出发间隔时间、列车不同时发到间隔时间进行试验验证，可通过对其数据分析，掌握实际中沪杭高速铁路可实现的间隔时间。

3.1 试验设计

根据理论检算结果，沪杭高速铁路杭州东站的I到，I发均可实现3 min，τ发到可实现5 min；上海虹桥站的I到，I发略超出 3 min，τ发到超出5 min。由于在理论检算时考虑的均为最不利场景，沪杭高速铁路按照I到，I发为3 min，τ发到为6 min 的标准进行追踪运行试验，试验具体设计如下。

（1）通过接发车时不同股道的组合，全面覆盖最有利、最不利等各种场景，测试杭州东站、上海虹桥站可实现的列车间隔时间，验证理论检算结果。

（2）采 用6 列16 辆 编 组 的CRH380BL 动 车组，装备CTCS3-300T 列控车载设备，以自动触发模式进行进路排列，将CTC 系统轮询时间由30 s改为6 s，以3 列车为1 组进行连续到达和出发、发到间隔的追踪试验，两组列车分别测试杭州东站和上海虹桥站采用分线束、临靠正线及最外侧股道等不同股道运用方案下的列车间隔时间，为后续股道运用方案优化和压缩运行图间隔时间提供依据。

（3）对各环节的具体作业时间进行写实和分析，通过与理论检算的对比，为后续列车间隔时间计算的进一步完善提供基础。

3.2 试验数据分析

试验针对上海虹桥站和杭州东站的3 类间隔时间，在不同股道下进行多次追踪验证，对各环节分别获取多次数据，由于在实际中各环节消耗的时间是在一定范围内随机分布的，研究选取各环节所消耗时间的平均值作为最终取值，从而确定追踪运行试验两站列车到达间隔时间I到、列车出发间隔时间I发以及列车不同时发到间隔时间τ发到结果[8]。

两站列车到达间隔时间中各环节的取值平均处理，得到上海虹桥站及杭州东站列车到达间隔时间分析表如表1 所示。计算可得上海虹桥站I到为177 s，杭州东站I到为156 s。结合理论计算与试验结果数据，可知上海虹桥站和杭州东站的I到均可实现3 min。

表1 上海虹桥站及杭州东站列车到达间隔时间分析表 sTab.1 Analysis of arrival headway at Shanghai Hongqiao Station and Hangzhou East Station

上海虹桥站及杭州东站列车出发间隔时间分析表如表2 所示，计算可得上海虹桥站I发为162 s，杭州东站I发为161 s。结合理论计算与试验结果数据，可知上海虹桥站和杭州东站的I发均可实现3 min。

表2 上海虹桥站及杭州东站列车出发间隔时间分析表 sTab.2 Analysis of departure headway at Shanghai Hongqiao Station and Hangzhou East Station

τ发到包括前车从信号开放到列车出清股道的时间、从出清股道到出清关联道岔时间、轮询时间、为后车办理进路和开放信号时间、后车到达进站信号机的时间、后车从进站信号机到停稳时间等，上海虹桥站及杭州东站列车发到间隔时间分析表如表3 所示。计算可得上海虹桥站τ发到为346 s，杭州东站τ发到为315 s。结合理论计算与试验结果数据，可知上海虹桥站和杭州东站的τ发到均可实现6 min。

表3 上海虹桥站及杭州东站列车发到间隔时间分析表 sTab.3 Analysis of departure-arrival headway at Shanghai Hongqiao Station and Hangzhou East Station

通过将试验数据与理论计算数据的对比分析发现，理论计算与试验数据的主要误差体现在列车走行时间和进路办理时间2 个方面。以上海虹桥站为例，理论计算的列车走行时间均小于实际列车走行时间，其误差在1 ～ 32 s 之间，说明实际列车在出站时并非以最大加速度行驶、进站时并非完全贴线运行，导致走行时间更长；理论计算的进路办理时间均大于实际进路办理时间，误差在11 ～ 32 s之间，说明理论计算的取值偏大，一是由于理论计算需考虑通信传输产生延时、扳动道岔组最多等最不利条件时取值，二是由于试验将CTC 系统的轮询时间由30 s 压缩至6 s。

4 结束语

结合理论检算与试验分析，沪杭高速铁路上海虹桥站和杭州东站的列车到达、出发间隔时间均可实现3 min，列车不同时发到间隔时间可实现6 min，这为我国高速铁路首次实现3 min 追踪提供支撑。2020 年7 月1 日运行图调整中，沪杭高速铁路首次开行3 min 追踪的列车，新增开列车2对；2021 年6 月25 日运行图调整中，沪杭高速铁路又首次实现连续3 列车以3 min 间隔连发，为世界300 km/h 速度级高速铁路的最大追踪密度。后续应逐步探索压缩京沪高速铁路等繁忙干线的追踪间隔，进一步释放线路通过能力，为铁路和社会带来更大的社会经济效益。