高速客运站咽喉区道岔型号选用的研究.doc

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）摘 要：城际铁路客运站咽喉区可选用12号或18号单开道岔，论文从接车时间的不同、满足3min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了研究，提出了城际铁路客运站道岔型号选用的意见。关键词：城际铁路；客运站；道岔选型1 前言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140200km/h之间，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15m处的距离。图1 客站咽喉一个接车进路的长度组成图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。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。下：表1 CRH2型动车组湿轨下制动减速度计算式制动指令速 度/(km/h)070701181183501N(m/s2)0.1667(m/s2)-0.0005787V(km/h)0.2072(m/s2)-0.0003185V(km/h)0.17654N(m/s2)0.4583(m/s2)-0.0016782V(km/h)0.5758(m/s2)-0.0008493V(km/h)0.47807级制动时，CRH2型动车组湿轨状态减速度值（加上风阻）如下见表：2。表2 CRH2型动车组湿轨状态制动减速度值速度减速度速度减速度速度减速度速度减速度速度减速度km/hm/s2km/hm/s2km/hm/s2km/hm/s2km/hm/s200.755700.7651400.6272100.552800.49550.756750.7531450.6152150.5452850.492100.756800.7411500.6092200.5412900.489150.757850.7291550.6032250.5372950.485200.757900.7171600.5982300.5333000.482250.758950.7051650.5932350.5283050.479300.7581000.6931700.5882400.5253100.476350.7591050.6811750.5832450.5213150.473400.761100.6691800.5782500.5173200.47450.7611150.6581850.5732550.5133250.468500.7611200.6481900.5682600.5093300.465550.7621250.6431950.5632650.5063350.466600.7631300.6382000.5592700.5023400.463650.7641350.6322050.5542750.4993450.46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0.17m/s2，4级制动时约为0.46m/s2，7级制动时约为0.75m/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300km/h减速至进站信号机前80km/h或45km/h的制动时间分别为：二者时间差为： (19.4412.50)0.45832.7780.45 21.3 (s)列车在80km/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，后续某运行区段段减速度采用一个平均减速度代替，则上式可以简化为：t （V80V50）/(22.2212.50) 0.4521.6(s)同理，1级制动条件下该时差约为57秒s，7级制动条件下约为12.8秒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t与区间行车速度v1无关，只与成反比关系，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45km/h（12.50m/s），采用18号道岔侧向通过速度V2为80km/h（22.22m/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如下见表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表车站规模咽喉区长度（/m）差值(/m)比例18号岔12号岔2台4线4132911221.422台6线7724932791.573台7线9106272831.455台9线9706563141.488台15线9276223051.4910台19线12878324551.55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0.1573 S小/V小0.0126 S小（秒s）当S小在常见的300m800m之间时，通过时间差在3.8秒10秒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。城际铁路车站到发线有效长有650m、450m或者400m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。t3t3t3” S3/V2V2/上式中S3 S3 S3” S3 V22/2，因此t3(S3 V22/2)/V2V2/情况2：制动起点未到警冲标，t3(2S3/)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对比分析见下表：4。表4 不同到发线有效长走行时间t3对比表（单位：秒s）到发线有效长400m450m650m警冲标至停站距离290m340m540m0.7 m/s212号岔30.834.448.818号岔28.831.240.2差值(s)2.03.28.60.6 m/s212号岔32.536.150.518号岔31.133.742.8差值(s)1.42.47.60.5 m/s212号岔34.838.452.818号岔34.136.946.5差值(s)0.71.56.20.4 m/s212号岔38.241.856.218号岔38.141.252.0差值(s)0.20.64.30.3 m/s212号岔44.047.662.018号岔44.047.660.0差值(s)0.00.02.0从表4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tt1t2t3，因此采用12号道岔较采用18号道岔需要增加接车时间tt1t2t3。由于t2受车站规模影响较小，分别选取S小=300m、500m和800m三种情况进行计算，得到的总接车时间差见表5。表5 采用12号道岔与18号道岔接车时间差对比表（单位：s）减速度（m/s2）咽喉区长度S小（/m）到发线有效长（/m）4004506500.730020 21 26 50022 23 29 80026 27 33 0.630021 22 28 50024 25 30 80028 29 34 0.530024 25 29 50026 27 32 80030 31 36 0.430028 29 32 50031 31 35 80035 35 39 0.330036 36 38 50039 39 41 80042 42 44 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0.5m/ s2。在咽喉区长度约300m、制动减速度大于0.5 m/s2的情况下，该时间差值小于25秒s。表6 CRH6-A型城际动车组制动性能对照表动车组类型最高速度/（km/ h）制动距离（/m）最大常用制动/（m/ s2）紧急制动/（m/ s2）CRH6-A型20014001.120.9CRH6-B型1608501.213.2 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四种情况（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200km/h（55.6m/s），12号道岔侧向限速45km/h（12.5m/s）；列车长度200m，到发线有效长450m；区间及站内线路均为平直道；闭塞分区长度为2000m，邻近车站的闭塞分区长度为1200m和1500m；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0.66m/s2；车站办理列车到达作业时间为15s；司机确认车载设备信号显示时间为10s；车站自动排列发车进路时间或自动排列接车进路时间为8s；车载设备接收信号应变时间为2.2s；车站设备启动制动系统延迟时间为0.5s。图4 最小追踪间隔时间示意图列车到达追踪追踪间隔时间可按下式确定：I到到t作业（0.5l列l分区l”分区l进）v均t作业t匀速t减速t匀速t减速其中：t作业152.20.527.7s；（0.5l列l分区l”分区）100150012002800m；进站信号机前制动减速时间t减速（55.6-12.5）0.6665.3s，该段运行距离l制0.5（55.612.5）65.32224m；制动减速前的匀速运行时间t匀速（2800-2224）55.6=10.4s；列车停靠站台过程中，速度从45km/h减速至零时间t减速12.50.6619s，该段运行距离0.50.66192119m；进站信号机至制动减速前的匀速运行时间t匀速（l进-119）12.5。因此，I到到27.710.465.3（l进-119）12.519l进/12.5112.9如果要满足3分钟最小追踪间隔的要求，则需I到到180s，即l进837.5m，对应的咽喉区长度为837.5-450/2612.5m。由于采用12号道岔布置的一般中间站咽喉区长度在400m以内，因此可以满足3分钟最小追踪间隔的要求。3.3 旅客舒适性对比（表7）旅客列车以80km/h侧向通过18号道岔，乘客感受到的离心加速度为0.449ms2，加速度时变率为0.55ms3；旅客列车以45km/h的速度侧向通过使用12号岔，离心加速度为0.446ms2，加速度时变率0.310ms2，稍优于均优于18号道岔。表7 12号道岔与18号道岔旅客舒适性指标对比表对照参数单位18号道岔12号道岔导曲线半径r/ mm1100350侧向通过速度v/ msms22.2212.50离心加速度/ ms2ms20.4490.446加速度时变率/ ms3ms30.550.3103.3 投资影响分析（1）投资成本单组道岔综合安装造价，18号无砟道岔约370万元， 12号无砟道岔约180万元，铺设1组12号道岔较18号节省约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25s以内，可满足3min追踪时间间隔要求，动车以45km/h侧向通过12号道岔比以80km/h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号也是可行的，特别是城际铁路伸入市区时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、车站布置是非常有利的。参考文献：文献请按格式要求补