京张高铁车站出站信号机设置方案优化研究

李红侠,王东方

(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)

1 概述

随着我国社会经济的快速发展，通过大规模建设高速铁路、运营高速列车，我国铁路进入以高速铁路交通系统作为核心运输方式的时代，高速铁路已为人们中短途出行提供了首选的快捷出行方式。高铁车站出站信号机的设置与列车长度、站台长度以及股道有效长等因素有关，高铁车站出站信号机的设置优化可以在一定程度上改善运输条件、提高运输效率。

TB10621-2014《高速铁路设计规范》2015年2月1日实施[1]，该规范第3.2.5条“到发线有效长度应采用650 m”，规范中到发线有效长度采用650 m主要考虑了3个因素：站台长度、安全防护距离、警冲标至绝缘节的距离。

站台长度：根据最大编组要求，确定16辆编组时站台长度为450 m；

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；

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计算为：16辆编组时(5+95)m×2+450 m=650 m，其中站台长度即是到发线有效停车长度为450 m；站台长度：根据列车最大编组要求，确定站台长度450 m是按CRH1型动车最大编组辆数为16辆考虑，列车总长度为2×214 m=428 m，取430 m，另每侧考虑10 m的停车余量。双方向使用到发线有效长度为线路一端的警冲标至另一端的警冲标的距离，或线路一端的警冲标至另一端有效长计算点的距离，或线路一端的有效长计算点至另一端有效长计算点的距离。

“复兴号”动车组自2017年6月26日投入运营以来，以其良好的乘车体验广受旅客欢迎，“复兴号”动车组有8辆和16辆两种车型，编组为8辆的运力仅为576人，在春运、暑运以及其他节假日等高峰期，铁路部门将2列8辆编组“复兴号”重联运行或者采用每列16辆长编组“复兴号”动车组(每列16辆长编组定员达到1193人)，以增加运力。长编组“复兴号”动车组除在京沪高铁运行外，还安排在京广高铁、沪昆高铁等线路上开行。自“复兴号”动车组运营以来，热门线路、长大干线特别是京沪高铁的客流一直持续增长，原有的2列8辆编组“复兴号”重联或者16辆长编动车组的定员一定程度上已经不太能满足高峰时旅客出行的需要。面对新的铁路运输需求，相关部门研制出了超长版17辆编组“复兴号”动车组；相对16辆编组只增加1节是综合考虑到国内高铁站台长度一般为450 m(对应股道有效长为650 m)以及动车段、动车所的检修库线限制，在不增加站台长度的情况下，增加到17辆编组(每列定员达到1283人)，超长版“复兴号”动车组采用17辆编组。因此，目前我国研制的时速350 km“复兴号”动车组有8辆编组、16辆长编组、和17辆长编组(CR400AF-B)三个版本，8辆编组重连、16辆长编组和17辆长编组的列车长度分别是417.6，411.3，439.9 m。

2 高铁出站信号机设置相关要求以及优化到发线有效长研究试验情况

2.1 相关设计规范中出站信号机设置要求

京张高铁出站信号机设置执行的规范有TB 10007—2017《铁路信号设计规范》[2]和TB 10621—2014《高速铁路设计规范》[1]，以下为两个相关设计规范的相关规定。

(1)TB 10007—2017《铁路信号设计规范》[2]中出站信号机设置原则

发车线发车方向末端为对向道岔时，出站信号机设置于对向道岔尖轨尖端外方；发车线发车方向末端为顺向道岔时，出站信号机设置于顺向道岔警冲标内方，无动车组运行时设置于距警冲标沿线路方向不小于3.5 m处；有动车组运行时设置于距警冲标沿线路方向不小于5 m处。

(2)TB 10621—2014《高速铁路设计规范》[1]中出站信号机设置规定

有高速列车通过的车站出站信号机宜设在距警冲标不小于55 m或距最近的对向道岔尖轨尖端不小于50 m的位置，应答器组设于距出站信号机20～30 m处，高速铁路出站信号机及应答器设置如图1所示(尽头式车站出站信号机应设置在距警冲标不小于5 m的位置或临近的对向道岔岔前轨缝处)。

一般高速铁路中间站出站信号机设计执行以上两本规范，出站信号机宜设在距警冲标不小于55 m或距最近的对向道岔尖轨尖端不小于50 m的位置，应答器组设于距出站信号机20～30 m处。

2.2 高铁优化到发线有效长试验情况[3]

京沈高铁优化到发线有效长[3]研究试验是为适应我国高速铁路新形势下发展需求、满足中国铁路“走出去”战略实施要求而开展的一项综合试验项目，目标是在仅开行16 辆编组动车组条件下，对到发线有效长进行优化以及在650 m 到发线有效长条件下[4]满足开行更长编组动车组需求的研究试验。

TB 10621—2014《高速铁路设计规范》[1]中双方向使用的到发线有效长度为线路一端的警冲标至另一端的警冲标距离，或线路一端的警冲标至另一端有效长计算点的距离，或线路一端的有效长计算点至另一端有效长计算点的距离，如图2所示(NBP：常用制动模式曲线)[4]。

图2 到发线有效长度(650 m)与常用制动曲线(单位：m)

按照原铁道部关于印发铁运[2012]211号《CTCS-3级列控车载设备技术规范(暂行)》的通知[5]第7.4.3.2条规定CTCS-2级模式站内需要考虑最大60 m的安全防护距离(计算停车点至出站信号机绝缘节之间的距离L2)，车载设备制动曲线原理如图3所示。

图3 车载设备制动曲线原理

目前各列控车载厂商都进行了安全防护距离(最大60 m)的优化，优化后不大于40 m。安全防护距离缩短后停车标与目标停车点间距离增大，便于司机操控列车。

从图2、图3可以看出，高速列车是以出站信号机处的轨道电路边界作为目标靶点进站停车的，需要的安全保护距离在出站信号机外方已考虑，信号机与停车点之间有L2(最大60 m)的安全防护距离，防止列车冒进信号机；信号机与警冲标之间距离55 m，其中过走防护距离50 m，是对列车制动部分失效或钢轨黏着不足进行的防护，在接车过程中不检查其空闲，没有充分利用过走防护距离。

京沈高铁优化到发线有效长试验[3]主要是将安全防护与过走防护这两个距离的功能进行优化研究的试验。

试验设计方案为：侧线出站信号机设于距顺向道岔警冲标5 m 或对向道岔尖轨尖端基本轨缝处，出站应答器组设于距出站信号机65 m处(与客货共线铁路、城际铁路设置方式保持一致)；对应每架侧线出站信号机外方各增加设置1个60 m 长分割区段，如图4所示。

图4 优化到发线有效长车站出站信号机及应答器设置示意(单位：m)

优化到发线有效长试验主要包括：通过调整出站信号机、应答器组与警冲标的相对位置，在开行16辆编组动车组条件下，到发线有效长可由650 m优化为600 m；到发线两端增设分割区段，增加了H码防冒进及防绝缘破损的功能，进一步提高了高速铁路的安全性。该优化方案方便了司机操纵，有利于减少停车附加时分[6]。该试验结论可为完善高速铁路设计规范中关于到发线有效长和出站信号机设置等规定提供技术依据。

2.3 高速铁路车站出站信号机设计应用情况[7-8]

京沪高铁[9-10]和沪宁城际[11]的车站出站信号机距警冲标间距按照不宜小于30 m(困难条件下不得小于20 m)的设计原则，除京沪高铁和沪宁城际外，其他2018年前开通运营的高速铁路车站出站信号机距警冲标距离大多数按照55 m设计，与TB10621—2014《高速铁路设计规范》的规定一致。

2.4 17辆长编组“复兴号”动车组在京沪高铁的运用情况

结合其他高铁运营中反映车站接车停车附加时分过长，影响运行时分的问题，2011年开通的京沪高铁[12]针对车站到发线站场设计情况，按照出站信号机与警冲标间距不宜小于30 m进行了部分车站出站信号机设置的优化设计，既满足动车组能够按照图定运行时分要求完整接入股道停车，同时也能保证车站信号平面布置具有一定安全余量的技术要求。17辆超长版时速350 km“复兴号”动车组已于2019年1月正式亮相京沪高铁，并安全运营至今。

3 京张高铁与出站信号机设置相关的工程情况

京张高铁起自北京北站，西迄张家口站，新建京张高铁(含延庆支线)共设车站11个，新建崇礼铁路设太子城车站1座。京张高铁是支撑成功举办2022年冬奥会的交通保障线、是促进京津冀一体化发展的经济服务线、是传承京张铁路百年历史的文化线、是全面展示中国铁路建设尤其是中国高铁建设成果的示范线、是落实“一带一路”倡议引领中国高铁走出去的政治使命线。

京张高铁(含崇礼铁路，下同)主要技术标准中明确到发线有效长度为650 m，全线采用CTCS-3级兼容CTCS-2级的列控系统。

北京北站、延庆站站台长度为450 m；清河站、昌平站站台长度为550 m；沙河站不办理客运，未设置旅客站台；京张高铁以及崇礼铁路其他车站站台长度为450 m(张家口高速场与普速场共用的站台为550 m)。北京北站、延庆站为尽头车站，且延庆站考虑既有S2内燃动车组上线，出站信号机距警冲标需按5 m设置；清河站、沙河站、昌平站考虑普速车上线运行，出站信号机距警冲标也需按5 m设置；但根据京张高铁相关工程情况，结合京张高铁的建设意义以及开行17辆“复兴号”长编组的工程预留等因素，需要对八达岭长城站、东花园北站、怀来站、下花园北站、宣化北站、张家口高速场以及太子城站7个车站的出站信号机的设计方案进行进一步优化研究。

4 京张高铁车站出站信号机设置及适应性分析[13]

根据TB 10007—2017《铁路信号设计规范》[2]和TB 10621—2014《高速铁路设计规范》[1]，结合京沈高铁[3]优化到发线有效长试验以及17辆长编组“复兴号”动车组在京沪高铁的运用情况，京张高铁八达岭长城站、东花园北站、怀来站、下花园北站、宣化北站、张家口高速场以及太子城站7个车站出站信号机的设置通过对以下4个方案进行比选确定，方案如下。

(1)方案1：根据TB 10621-2014《高速铁路设计规范》[1]要求，出站信号机设置在距警冲标55 m或距最近的对向道岔尖轨尖端50 m的位置。

(2)方案2：参考京沪高铁出站信号机设置方案，到发线股道以及邻近高站台的正线股道出站信号机距警冲标按30 m设置，正线出站信号机按照《高速铁路设计规范》设置在距警冲标55 m或距最近的对向道岔尖轨尖端50 m的位置。

(3)方案3：参考京沪高铁出站信号机设置方案，到发线出站信号机距警冲标按30 m设置，正线股道出站信号机距警冲标也按30 m设置(即到发线和正线出站信号机对齐设置)。

(4)方案4：参考京沈优化到发线有效长试验方案[3]，到发线出站信号机距警冲标按5 m设置，到发线出站应答器组距相应出站信号机按65 m设置，对应每架出站信号机外方设置1个60 m长的分割区段(图4)；正线出站信号机以及相应应答器组根据现行规范设置。

4个方案比选如下。

方案一中出站信号机的设置满足现行规范要求，但是司机停车困难，对司机停车要求较高，接车停车附加时分长。该方案是目前高速铁路车站出站信号机普遍采用的设置方案，但不满足开行17辆“复兴号”编组动车组的要求。

方案2和方案3比方案1更有利于司机操控，方便司机对标停车[14]，有条件时，优先采用方案3，即同一咽喉出站信号机设置对齐设置。按照方案2，对于16辆编组的动车组，在京沪高铁运营效果良好，而对于开行17辆编组“复兴号”动车组也已安全运营了一段时间。对于正在建设中的高速铁路项目，在土建工程已实施、信号系统工程尚未实施的情况下，建议采用方案2以及方案3，均为以后运行17辆“复兴号”长编组动车组预留了行车条件[15-16]。但是，方案2到发线出站信号机以及方案3正线和到发线出站信号机距相应警冲标的距离与现行TB 10621—2014《高速铁路设计规范》不符，需要专项批复后才能实施。与方案3相比，方案2还更适用于既有高速铁路线路为了开行更长编组动车组需要进行信号设备[17]布置改造的情况，在既有高速铁路线路不便于施工和调试测试的情况下，可采取这个仅移设到发线出站信号机和相关应答器组[18]，不增设分割区段的设计方案。京张高铁通过专项批复后采用方案3：正线和到发线出站信号机距警冲标距离均按30 m设置(即到发线和正线出站信号机对齐设置)。

对于方案4，京沈优化到发线有效长试验方案通过试验评审。每侧线股道增加设置2个60 m长的分割轨道电路区段，增加了H码防冒进及防绝缘破损的功能，进一步提高了高速铁路的安全性。按照优化调整后的到发线设备布置方案，可实现到发线有效长度的充分利用，进一步优化司机操纵，对标[10]更方便、顺畅，对减少停车附加时分有一定帮助；满足开行17辆编组动车组的要求；该建议方案是对现行技术方案的重大优化，满足未来开行更长编组动车组的运用需求；如仅开行16辆编组动车组，到发线有效长可由650 m优化为600 m，有利于征地拆迁、节能环保和降低工程造价；新建项目将增加的到发线分割区段纳入联锁逻辑检查，对防止侧面冲突有一定的作用。方案4可为完善高速铁路设计规范[1]中关于到发线有效长和出站信号机设置等规定提供技术依据，但需要尽快完善高速铁路设计规范中关于到发线有效长和出站信号机设置，具备工程应用条件。方案4适用于新建高速铁路线路一次设计实施到位的情况。

5 结语

高速铁路的车站出站信号机设置除需要考虑现行规范[1-2]要求外，还需要结合工程情况、新技术发展、新装备应用等情况进行具体分析。对于新建高速铁路项目，推荐优先采用方案四，也可采用方案3；对于土建工程已实施、信号系统工程尚未实施的高速铁路，建议采用方案2或方案3；方案2更适用于既有高速铁路线路为了开行更长编组动车组需要进行信号设备布置改造的情况，在既有高速铁路[19-20]线路不便于施工和调试测试的情况下。对于具体的高速铁路车站出站信号机设置方案，在实施中还需考虑方案的合规性[15-16]。综上所述，通过京张高铁车站出站信号机设置的研究分析[13]，对于进一步提高京张高铁的安全性，实现到发线有效长的充分利用，进一步优化司机操纵，减少停车附加时分，提高工程经济性等具有重要的作用，并希望通过这种设计方案优化分析研究，为类似工程项目建设提供参考价值和借鉴。