張小剛

（中國鐵路武漢局集團(tuán)有限公司，武漢 430064）

1 概述

近十年，國內(nèi)高速鐵路建設(shè)進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的階段，不僅成為高效連接沿海發(fā)達(dá)城市間的紐帶，更是逐漸貫穿于西部高原、山區(qū)之中。由于西南部地區(qū)多丘陵、山地，地勢起伏較大，高鐵線路的修建不可避免的存在長大坡道的情況。在連續(xù)長大坡道區(qū)段，閉塞分區(qū)劃分已不是傳統(tǒng)意義上的牽引計(jì)算設(shè)計(jì)，而是既要滿足CTCS-2（簡稱C2）級、CTCS-3（簡稱C3）級列控系統(tǒng)控車要求，又要兼顧C(jī)3結(jié)合軌道電路信息防護(hù)的要求；在滿足列車追蹤間隔時間要求的同時，還要結(jié)合車站管轄范圍、集中區(qū)分界、分相區(qū)位置、電纜走線等綜合因素，這些都大大提高了高速鐵路列車牽引計(jì)算的難度，對閉塞分區(qū)劃分的合理性提出了更高的要求，也突顯了高速鐵路連續(xù)長大坡道閉塞分區(qū)與列控系統(tǒng)相匹配的重要性。

2 實(shí)例分析

鄭萬高鐵是國內(nèi)“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)中的重要組成部分，位于河南、湖北、重慶三省市境內(nèi)，在東端與京廣客專、徐蘭客專相連，西端與成渝客專、渝萬鐵路和規(guī)劃的渝昆鐵路相接，是西南地區(qū)與中原、華北地區(qū)便捷快速通道，對完善西南地區(qū)快速客運(yùn)網(wǎng)具有重要意義。武漢局管轄范圍內(nèi)的湖北段襄陽東至巴東北線路長度約192 km，設(shè)計(jì)速度為350 km/h，受地形條件限制，線路坡度起伏較大，存在多處連續(xù)長大坡道。

2021年底在該項(xiàng)目集成單位對鄭萬高鐵湖北段進(jìn)行室內(nèi)集成測試時，按照《CTCS-3級ATP行車許可結(jié)合軌道電路信息暫行技術(shù)條件》（鐵總工電[2018]18）規(guī)則，在 L3、L2、L、LU碼下C3結(jié)合C2低頻碼、側(cè)向接車等情況，對設(shè)計(jì)單位提供的閉塞分區(qū)劃分結(jié)果進(jìn)行綜合檢算，發(fā)現(xiàn)上行C3截短68處，其中速度不同程度突降35處（湖北段26處，重慶段9處）；下行C3截短42處，其中速度不同程度突降21處（湖北段15處，重慶段6處）。全線最困難地段為上行巴東北至興山，當(dāng)興山站S2LQ(5748G)區(qū)段占用時，列車由L4碼(6016G)運(yùn)行至L3碼(5998G)，C3級行車許可長度為25 025 m，而L3碼軌道電路信息許可長度為19 200 m，導(dǎo)致 C3級列控車載設(shè)備行車許可終點(diǎn)位置（EoA）縮短5 825 m，車載輸出最大常用制動，嚴(yán)重影響列車正常高速運(yùn)行。

針對發(fā)現(xiàn)的問題，從地形地勢、工程設(shè)計(jì)的列車運(yùn)行速度曲線及閉塞分區(qū)劃分等多方面進(jìn)行分析，首先發(fā)現(xiàn)鄭萬高鐵湖北段線路存在多處連續(xù)長大下坡道，超過20‰下坡道共有15處，其中30‰下坡道共7處，最長處達(dá)14 502 m，上行線主要集中在巴東北、興山、神農(nóng)架，下行線主要集中在神農(nóng)架、巴東北站附近；其次，工程設(shè)計(jì)單位未掌握車載列車控制模型，僅考慮長大下坡道列車制動距離的需要，將閉塞分區(qū)長度設(shè)置得過長，最長達(dá)到了5.75 km；再次，工程設(shè)計(jì)單位在閉塞分區(qū)劃分時，未考慮鐵總工電[2018]18號文件的相關(guān)要求，最終導(dǎo)致在工程聯(lián)調(diào)聯(lián)試前暴露出工程設(shè)計(jì)的重大疏漏。后經(jīng)項(xiàng)目集成單位及時組織本單位設(shè)計(jì)、研發(fā)、測試等相關(guān)專業(yè)的專家進(jìn)行分析研究，對全線閉塞分區(qū)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)正向在C3級控車時速度控制不會發(fā)生突降變化，進(jìn)一步證明準(zhǔn)確、合理的閉塞分區(qū)劃分可以有效避免C3級控車模式下列車運(yùn)行速度突降的現(xiàn)象，保證列車安全高速運(yùn)行。

3 C2/C3級列控系統(tǒng)閉塞分區(qū)劃分研究

鄭萬高鐵閉塞分區(qū)劃分設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，為今后存在長大坡道的高鐵項(xiàng)目設(shè)計(jì)提出了警示。在遵循以往高速鐵路閉塞分區(qū)劃分的原則基礎(chǔ)上，長大坡道閉塞分區(qū)劃分還要兼顧《鐵總關(guān)于明確新建鐵路客運(yùn)專線大于20‰坡道區(qū)段列車限速有關(guān)問題的通知》（鐵總辦函[2014]584號）和《CTCS-3級ATP行車許可結(jié)合軌道電路信息暫行技術(shù)條件》（鐵總工電[2018]18號）的相關(guān)要求。現(xiàn)對C2級和C3級列控系統(tǒng)下閉塞分區(qū)劃分的計(jì)算方法進(jìn)行研究、對比。

3.1 C2級列控系統(tǒng)下

《關(guān)于明確新建鐵路客運(yùn)專線大于20‰坡道區(qū)段列車限速有關(guān)問題的通知》（鐵總辦函[2014]584號）要求“具有長大坡道工程特點(diǎn)的在建項(xiàng)目原則上在長大坡道上采用不限速方案”，即在C2級控車模式下，列車追蹤碼序L4碼、L3碼、L2碼、L碼、LU碼、U碼和HU碼所在閉塞分區(qū)長度之和應(yīng)大于或等于列控監(jiān)控模式曲線制動距離及列車安全防護(hù)距離之和，保證列車以規(guī)定速度正常運(yùn)行，如圖1所示。

同時，在C2級列控系統(tǒng)下，列車運(yùn)行在CSM區(qū)段，當(dāng)距離TSM區(qū)段500 m時，列控車載設(shè)備會輸出語音提示“控制速度”，如圖2所示。因此，在進(jìn)行閉塞分區(qū)劃分時，任何連續(xù)7個閉塞分區(qū)總長度還應(yīng)包含 500 m 報(bào)警距離，即L7個閉塞分區(qū)之和≥L制動距離+L安全防護(hù)距離+500 m，以避免列車在高速運(yùn)行中突然出現(xiàn)語音提示，影響司機(jī)正常駕駛。

C2級列控系統(tǒng)下，列車常用制動距離是決定閉塞分區(qū)長度的關(guān)鍵因素，列車牽引計(jì)算應(yīng)結(jié)合車載ATP生成的制動控車模式曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高制動距離計(jì)算的精準(zhǔn)度。而不同列控設(shè)備廠家的制動控車模型設(shè)置有所差別，需選用最不利車型和車載列控參數(shù)進(jìn)行制動距離計(jì)算。以下依據(jù)CRH380B型動車組采用300T車載列控系統(tǒng)的常用制動模式曲線，計(jì)算不同坡度的列車制動距離和閉塞分區(qū)平均長度如表1所示，可以看出在連續(xù)長大下坡道地段列車制動距離明顯增大，閉塞分區(qū)平均長度也隨之大幅增長。在實(shí)際進(jìn)行閉塞分區(qū)劃分時，應(yīng)具體結(jié)合任意7個閉塞分區(qū)總長度內(nèi)不同坡度、不同運(yùn)行速度所對應(yīng)的制動減速度進(jìn)行制動距離的綜合計(jì)算。

表1 不同坡度的列車制動距離和閉塞分區(qū)平均長度Tab.1 Train braking distance and the average length of block sections for different gradients

3.2 C3級列控系統(tǒng)下

C3級列控系統(tǒng)中，閉塞分區(qū)劃分應(yīng)滿足其后備系統(tǒng)（C2級列控系統(tǒng)）運(yùn)行時的要求，同時《CTCS-3級ATP行車許可結(jié)合軌道電路信息暫行技術(shù)條件》（鐵總工電[2018]18號）要求“軌道電路信息碼為L3 、L2、 L 、LU的處理，若C3級的行車許可終點(diǎn)位置(EoA)大于軌道電路信息許可終點(diǎn)，并持續(xù)5 s，則C3級列控車載設(shè)備將行車許可終點(diǎn)位置(EoA)縮短至軌道電路信息許可終點(diǎn)處”， 即不同軌道電路信息碼下，相應(yīng)閉塞分區(qū)總長度應(yīng)不大于理論計(jì)算的軌道電路信息許可長度。公式計(jì)算軌道電路信息許可長度如表2所示。

表2 軌道電路信息許可長度Tab.2 MA length of track circuit codes

閉塞分區(qū)平均長度根據(jù)相應(yīng)C3級行車許可范圍內(nèi)的平均坡度定義如表3所示。

表3 閉塞分區(qū)平均長度定義Tab.3 Definition of the average length of block sections

C3級行車許可范圍內(nèi)的平均坡度計(jì)算如公式（1）所示：

其中：G′為計(jì)算得出的平均坡度；Gn為每段坡度的坡度值，若大于0‰坡度則取值為0‰；Ln為每段坡度的長度值。

以如圖3所示鄭萬高鐵上行線巴東北至興山區(qū)段為例，當(dāng)列車目標(biāo)停車點(diǎn)為興山站正線出站信號機(jī)SII時，軌道電路信息L3碼（6016→興山SII）對應(yīng)的C3級行車許可長度為22 758 m；計(jì)算平均坡度為-20‰，對應(yīng)閉塞分區(qū)平均長度取值2 400 m，計(jì)算軌道電路信息許可長度為19 200 m，相比較C3級列控車載行車許可終點(diǎn)位置 (EoA)將縮短 3 558 m。

進(jìn)一步分析，當(dāng)列車目標(biāo)停車點(diǎn)為興山站側(cè)向股道出站信號機(jī)SIII時，由于興山S的軌道信息為UUS碼， L3碼對應(yīng)C3級行車許可長度由6個閉塞分區(qū)變?yōu)?個閉塞分區(qū)（6034→興山SIII），長度為24 558 m，如圖4所示；計(jì)算平均坡度為-19‰，對應(yīng)閉塞分區(qū)平均長度取值2 400 m，計(jì)算軌道電路信息許可長度為19 200 m，相比較C3級列控車載行車許可終點(diǎn)位置(EoA)將縮短5 358 m。

通過以上鄭萬高鐵上行線興山SII、SIII對應(yīng)的L3碼行車許可長度的計(jì)算比較，列車側(cè)向進(jìn)站停車時對應(yīng)的L3碼行車許可長度最長，在同一平均坡度等級下行車許可終點(diǎn)截短距離最長，閉塞分區(qū)劃分時應(yīng)作為最不利情況考慮。

3.3 對比分析

參考圖3、4困難地段的C3級行車許可長度計(jì)算，為滿足18號文要求，軌道電路信息L3碼對應(yīng)的行車許可長度所包含的6個/7個閉塞分區(qū)長度需要相應(yīng)縮短，而圖中 5 700 m、5 750 m 的閉塞分區(qū)長度又是針對C2級制動距離的要求設(shè)置的，這就突顯了C2級與C3級列控系統(tǒng)下閉塞分區(qū)長度設(shè)置的相互制約性，需要在C2級要求閉塞分區(qū)相對長和C3級要求閉塞分區(qū)相對短這兩者之間計(jì)算出相互兼顧的合理方案。因此，在閉塞分區(qū)劃分過程中，一方面要能夠準(zhǔn)確地計(jì)算平均坡度，特別是平均坡度等級變化的臨界點(diǎn)，如-20‰與-21‰對應(yīng)的軌道電路信息許可長度相差4 800 m，對C3行車許可終點(diǎn)位置影響較大；另一方面，行車設(shè)計(jì)應(yīng)用的列車牽引計(jì)算模型應(yīng)深度擬合車載控車原理和列控系統(tǒng)控車模式曲線，實(shí)現(xiàn)高精度列車運(yùn)行仿真，針對計(jì)算范圍內(nèi)坡道精準(zhǔn)計(jì)算列車制動距離，以合理的最短閉塞分區(qū)長度保證C3級行車許可長度的需要。

依據(jù)CRH380B型動車組采用300T車載列控系統(tǒng)的常用制動模式曲線，計(jì)算不同下坡道在滿足C2級控車制動距離基礎(chǔ)上的閉塞分區(qū)平均長度和相應(yīng)的C3級L3碼行車許可長度，經(jīng)與L3碼軌道電路許可長度對比，總結(jié)出理論上連續(xù)長大下坡道在C3級與C2級控車模式下閉塞分區(qū)長度不能兼顧的臨界值為-25‰，具體如表4所示。此計(jì)算結(jié)果可以為今后新建高速鐵路線路設(shè)計(jì)提供參考。

表4 L3碼行車許可長度與軌道電路信息許可長度對比Tab.4 Comparison of the MA length of L3 codes and track circuits

4 結(jié)束語

隨著國內(nèi)高鐵建設(shè)的發(fā)展，跨地域、高速度、高行車密度等大大增加了行車設(shè)計(jì)的難度，而連續(xù)長大坡道閉塞分區(qū)劃分也不再是單一的行車布點(diǎn)設(shè)計(jì)，是與列控系統(tǒng)深入融合的綜合業(yè)務(wù)，設(shè)計(jì)單位應(yīng)了解掌握車載控車原理和列控系統(tǒng)監(jiān)控模型，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行速度曲線和制動距離計(jì)算的合理準(zhǔn)確；同時，閉塞分區(qū)劃分既要兼顧滿足C2級、C3級列控系統(tǒng)控車要求，還要結(jié)合列車追蹤間隔能力計(jì)算、區(qū)間電分相設(shè)置等多方面進(jìn)行全局考慮。合理的閉塞分區(qū)劃分以其基礎(chǔ)性、專業(yè)性和重要性為工程設(shè)計(jì)的安全、優(yōu)質(zhì)奠定了基礎(chǔ)，為國內(nèi)高速鐵路建設(shè)的安全、高效保駕護(hù)航。