客运专线开行普速列车对闭塞分区长度的影响研究

张金阁

（中铁二院工程集团有限责任公司 交通规划研究院，四川 成都 610031）

我国地域广大，各地区经济发展不平衡，客运专线经过的部分地区人民收入较低，难以负担客运专线高昂的票价。为满足不同层次的出行需求，铁道部技术委员会2012年第三次会议认为兰新(兰州—乌鲁木齐)、大西(大同—西安)、石济(石家庄—济南)、青荣(青岛—荣城)等客运专线(速度目标值250km/h)实行普速旅客列车上线运行基本可行，并要求进一步研究相关技术经济问题。由于客运专线动车组运行速度较高，而普速列车运行速度较低(客运专线的线路最大坡度在20‰～30‰ 之间)，与动车组运行速度匹配较差，带来较多的工程问题及运输安全问题。例如，较大的坡度代数差对普速列车车钩的影响，普速列车对区间通过能力和车站分布的影响，普速列车与动车组在隧道内会车的运输安全问题，等等。因此，目前在缺少相关规范的情况下，探讨直接影响运输安全与效率的区间闭塞分区长度，为运行普速列车的客运专线闭塞分区的设计提供参考。

1 仅开行动车组列车情况下客运专线闭塞分区设计原则

确定客运专线区间闭塞分区长度的根本原则是同时满足运输安全和运输效率2个目标，运输安全要求闭塞分区长度尽量大，满足列车制动距离的同时提供较多的安全冗余；运输效率要求闭塞分区长度尽量小，前后列车追踪间隔时间充分满足运输效率的要求，一般要求列车追踪间隔时间满足3min。因此，根据计算，对于最高速度250km/h且仅开行动车组列车的客运专线，区间闭塞分区设计原则如下。

（1）线路最大坡度：一般不超过30‰。

（2）动车组类型：和谐系列动车组。

（3）编组：短编组8辆，长编组16辆。

（4）动车组装设 ATP 控车设备，采用一次曲线制动模式。

（5）检算信号机布点采用的换算制动率。中等常用制动由于《 牵引计算规程 》缺少动车组相关规定，在充分考虑动车组制动距离和旅客舒适度的前提下，参照《 牵引计算规程 》相关规定执行。

（6）采用 CTCS-2信号系统。结合我国运营实践，从更贴近运营实践、更有利于司机驾驶的角度考虑，按前后动车组间隔8个闭塞分区计算间隔时间。正常情况下，计算前后列车追踪间隔时，若按最有利情况计算，前后列车间隔距离约为1个制动距离加1个防护分区；若按最不利计算，根据信号设备最大发码量，一般前后列车追踪间隔距离按不超过8个闭塞分区处理。因此，若按最有利情况计算，司机驾驶安全余量小，随时处于准备制动状态，明显不符合运营实际；在此按保守情况计算，暂取8个闭塞分区计算。

（7）轨道电路传输距离随路基、隧道、桥梁各有不同，应充分考虑轨道电路的经济性[1]。

经验算，一般情况下，相邻2个区间通过信号机间隔在1200～1400m 间可同时满足运输安全和运输效率2个目标。

2 普速列车上线对闭塞分区长度的影响

2.1 普速列车信号制式

普速列车信号制式有以下2个方案。

方案Ⅰ：普速列车采用 CTCS-0级控车模式，以地面信号机显示为行车凭证，按四显示自动闭塞间隔2个闭塞分区完成列车速度由最高速度降至0的制动。

方案Ⅱ：地面不设通过信号机，动车组和普速列车均采用 ATP 控车设备，以 ATP 控车设备为主，机车信号加 LKJ 列车运行监控记录装置作为后备控车模式，以车载信号为行车凭证运行，即普速列车也采用一次制动模式。

从运输安全和运输效率的角度考虑，方案Ⅱ较优。因为在采用一次制动模式下，区间通过信号机间距离对运输安全和运输效率的影响大大减小，基本可以维持1200～1400m 的布点间距。但方案Ⅱ存在以下2个问题：①普速列车机车的制动性能等参数与动车组不同，需要研发适用于普速列车机车的控车设备，存在较大的不确定性；②所有在该线路上固定运行的普速列车，以及在机车交路中由其他线路开往本线的普速列车机车均需装设控车设备。对于没有装设控车设备的机车，无法在该线路上运行。在目前的运营体制下，由于机车是可调拨和调配的，可能会增加大量的车载设备购置费，造成既有车载设备的废弃、闲置，以及维修费用的增加等。

因此，安全、成熟、可靠、兼容性强的方案Ⅰ，即增设地面信号机、普速列车采用四显示自动闭塞成为目前较为可行方案。

2.2 普速列车采用四显示自动闭塞带来的影响

在四显示自动闭塞条件下，由于普速列车需要在2个闭塞分区的距离内实现从最高速度降至0的制动。因此，满足列车制动安全的闭塞分区长度主要取决于普速列车的制动距离。

普速列车自动闭塞分区长度 L闭由制动距离 L制和附加距离 L附组成，即

式中：L信变为机车信号从地面接收信息到能有稳定显示所需反应时间的走行距离，m，该反应时间与采用的轨道电路制式有关，在此采用 ZPW2000轨道电路，取值2s；L确认为司机确认信号并开始操作制动系统所需时间的走行距离，m，该时间一般情况下取3s；L防护为列车减速或停车时需要增加的安全防护距离，取50～100m。

显然，在相同时间内，L信变与 L确认2种走行距离的长短与列车最高运行速度有关。以120km/h 为分界，分别计算普速列车速度为160～120km/h 和120～0km/h 的制动距离。四显示自动闭塞的最小闭塞分区长度表如表1所示。

从表1可以看出，由于客运专线普遍采用了较大的线路纵坡，以30‰ 的坡度为例，在大坡度条件下，为了满足普速列车在四显示自动闭塞条件下的行车安全，闭塞分区长度至少应为2205m。对比仅开行动车组列车时的1200～1400m，闭塞分区长度大幅增加。

3 较长的闭塞分区长度对运输效率的影响

在普速列车上客运专线运行的情况下，动车组前后列车间隔按8个闭塞分区、普速列车前后列车间隔按4个闭塞分区设计，计算列车追踪间隔时间如表2所示。

从表2可以看出，由于普速列车前后列车间隔4个闭塞分区，因此闭塞分区长度增加带来的影响相对较小，即使在30‰ 下坡区段，可以满足普速列车追踪间隔时间5min 的要求；动车组前后列车间隔8个闭塞分区，因而在长大下坡区段闭塞分区长度增加带来的影响较为明显，在30‰ 的长大下坡区段，仅能实现5min 追踪，无法满足动车组追踪间隔时间3min 要求。由此可见，有必要采取措施在满足运营安全的前提下提高运输效率，即缩短前后动车组列车的追踪间隔时间。

一般来说，提高列车运行速度或减小前后列车间追踪距离都可以缩短追踪间隔时间，但提高列车运行速度显然是不合理的，只能考虑减小追踪距离，也就是减小闭塞分区长度。

表1 四显示自动闭塞的最小闭塞分区长度表

表2 闭塞分区加长情况下追踪间隔时间计算表

4 缩短闭塞分区长度的措施

普速列车上客运专线运行的情况下，根据上述按照四显示自动闭塞行车，列车需要在2个闭塞分区的距离内实现从最高速度(160km/h)降至0的制动；满足列车制动安全的闭塞分区长度主要取决于普速列车的制动距离。根据《铁路技术管理规程》，为了满足运营安全，列车需在长大下坡区段进行制动限速，有利于缩小列车制动距离，减少闭塞分区长度。在坡度低于20‰ 的下坡区段普速列车限速如表3所示。

表3 坡度低于20‰的下坡道160km/h 普速列车限速表

根据《铁路技术管理规程》，对于超过20‰ 的下坡区段，列车制动限速由铁路局根据实际试验以调度命令下达。同时也规定“列车下坡道制动限速随下坡道千分数的增加而递减，坡道每增加1‰，限速减少1km/h”，因此对于坡度超过20‰ 的下坡道，普速列车按表4限速运行。

以坡度为30‰ 的下坡道为例，制动限速为133km/h，由于制动速度划分通常以120km/h(黄灯通常情况下的限速值)为分界，因此只缩小了160～120km/h(从黄绿灯开始制动，至黄灯速度不大于120km/h)的制动距离，对120～0km/h(从黄灯开始制动，至红灯前停车)的制动距离没有影响。此时，闭塞分区长度取决于普速列车120～0km/h的制动距离，研究结论仍然约为2205m，与上述结论一致。考虑在长大下坡区段改变黄灯显示限速值可定义为100km/h，则坡度为30‰下坡道区段其闭塞分区长度如表5所示。

因此，考虑普速列车按《铁路技术管理规程》进行制动限速，黄灯限速值在不同坡度区段可变，以坡度为30‰ 下坡道区段为例，最小闭塞分区长度可取1696m。可以看出，改变黄灯限速值，对缩小最小闭塞分区长度是有利的。

表4 坡度超过20‰ 的下坡道160km/h 普速列车限速表

为简化司机操作，黄灯限速意义不能过多，对黄灯限速意义暂做如下规定：坡度为1‰～10‰ 下坡黄灯限速值为120km/h，坡度为11‰～20‰ 下坡黄灯限速值为110km/h，坡度为21‰～30‰ 下坡黄灯限速值为100km/h。在此条件下，再次对列车追踪间隔时间进行计算，其结果如表6所示。

对于不同长大下坡区段采用不同的黄灯限速值以后，由表6可以看出，动车组列车在坡度不大于30‰ 的长大下坡区段，可以达到4min 追踪间隔时间，虽然不能满足客运专线追踪间隔时间3min[3]要求，但从目前运营实践来看，在速度目标值250km/h 的客运专线，动车组实现4min 追踪已可以满足运营要求。

5 有普速列车情况下客运专线闭塞分区设计原则

根据前述计算，对于最高速度为250km/h 且有普速列车(160km/h)开行的客运专线，区间闭塞分区设计原则如下。

（1）线路最大坡度：一般不超过30‰。

（2）客车类型：和谐系列动车组；160km/h客车(采用盘形制动)。

（3）列车编组：动车短编组8辆/列，长编组16辆/列；160km/h 列车编组15辆/列。

（4）动车组装设 ATP 控车设备，采用一次曲线制动模式；160km/h 列车采用四显示信号制式。

（5）检算信号机布点采用的换算制动率：动车组采用中等常用制动(由于《牵引计算规程 》没有更新，缺少动车组相关规定，在充分考虑动车组制动距离和旅客舒适度的前提下，参照《牵引计算规程 》相关规定执行)；160km/h 列车换算制动率取全值的80%。

（6）动车组采用 CTCS-2信号系统。根据信号设备最大发码量，结合我国运营实践，正常情况下，前后列车间至少间隔8个闭塞分区；160km/h列车采用四显示信号系统，根据信号设备特点，正常情况下，前后列车间至少间隔4个闭塞分区。

（7）黄灯限速意义暂做如下规定：坡度为1‰～10‰ 下坡黄灯限速值为120km/h，坡度为11‰～20‰ 下坡黄灯限速值为110km/h，坡度为21‰～30‰ 下坡黄灯限速值为100km/h。

表5 四显示自动闭塞条件下坡度为30‰ 的下坡道区段最小闭塞分区长度表

表6 四显示自动闭塞对应的闭塞分区长度对列车追踪间隔时间的影响

（8）轨道电路传输距离随路基、隧道、桥梁各有不同，应充分考虑轨道电路的经济性。

（9）经检算，一般情况下，上坡地段，根据牵引计算适当缩短闭塞分区长度；下坡地段，平均坡度在1‰～10‰时最小闭塞分区长度约为1580m，平均坡度在11‰～20‰ 时最小闭塞分区长度约为1625m，平均坡度在21‰～30‰ 时最小闭塞分区长度约为1700m。

6 结论

综上所述，对于部分有普速列车运行的客运专线，普速列车采用四显示信号制式行车。由于客运专线普遍采用较大坡度，在长大下坡地段，由于普速列车制动距离长，引起闭塞分区长度增加，影响了动车组列车追踪间隔，若采用160～120km/h、120~0km/h 两级制动，则动车组列车只能达到5min 追踪间隔时间。

为了降低普速列车对动车组列车追踪间隔的影响，可根据坡度情况，按照《铁路技术管理规程》规定的制动限速，对四显示情况下黄灯限速值进行调整。这里对黄灯限速暂做如下规定：坡度为1‰～10‰ 下坡黄灯限速值为100km/h，坡度为11‰～20‰ 下坡黄灯限速值为110km/h，坡度为21‰～30‰ 下坡黄灯限速值为100km/h。据此计算闭塞分区长度，则在坡度不大于30‰ 区段，动车组列车追踪间隔时间可提高到4min 以内。在实际设计过程中，对于黄灯限速需根据线路纵断面情况灵活处理，同一个限速值区段长度不宜太短，以便为将来运营司机驾驶提供较为宽松的条件。

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[1]刘海东，毛保华，王保山，等. 基于准移动闭塞的铁路区间信号布置优化方法研究[J]. 交通运输系统工程与信息，2011，11(4)：103-109.

[2]张 博，钱 伟. 自动闭塞区段通过信号机布置方法探讨[J]. 铁道通信信号，2009，45(11)：1-4.

[3]中华人民共和国铁道部. 铁路主要技术政策[M]. 北京：中国铁道出版社，2004.