高速铁路连续长大坡道闭塞分区划分的研究

张小刚

（中国铁路武汉局集团有限公司，武汉 430064）

1 概述

近十年，国内高速铁路建设进入了蓬勃发展的阶段，不仅成为高效连接沿海发达城市间的纽带，更是逐渐贯穿于西部高原、山区之中。由于西南部地区多丘陵、山地，地势起伏较大，高铁线路的修建不可避免的存在长大坡道的情况。在连续长大坡道区段，闭塞分区划分已不是传统意义上的牵引计算设计，而是既要满足CTCS-2（简称C2）级、CTCS-3（简称C3）级列控系统控车要求，又要兼顾C3结合轨道电路信息防护的要求；在满足列车追踪间隔时间要求的同时，还要结合车站管辖范围、集中区分界、分相区位置、电缆走线等综合因素，这些都大大提高了高速铁路列车牵引计算的难度，对闭塞分区划分的合理性提出了更高的要求，也突显了高速铁路连续长大坡道闭塞分区与列控系统相匹配的重要性。

2 实例分析

郑万高铁是国内“八纵八横”高速铁路网中的重要组成部分，位于河南、湖北、重庆三省市境内，在东端与京广客专、徐兰客专相连，西端与成渝客专、渝万铁路和规划的渝昆铁路相接，是西南地区与中原、华北地区便捷快速通道，对完善西南地区快速客运网具有重要意义。武汉局管辖范围内的湖北段襄阳东至巴东北线路长度约192 km，设计速度为350 km/h，受地形条件限制，线路坡度起伏较大，存在多处连续长大坡道。

2021年底在该项目集成单位对郑万高铁湖北段进行室内集成测试时，按照《CTCS-3级ATP行车许可结合轨道电路信息暂行技术条件》（铁总工电[2018]18）规则，在 L3、L2、L、LU码下C3结合C2低频码、侧向接车等情况，对设计单位提供的闭塞分区划分结果进行综合检算，发现上行C3截短68处，其中速度不同程度突降35处（湖北段26处，重庆段9处）；下行C3截短42处，其中速度不同程度突降21处（湖北段15处，重庆段6处）。全线最困难地段为上行巴东北至兴山，当兴山站S2LQ(5748G)区段占用时，列车由L4码(6016G)运行至L3码(5998G)，C3级行车许可长度为25 025 m，而L3码轨道电路信息许可长度为19 200 m，导致 C3级列控车载设备行车许可终点位置（EoA）缩短5 825 m，车载输出最大常用制动，严重影响列车正常高速运行。

针对发现的问题，从地形地势、工程设计的列车运行速度曲线及闭塞分区划分等多方面进行分析，首先发现郑万高铁湖北段线路存在多处连续长大下坡道，超过20‰下坡道共有15处，其中30‰下坡道共7处，最长处达14 502 m，上行线主要集中在巴东北、兴山、神农架，下行线主要集中在神农架、巴东北站附近；其次，工程设计单位未掌握车载列车控制模型，仅考虑长大下坡道列车制动距离的需要，将闭塞分区长度设置得过长，最长达到了5.75 km；再次，工程设计单位在闭塞分区划分时，未考虑铁总工电[2018]18号文件的相关要求，最终导致在工程联调联试前暴露出工程设计的重大疏漏。后经项目集成单位及时组织本单位设计、研发、测试等相关专业的专家进行分析研究，对全线闭塞分区进行优化调整，实现正向在C3级控车时速度控制不会发生突降变化，进一步证明准确、合理的闭塞分区划分可以有效避免C3级控车模式下列车运行速度突降的现象，保证列车安全高速运行。

3 C2/C3级列控系统闭塞分区划分研究

郑万高铁闭塞分区划分设计中出现的问题，为今后存在长大坡道的高铁项目设计提出了警示。在遵循以往高速铁路闭塞分区划分的原则基础上，长大坡道闭塞分区划分还要兼顾《铁总关于明确新建铁路客运专线大于20‰坡道区段列车限速有关问题的通知》（铁总办函[2014]584号）和《CTCS-3级ATP行车许可结合轨道电路信息暂行技术条件》（铁总工电[2018]18号）的相关要求。现对C2级和C3级列控系统下闭塞分区划分的计算方法进行研究、对比。

3.1 C2级列控系统下

《关于明确新建铁路客运专线大于20‰坡道区段列车限速有关问题的通知》（铁总办函[2014]584号）要求“具有长大坡道工程特点的在建项目原则上在长大坡道上采用不限速方案”，即在C2级控车模式下，列车追踪码序L4码、L3码、L2码、L码、LU码、U码和HU码所在闭塞分区长度之和应大于或等于列控监控模式曲线制动距离及列车安全防护距离之和，保证列车以规定速度正常运行，如图1所示。

同时，在C2级列控系统下，列车运行在CSM区段，当距离TSM区段500 m时，列控车载设备会输出语音提示“控制速度”，如图2所示。因此，在进行闭塞分区划分时，任何连续7个闭塞分区总长度还应包含 500 m 报警距离，即L7个闭塞分区之和≥L制动距离+L安全防护距离+500 m，以避免列车在高速运行中突然出现语音提示，影响司机正常驾驶。

C2级列控系统下，列车常用制动距离是决定闭塞分区长度的关键因素，列车牵引计算应结合车载ATP生成的制动控车模式曲线进行设计，提高制动距离计算的精准度。而不同列控设备厂家的制动控车模型设置有所差别，需选用最不利车型和车载列控参数进行制动距离计算。以下依据CRH380B型动车组采用300T车载列控系统的常用制动模式曲线，计算不同坡度的列车制动距离和闭塞分区平均长度如表1所示，可以看出在连续长大下坡道地段列车制动距离明显增大，闭塞分区平均长度也随之大幅增长。在实际进行闭塞分区划分时，应具体结合任意7个闭塞分区总长度内不同坡度、不同运行速度所对应的制动减速度进行制动距离的综合计算。

表1 不同坡度的列车制动距离和闭塞分区平均长度Tab.1 Train braking distance and the average length of block sections for different gradients

3.2 C3级列控系统下

C3级列控系统中，闭塞分区划分应满足其后备系统（C2级列控系统）运行时的要求，同时《CTCS-3级ATP行车许可结合轨道电路信息暂行技术条件》（铁总工电[2018]18号）要求“轨道电路信息码为L3 、L2、 L 、LU的处理，若C3级的行车许可终点位置(EoA)大于轨道电路信息许可终点，并持续5 s，则C3级列控车载设备将行车许可终点位置(EoA)缩短至轨道电路信息许可终点处”， 即不同轨道电路信息码下，相应闭塞分区总长度应不大于理论计算的轨道电路信息许可长度。公式计算轨道电路信息许可长度如表2所示。

表2 轨道电路信息许可长度Tab.2 MA length of track circuit codes

闭塞分区平均长度根据相应C3级行车许可范围内的平均坡度定义如表3所示。

表3 闭塞分区平均长度定义Tab.3 Definition of the average length of block sections

C3级行车许可范围内的平均坡度计算如公式（1）所示：

其中：G′为计算得出的平均坡度；Gn为每段坡度的坡度值，若大于0‰坡度则取值为0‰；Ln为每段坡度的长度值。

以如图3所示郑万高铁上行线巴东北至兴山区段为例，当列车目标停车点为兴山站正线出站信号机SII时，轨道电路信息L3码（6016→兴山SII）对应的C3级行车许可长度为22 758 m；计算平均坡度为-20‰，对应闭塞分区平均长度取值2 400 m，计算轨道电路信息许可长度为19 200 m，相比较C3级列控车载行车许可终点位置 (EoA)将缩短 3 558 m。

进一步分析，当列车目标停车点为兴山站侧向股道出站信号机SIII时，由于兴山S的轨道信息为UUS码， L3码对应C3级行车许可长度由6个闭塞分区变为7个闭塞分区（6034→兴山SIII），长度为24 558 m，如图4所示；计算平均坡度为-19‰，对应闭塞分区平均长度取值2 400 m，计算轨道电路信息许可长度为19 200 m，相比较C3级列控车载行车许可终点位置(EoA)将缩短5 358 m。

通过以上郑万高铁上行线兴山SII、SIII对应的L3码行车许可长度的计算比较，列车侧向进站停车时对应的L3码行车许可长度最长，在同一平均坡度等级下行车许可终点截短距离最长，闭塞分区划分时应作为最不利情况考虑。

3.3 对比分析

参考图3、4困难地段的C3级行车许可长度计算，为满足18号文要求，轨道电路信息L3码对应的行车许可长度所包含的6个/7个闭塞分区长度需要相应缩短，而图中 5 700 m、5 750 m 的闭塞分区长度又是针对C2级制动距离的要求设置的，这就突显了C2级与C3级列控系统下闭塞分区长度设置的相互制约性，需要在C2级要求闭塞分区相对长和C3级要求闭塞分区相对短这两者之间计算出相互兼顾的合理方案。因此，在闭塞分区划分过程中，一方面要能够准确地计算平均坡度，特别是平均坡度等级变化的临界点，如-20‰与-21‰对应的轨道电路信息许可长度相差4 800 m，对C3行车许可终点位置影响较大；另一方面，行车设计应用的列车牵引计算模型应深度拟合车载控车原理和列控系统控车模式曲线，实现高精度列车运行仿真，针对计算范围内坡道精准计算列车制动距离，以合理的最短闭塞分区长度保证C3级行车许可长度的需要。

依据CRH380B型动车组采用300T车载列控系统的常用制动模式曲线，计算不同下坡道在满足C2级控车制动距离基础上的闭塞分区平均长度和相应的C3级L3码行车许可长度，经与L3码轨道电路许可长度对比，总结出理论上连续长大下坡道在C3级与C2级控车模式下闭塞分区长度不能兼顾的临界值为-25‰，具体如表4所示。此计算结果可以为今后新建高速铁路线路设计提供参考。

表4 L3码行车许可长度与轨道电路信息许可长度对比Tab.4 Comparison of the MA length of L3 codes and track circuits

4 结束语

随着国内高铁建设的发展，跨地域、高速度、高行车密度等大大增加了行车设计的难度，而连续长大坡道闭塞分区划分也不再是单一的行车布点设计，是与列控系统深入融合的综合业务，设计单位应了解掌握车载控车原理和列控系统监控模型，实现列车运行速度曲线和制动距离计算的合理准确；同时，闭塞分区划分既要兼顾满足C2级、C3级列控系统控车要求，还要结合列车追踪间隔能力计算、区间电分相设置等多方面进行全局考虑。合理的闭塞分区划分以其基础性、专业性和重要性为工程设计的安全、优质奠定了基础，为国内高速铁路建设的安全、高效保驾护航。