辛鐘江 南昌鐵路局總工程師室

贛龍線線間距提速試驗安全風(fēng)險與應(yīng)對措施

辛鐘江 南昌鐵路局總工程師室

闡述了贛龍線線間距提速試驗背景，分析了試驗存在的安全風(fēng)險點(diǎn)，提出了“提速安全控制關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)”、“行車設(shè)備整治”、“新一代LKJ裝置應(yīng)用”、“全過程動態(tài)實時監(jiān)測”、“應(yīng)急搶修預(yù)案制定”等應(yīng)對措施，總結(jié)了試驗的意義。

贛龍線；線間距提速試驗；安全風(fēng)險；應(yīng)對措施

1 試驗背景

我國現(xiàn)有高速鐵路的線路等級分為200 km/h、250 km/h、300 km/h、350 km/h等，不同速度等級線路的線間距和隧道凈空面積有不同的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（見表1），但都預(yù)留有一定的提速空間和發(fā)展余量。印尼雅萬高鐵設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)速度目標(biāo)值300 km/h（最高速度350 km/h）、線間距4.6 m、雙線隧道凈空面積81.37 m2、軌道型式為無砟軌道，但目前我國沒有相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)和相關(guān)的理論研究來支撐。

中國鐵路總公司經(jīng)過對同期正在聯(lián)調(diào)聯(lián)試或剛開通運(yùn)營線路進(jìn)行綜合比選，確定在贛龍線贛縣至?xí)笨焖賵鰠^(qū)段進(jìn)行200 km/h等級的提速試驗，探索該等級鐵路線間距和隧道凈空面積下的列車最高運(yùn)行速度。為相關(guān)“中國鐵路走出去”項目順利推進(jìn)提供技術(shù)支撐。

表1 各速度等級高速鐵路線間距及隧道凈空面積

2 試驗概述

2.1 試驗區(qū)段技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)情況

贛龍鐵路正線長度約為249.58 km，主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：I級國鐵、雙線，設(shè)計速度200 km/h。正線線間距4.4 m，最大限制坡度贛州至瑞金段為6‰、瑞金至龍巖段為雙機(jī)13‰，最小曲線半徑一般為3 500 m、困難地段2 800 m，到發(fā)線有效長度為850 m。雙線隧道在線間距為4.4 m時軌面以上凈空面積為81.37 m2。通信系統(tǒng)采用GSM-R系統(tǒng)，行車指揮方式為調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC），信號系統(tǒng)采用CTCS-2級列控系統(tǒng)，接觸網(wǎng)采用全補(bǔ)償簡單鏈形懸掛的直接供電方式。

2.2 試驗主要內(nèi)容

試驗主要測試提速后的列車空氣動力學(xué)和隧道空氣動力學(xué)效應(yīng)，根據(jù)列車通過隧道和在明線區(qū)段、龍華山隧道、新楓樹排隧道及梓山隧道交會時測試列車空氣動力學(xué)、隧道氣動效應(yīng)、軌道狀態(tài)、動車組動力學(xué)響應(yīng)、軌道結(jié)構(gòu)、道岔動力性能、橋梁動力性能、弓網(wǎng)受流性能等。第一階段為單列動車組逐級提速，速度從200 km/h逐級提速到310 km/h。第二階段為交會試驗，交會試驗速度級分別為220 km/h至310 km/h。

3 試驗存在的安全風(fēng)險點(diǎn)分析

贛龍線線間距提速試驗是中國鐵路首次在4.4 m線間距、81.37 m2隧道斷面、允許速度200 km/h線路上，不改變超高設(shè)置的前提下進(jìn)行的，試驗提速至310 km/h。整個試驗過程中將伴隨著較大的欠超高情況，最大欠超高達(dá)到140.6mm。是首次突破《鐵路技術(shù)管理規(guī)程（高速鐵路部分）》（以下簡稱《技規(guī)》）對線路速度等級規(guī)定的超速高速列車隧道氣動效應(yīng)試驗 ，主要安全風(fēng)險點(diǎn)如下：

（1）工務(wù)線橋隧方面

試驗區(qū)段線橋隧按200 km/h線路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，試驗過程中最高速度將達(dá)到310 km/h，將產(chǎn)生如下風(fēng)險，一是綜合檢測車高速通過曲線時欠超高過大引起的安全風(fēng)險；二是線路道岔軌道幾何狀態(tài)不良引起的安全風(fēng)險；三是綜合檢測車高速通過時細(xì)小道砟擊打動車組的安全風(fēng)險；四是綜合檢測車高速通過時線路上遺留的路材路料、垃圾等擊打動車組的安全風(fēng)險。

（2）牽引供電方面

本次試驗最高時速達(dá)310 km/h，試驗過程中的弓網(wǎng)之間平均接觸力、硬點(diǎn)、動態(tài)抬升量等均遠(yuǎn)大于200 km/h的運(yùn)行工況。如：接觸網(wǎng)導(dǎo)線張力不滿足《技規(guī)》要求。一是本線導(dǎo)線組合為JTMH120+CTS120，張力組合15 kN+20 kN，接觸網(wǎng)懸掛方式為簡單鏈形懸掛。滿足《技規(guī)》的情況下開行300 km/h的動車組，導(dǎo)線張力應(yīng)不小于25 kN。二是本線導(dǎo)線高度采用的隧道外為6 000 mm，隧道內(nèi)為5 750 mm，導(dǎo)線坡度按不大于2‰設(shè)計。不滿足《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱《設(shè)計規(guī)范》）中“設(shè)計速度大于250 km/h時坡度應(yīng)為0”的要求。三是本線接觸網(wǎng)懸掛系統(tǒng)是按時速200km進(jìn)行設(shè)計的，其抬升量160 mm、晃動量300 mm，而《設(shè)計規(guī)范》中所規(guī)定的高速鐵路接觸網(wǎng)懸掛系統(tǒng)抬升量為150 mm、晃動量為350 mm。故綜合檢測車高速運(yùn)行時其受電弓動態(tài)抬升量和晃動量存在安全風(fēng)險。

（3）行車組織方面

行車組織需突破贛龍線既有技術(shù)規(guī)章體系。比如：綜合檢測車運(yùn)行過程中若采用ATP控車，則需修改試驗區(qū)段地面無源應(yīng)答器數(shù)據(jù)和列控中心軟件來適應(yīng)310 km/h運(yùn)行需求。由于修改工作量大，而且修改后需要對列控C2系統(tǒng)進(jìn)行驗證，時間上不允許。另外，綜合檢測車既有LKJ2000裝置最高控車速度為165 km/h，也滿足不了310 km/h運(yùn)行試驗要求。因此，試驗過程需采取人工控速方式，由此帶來行車安全風(fēng)險大，試驗效率低，精確交會試驗難度高。特別是試驗區(qū)段里程只有54 km，上行線K29+542、K52+927和下行線K30+272、K52+927處各有兩處分相，人工控速方式無法以規(guī)定速度通過檢測點(diǎn)。試驗區(qū)段于都快速場Ⅰ、Ⅱ道接觸網(wǎng)有10組交叉線岔，不滿足高速綜合檢測車運(yùn)行要求，一旦綜合檢測車高速通過該地點(diǎn)可能會引發(fā)行車安全事故。

（4）綜合檢測車方面

一是在有砟軌道，設(shè)計時速200 km/h試驗段高速運(yùn)行時，綜合檢測車被異物擊打可能性大大增加，走行部（含輪轂輪輞）、受電弓等部件易受損；二是贛龍線隧道多，隧道內(nèi)施工剩余的灰塵較多，電氣絕緣性能下降，容易引起接觸網(wǎng)和綜合檢測車絕緣子短路，導(dǎo)致接觸網(wǎng)跳閘、設(shè)備燒損等故障。

4 試驗風(fēng)險應(yīng)對措施

4.1 確定提速安全控制關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

表2 贛龍線高速鐵路線間距等速度試驗安全提速關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

本次試驗沒有可以借鑒的提速試驗列車運(yùn)行安全控制標(biāo)準(zhǔn)，只能借鑒多年來我國高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試和科研試驗所取得的經(jīng)驗，參考接觸網(wǎng)和各半徑曲線的速度仿真計算結(jié)果，結(jié)合贛龍線試驗段工程特點(diǎn)，研究制定一整套提速安全控制技術(shù)措施，包括提速安全控制關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)等（見表2）。

表2中“降至安全速度級”：指后續(xù)試驗局部限速至安全速度級，試驗后立即安排線路施工整修。“停止提速”意思是：后續(xù)試驗不超過當(dāng)前速度級。

4.2 整治行車設(shè)備

試驗前根據(jù)贛龍線設(shè)計特點(diǎn)及試驗要求，組織相關(guān)單位根據(jù)滬寧高鐵運(yùn)行試驗的經(jīng)驗開展了試驗安全風(fēng)險研判工作，對試驗區(qū)段的曲線超高設(shè)置和接觸網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)及接觸網(wǎng)設(shè)計、施工現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對試驗可能存在的安全風(fēng)險進(jìn)行全面梳理，采取了一系列專門措施，如：

（1）對試驗區(qū)段相關(guān)曲線技術(shù)資料逐條進(jìn)行核實、檢算，確定了每條曲線的最高試驗速度，特別是確定了290 km/h為K30+287～K31+601、K51+521～K52+558兩條半徑為4 500 m曲線最高允許速度，比既定限速280 km/h目標(biāo)值提高10 km/h。

其一針對綜合檢測車高速通過曲線時因欠超高過大、軌道幾何狀態(tài)可能不良以及細(xì)小道砟、遺留的路材路料和垃圾等可能擊打檢測車和檢測設(shè)備的風(fēng)險，對有關(guān)線路按時速300 km/h有砟道床標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了整理，對路基地段砟肩堆高進(jìn)行降低調(diào)整，將橋隧地段道床面調(diào)整至平軌枕面。其二，對軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)化整治。如：精測線路128 km、大機(jī)搗固精調(diào)128 km、軌檢小車復(fù)核回檢處理超限122處、線路鋼軌預(yù)打磨128.63 km，道岔鋼軌預(yù)打磨13組等。

（2）組織有關(guān)設(shè)計院針對接觸網(wǎng)張力問題進(jìn)行評估。經(jīng)檢算本線接觸網(wǎng)現(xiàn)有張力情況下波動傳播速度可以滿足運(yùn)行310 km/h要求。為確保試驗安全，還進(jìn)行以下補(bǔ)救措施：一是拆除了于都快速場線岔側(cè)線線索，對10組接觸網(wǎng)線岔側(cè)線進(jìn)行了抬高、封錨，并登記停用于都快速場側(cè)線接觸網(wǎng)設(shè)備，確保于都快速場Ⅰ、Ⅱ道正線接觸網(wǎng)設(shè)備滿足試驗安全要求。二是調(diào)整了牽引變電所保護(hù)整定值。根據(jù)設(shè)計單位提出的建議意見，保留過電流保護(hù)和高阻接地Ⅰ段保護(hù)，取消過電流保護(hù)低電壓閉鎖，并對保護(hù)裝置及整定值進(jìn)行了調(diào)整。三是對試驗區(qū)段接觸網(wǎng)拉出值、定位器坡度、限位間隙進(jìn)行全面檢查和調(diào)整，防止高速試驗時，綜合檢測車受電弓碰撞定位器或定位支座。四是試驗區(qū)段采取越區(qū)供電作業(yè)。試驗區(qū)段內(nèi)于都變電所、楊屋村分區(qū)所越區(qū)供電，并向上行線K29+542、K52+927和下行線K30+272、K52+927處電分相中性區(qū)遠(yuǎn)動送電。綜合檢測車在試驗區(qū)段運(yùn)行時對自動過分相裝置進(jìn)行隔離，確保試驗列車通過試驗區(qū)段電分相區(qū)時不降速。

（3）對綜合檢測車部分參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。一是對新一代LJK列控裝置改造后車外速度傳感器布線、車體布線進(jìn)行密封；對連續(xù)換氣裝置進(jìn)行頻率調(diào)整，將頻率調(diào)整為53 Hz、73 Hz、103 Hz，保證綜合檢測車試驗期間車內(nèi)外氣壓試驗指標(biāo)符合試驗要求；二是將受電弓靜態(tài)接觸壓力在允許范圍內(nèi)調(diào)整至75 N，270 km/h速度級以上試驗時采用受電弓開口工況運(yùn)行的方案，同時制定了特殊情況下臨時調(diào)整靜態(tài)接觸壓力的備用方案。三是針對贛龍線隧道多，隧道內(nèi)集塵較多的不利因素，對入庫檢修動車組的牽引變壓器濾網(wǎng)、牽引變流器濾網(wǎng)、裙板濾網(wǎng)、空調(diào)裝置濾網(wǎng)、新風(fēng)濾網(wǎng)等進(jìn)行清潔和更換，避免了灰塵進(jìn)入，導(dǎo)致電氣統(tǒng)短路、發(fā)熱、燒損等故障的發(fā)生，同時對各部風(fēng)機(jī)的集塵進(jìn)行高壓風(fēng)清潔，防止由于積塵后風(fēng)機(jī)偏載轉(zhuǎn)動導(dǎo)致的異常震動的發(fā)生。

4.3 優(yōu)選列控設(shè)備

由于本次試驗速度高于線路允許速度，為方便司機(jī)把握提、降速時機(jī)，對LKJ2000、ATP、新一代LKJ裝置（LKJ15）三種車載設(shè)備進(jìn)行優(yōu)選。由于LKJ2000裝置最高控車速度為165 km/h，不能滿足試驗要求，故以下只對ATP、LKJ15裝置控車試驗進(jìn)行比較。

圖1 ATP設(shè)備顯示界面

圖2 LKJ15裝置顯示界面

其一若采用ATP控車，需修改試驗區(qū)段地面無源應(yīng)答器和列控中心軟件來適應(yīng)310 km/h運(yùn)行需求。其二，ATP沒有調(diào)整速度等級功能，無法滿足試驗逐級提速控制要求。此外，ATP顯示界面中有關(guān)線路、列車運(yùn)行狀態(tài)等不便于司機(jī)按標(biāo)尺操縱。

若采用LKJ15裝置控車，只需修改LKJ車載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中頂棚限速值，即可適應(yīng)310 km/h試驗速度要求。另外，LKJ15裝置具備速度等級設(shè)定功能，可根據(jù)試驗要求逐級設(shè)定最高頂棚速度。同時，LKJ15裝置還能提供詳細(xì)的線路縱斷面、模式限速曲線、公里標(biāo)、線路曲線等信息，方便司機(jī)按試驗要求操縱列車。二者顯示界面分別如圖1、圖2所示。由表3可以得出本次試驗選用LKJ15裝置進(jìn)行控車。

表3 ATP與LKJ15裝置控車方案功能比較

4.4 做好動態(tài)實時監(jiān)測

在綜合檢測車和試驗區(qū)段線路上布置了大量的視頻監(jiān)控設(shè)備和相應(yīng)的傳感器，包括在綜合檢測車上實時測量軌道狀態(tài)、動車組動力學(xué)、空氣動力學(xué)、弓網(wǎng)受流性能、關(guān)鍵部件應(yīng)力和溫度等，在試驗段還設(shè)置了隧道氣動效應(yīng)、軌道結(jié)構(gòu)、道岔、橋梁等測點(diǎn)，以全過程、全方位地動態(tài)實時監(jiān)測試驗過程，一定程度上保障了綜合檢測車運(yùn)行安全。

4.5 制定應(yīng)急搶修預(yù)案

一是抽調(diào)機(jī)務(wù)、車輛、工務(wù)、電務(wù)、供電等專業(yè)人員專門成立應(yīng)急搶修隊伍，部署在于都、瑞金，并做好應(yīng)急演練工作；二是配備了133套隧道內(nèi)特型定位支座及定位器，和1.8 km接觸線、承力索和一個錨段接觸網(wǎng)相關(guān)配件；三是做好突發(fā)事件應(yīng)急搶修預(yù)案，重點(diǎn)是針對提速過程中突發(fā)的弓網(wǎng)故障、接觸網(wǎng)傷線、斷線及塌網(wǎng)等應(yīng)急處置預(yù)案；四是提前預(yù)想，組織施工單位做好線索拉弧損傷等導(dǎo)線更換應(yīng)急儲備預(yù)案等。

6 結(jié)束語

贛龍線線間距提速試驗期間累計開行列車130列次，檢測里程6 760 km。本次試驗之所以圓滿成功與選用新一代LKJ裝置（LKJ15）作為控車設(shè)備分不開。試驗證明該裝置既可以保障試驗列車運(yùn)行安全，又能提供豐富的界面信息輔助司機(jī)操縱，還可以為試驗人員提供精確的測速測距和定位數(shù)據(jù)，方便司機(jī)貼線操作，提高了試驗效率及列車交會的準(zhǔn)確性。本次試驗結(jié)果為綜合評估4.4 m及4.6 m線間距條件下的200 km/h等級高速鐵路提速至更高速度的冗余能力提供科學(xué)依據(jù)，為印尼雅萬高鐵設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的制定及中國標(biāo)準(zhǔn)動車組等新型列車的設(shè)計改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐。試驗中“提速安全控制關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)”把握及新一代LKJ裝置（LKJ15）應(yīng)用為今后高速鐵路綜合試驗提供了非常有價值的借鑒。

[1]TB10621-2014，高速鐵路設(shè)計規(guī)范[S].

[2]TG/01-2014，鐵路技術(shù)管理規(guī)程（高速鐵路部分）[S].

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責(zé)任編輯：宋 飛

來稿時間：2016-08-15