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2025年 第2期
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程雯
市郊铁路是连接中心城区和周边组团，为通勤客流提供快速、大运量、公交化服务的轨道交通线路，例如北京市郊铁路S2、S1线，以及温州轨道交通S1线、重庆市郊铁路江跳线等。市郊铁路公交化运营发车间隔较小，例如重庆市郊铁路江跳线高峰小时发车间隔为10min。北京市郊铁路东北环线规划改造为一条快速通勤铁路，连接了昌平新城、未来科学城、回天地区、望京、酒仙桥、国贸CBD地区等城市重要功能区域，地铁19号线列车进入东北环线实现跨线共轨运营，东北环线系统通过能力要求不低于20对/h。既有铁路昌平站目前办理京张高铁停车、通过作业，S2/S5市郊车通过作业，京通线货物列车始发终到作业。市郊铁路东北环线改造后，昌平站新增东北环线的车站，办理东北环线列车停站、通过、折返、收发车作业，以及地铁19号线跨线列车停站、折返、收发车作业。市郊铁路东北环线昌平站站线复杂，实际通过能力能否达到20对/h与车站站线布置、信号机设置、列车运行速度、运行间隔等直接相关，通过对昌平站设计方案的优化，实现昌平站市域列车和地铁列车通过能力满足系统要求。通过对昌平站通过能力的研究，提出影响市郊铁路车站通过能力的限制因素，并提出解决方案。
1昌平站概况
1.1市郊铁路东北环线区位条件
既有铁路东北环线是北京枢纽的一部分，位于北京铁路环网的东北部，连接京包铁路沙河站和丰双铁路百子湾站，穿过北京的北部、东北部和东部地区，现状为单线，线路长32.1km，设5座车站，其中百子湾经百东线可到达北京东站，经丰双线可到达双桥站。东北环线连接国铁京哈、京包干线铁路，缓解了穿城货运压力。新建东北环线北起南口，有京包铁路自南口站单线进入昌平站货运站场，终到沙河站，区间与东北环线共用线路；在昌平站-沙河站区段与京张高铁正线平行敷设，京张高铁北起张家口经昌平站向南至终点北京北站，东北环线生命谷站以南设联络线与京张高铁疏解线连接，京张高铁列车经联络线通过东北环线到达北京朝阳站。京张高铁采用CTCS-3列控系统，可向下兼容CTCS-2。京通铁路起点自昌平站，终到通辽。东北环线东南北京朝阳站-酒仙桥站区段与京沈高铁平行敷设，京沈高铁起自北京朝阳站，终到沈阳站。东北环线与相邻铁路的关系如图1所示。
1.2市郊铁路东北环线
新建市郊铁路东北环线(以下简称东北环线)自京包铁路南口站至朝阳CBD光华路站，沿线途径昌平区、海淀区和朝阳区，线路全长约58.9km，其中北京朝阳站至昌平站区段在既有铁路老东北环线单线基础上新建复线[1]，并进行电气化改造，该段线路长43.6km。昌平站以北至南口站区段为既有单线铁路，东北环线该段仍采用单线铁路，并进行电气化改造，满足东北环线运营要求，该段线路长8.3km。北京朝阳站(不含)以南至光华路站区段为新建双线地下线路，该段线路长7km。东北环线建成后开行市郊列车，采用公交化运营模式，同时保留与铁路的联络线功能。如图2所示。
1.3既有昌平站概况
既有昌平站共设8条到发线(含正线4条)、2座站台。车站北端有5条正线引出，南端有3条正线引出；在车站西侧货场内设有两条货物线、2条牵出线、1座货物站台；车站东侧和西侧衔接多条专用线。既有昌平站总长度约2137m，最宽处约265m。昌平站运营现状为车站到发线1、2股道为京张高铁
2昌平站改建方案分析
2.1昌平站平面布置方案
昌平站汇集了京张高铁、京包铁路、京通铁路、东北环线。在昌平站办理作业的列车有高铁列车、货车、超限车、市郊列车和地铁列车，其中在市郊场办理作业的是市郊列车和地铁19号线列车。东北环线昌平站满足市郊铁路列车折返、停站通过、往昌平车辆段收发车的运营要求。地铁19号线列车跨线进入东北环线运营，因此昌平站还需满足19号线列车折返、往昌平车辆段收发车的要求。昌平站通过改建5股道、7股道，利用7～9道间空地新建市郊车场，设2台4线，市域车和地铁19号线上下行方向各设一条到发线，两座岛站台中间的7、9股道是地铁19号线列车到发线，岛站台外侧5、11股道是东北环线列车到发线，到发正线，其中2股道办理S5市郊车上行方向通过作业；3股道为老东北环和京通正线，还办理S5市郊车下行方向通过作业；4股道办理京张高铁停站作业；7股道为京包正线，办理S2市郊车通过作业；6、8、9股道为货物列车到发线；11股道为货物装卸线；10股道为调车走行线。昌平站7～9股道之间空地宽度约38.5m，可利用该空地新建东北环线市郊场。既有昌平站平面如图3所示。线有效长度350m，Z1、Z2股道是折返线，折返线有效长252m。
到发线与折返线之间采用三组12号交叉渡线连接。列车侧向过岔限速45km/h。改建昌平站两端咽喉区，满足东北环线运营要求。昌平站北端咽喉与昌平车辆段出入段线接轨，昌平车辆段负责市域D型车和地铁19号线A型车的停放和检修。昌平车辆段出段线设道岔1与东北环正线接轨，在正线南侧新建一股道与入段线通过道岔2连接。昌平站至南口站利用既有京包线(单线)并进行电气化改造，满足东北环线市郊列车运行的要求，远期根据客流需求适时修建复线。昌平站改建后平面如图4所示。
既有铁路昌平站经过改建，新增东北环线车站。东北环线市郊列车平峰时段运行间隔较大时允许高铁列车通过，货车则利用夜间时段通行。S2/S5市郊车发车站将调整至南口站，不进入东北环线运行。根据昌平站市郊场线路布置，市域车下行直向进站、侧向出站，上行列车侧向进、出站，19号线下行和上行列车均为侧向进、出站。昌平车辆段列车发车进路与昌平站下行列车出站进路中有一段线路是共用的，因此两条进路需互相避让，这对昌平站收发车能力和通过能力均有明显影响。昌平站东北环线和地铁19号线列车运行进路如图5所示。
2.2信号布置方案
根据昌平站站场布置方案，设置进、出站及进路信号，进站信号位于车站最外方道岔外侧并满足50m的安全距离，出站信号位于第一组逆向道岔尖轨外方
2.3CTCS-2列控系统计算方法与参数
东北环线系统最大通过能力不低于20对/h，正线采用CTCS-2级列控系统+ATO+自动折返。CTCS-2级列控系统[3]是基于轨道电路和点式应答器传输列车运行许可信息，并采用目标-距离模式监控列车安全运行，以车载信号作为行车凭证。CTCS-2级列控系统采用的是准移动闭塞方式，闭塞分区划分满足任意7个连续闭塞分区长度之和不小于动车组以CTCS-2级控车模式运行的要求，满足未或者警冲标内侧[2]。折返线设置接发车进路信号。昌平车辆段进段信号位于车辆段第一组交叉渡线外侧。昌平车辆段收发车采用列车模式，出段信号位于警冲标内侧。昌平站信号布置如图6所示。昌平站正线下行、上行方向进、出站信号间距分别为962、1552m，间距较大，影响车站通过能力。昌平车辆段出段线进站信号SB、XB间距283m，入段线进站信号XA、SA间距212m，区间长度太短无法设置区间通过信号，SB/SA距离昌平站中心1378m，XB、XA距离昌平站中心分别为1662m、1572m，距离较长影响车辆段收发车能力。装备列控车载设备的列车按四显示自动闭塞行车的要求，满足长大坡段不限速的要求。
2.3.1列车追踪间隔计算方法
列车运行以车站、线路所划分的区间及自动闭塞区间通过信号机或区间信号标志牌所划分的闭塞分区作为间隔。列车追踪间隔是计算列车追踪能力的依据，列车追踪能力主要分为区间、车站和场段收发车能力，区间追踪能力根据列车在区间追踪间隔计算，车站追踪能力根据车站出发追踪间隔、车站到达追踪间隔、车站通过追踪间隔计算，场段收发车能力根据到达间隔、发车间隔计算。
1)准移动闭塞区间追踪间隔计算原理。以前行列车所在闭塞分区入口附加一定的安全防护距离为追踪目标点，在满足目标制动距离条件下，后行列车正常运行而必须间隔的最短距离范围内的走行时间，区间追踪间隔计算式为
V运为列车运行速度，km/h；L列为列车长度，m；L分区为分区信号至列车车尾之间的距离，m；L防为安全防护距离，m；L制为列车制动距离，m；t附为列车追踪运行附加时间，s。
2)准移动闭塞车站到达间隔计算原理。自前行列车到达车站时起，至同方向后行列车到达该站时止的最小间隔时间，包括办理后行列车到达作业时间和后行列车由正常运行速度降至规定速度完全进入站内股道的时间。车站到达间隔计算式为
L岔区1为进站信号至列车停车车尾距离，m；t到作为列车到达车站办理作业时间，s。
3)准移动闭塞车站出发间隔计算原理。自前行列车由车站发出时起，至由该站同方向再发出另一列车时止的最小间隔时间，包括前行列车从车站出发至出清一离去时间和办理后行列车出发作业时间。车站出发间隔计算式为
L岔区2为出站信号与逆向进站信号之间距离，m；L离去为逆向进站信号与区间信号机之间距离，m；t发作为列车出发办理作业时间，s。
4)准移动闭塞车站通通间隔计算原理。自前行列车通过车站时起，至同方向后行列车再通过该站时止的最小间隔时间，包括前行列车出清一离去后办理后行列车通过作业时间、后行列车以正常运行速度通过进站停车制动距离和一离去范围的时间。车站通通间隔计算式为
L车站为进站信号与出站信号之间距离，m；L离去为逆向进站信号与区间信号机之间距离，m；t作业通过为办理后行列车通过作业时间，s。
2.3.2采用的参数
1)列车追踪间隔计算参数。根据《高速铁路列车间隔时间查定办法》(Q/CR471—2015)，列车追踪间隔计算相关参数[4]见表1。
2)车辆参数。东北环线车辆拟采用市域D型车，初期运营采用4辆编组、3动1拖，近期增加6辆编组、4动2拖，最高运行速度均为160km/h。市域D型车按照6辆编组计算追踪间隔和通过能力。地铁19号线跨线列车为双流制A型车，8辆编组、6动2拖，最高运行速度120km/h。车辆参数见表2。
2.4昌平站牵引计算结果
根据东北环线路、站场、车辆、信号等资料，利用计算软件《列车牵引计算与闭塞分区设计系统》V1.2进行计算。
2.4.1车站到发追踪间隔
东北环市域列车在昌平站停站，然后发往南口站。市域列车在昌平站追踪间隔根据列车到达间隔、停站时间、出站距离计算，侧线发车按照岔区有码进行计算，以前行列车车尾出清出站信号为准，即可办理后行列车接车进路[5]。光华路站—昌平站区间为双线，昌平站—南口站区间为单线。昌平站市域列车追踪间隔计算结果见表3。
从计算结果可以看出，市域列车在昌平站下行和上行追踪间隔分别为214.1、253.8s，通过能力为17、14对/h，不满足系统20对/h通过能力要求。昌平站前后区间的牵引计算如图7所示。
昌平站列车折返牵引计算如图8所示。市域D型车和地铁19号线A型车在昌平站上、下行各设一条到发线，两种列车共用两条折返线[7]，从计算结果可以看出，市域D型车折返追踪间隔167.5s，地铁19号线A型车折返追踪间隔169.3s，折返能力均为21对/h，满足系统20对/h通过能力要求。而昌平站下行到发线的通过能力为17对/h，上行18对/h，因此昌平站折返能力受到发线能力的限制仍不满足20对/h。
2.4.3昌平车辆段出入线追踪间隔
东北环线昌平车辆段负责市域列车和地铁19号线列车的停放、检修任务，昌平车辆段设双出入线采用12号道岔与昌平站北端咽喉连接，列车限速45km/h，车辆段内采用9号道岔，列车限速35km/h。车辆段发车和收车追踪间隔计算结果见表5。
2.4.2车站折返追踪间隔
东北环线市域列车和地铁19号线跨线列车在昌平站折返[6]，19号线跨线列车为双流制双车载列车，进入东北环线按照CTCS-2级控车模式运行。昌平站折返线采用三组12号交叉渡线与到发线连接，列车折返限速45km/h，列车进、出折返线的距离573m，时间1.1min。东北环线采用ATO+自动折返，列车在折返线自动转换时间按照20s计算。昌平站市域D型车、地铁19号线A型车折返追踪间隔见表4。
昌平车辆段出入段线牵引计算如图9所示。
从计算结果可以看出，昌平车辆段内市域D型车和地铁19号线A型车的发车和收车能力分别为27/27对/h、29/28对/h，而从车辆段发出的列车在昌平站的通过能力为14/13对/h，昌平站往车辆段收车的通过能力为17/17对/h，因此昌平车辆段收发车能力受昌平站到发线能力的限制仍不满足20对/h。
2.5昌平站运营场景计算
根据以上3种运营场景的追踪间隔，结合列车区间运行时间、停站时间，通过铺画运行图，计算昌平站最大通过能力。运行图范围包括沙河北站、昌平站、南口站、昌平车辆段，计算场景为市域车和地铁19号线列车在昌平站折返，市域列车和地铁19号线列车往昌平车辆段收车和发车，市域列车上下行正线列车到发，如图10所示。
根据昌平站运营场景运行图计算结果，昌平站市域车通过能力16对/h，地铁19号线车16对/h，市域车与地铁19号线车交替运行通过能力20对/h。由于昌平车辆段列车发车进路与昌平站下行列车出站进路中有一段线路是共用的，两条进路需互相避让，影响昌平站上行通过能力，因此上行方向市域车与地铁19号线车交替运行通过能力19对/h。昌平站站场平面较复杂，它是市域车和地铁19号线跨线列车的折返站，昌平车辆段的接轨站，是东北环线重要的车站之一，通过优化昌平站设计方案，进一步提高通过能力，实现东北环线系统运营要求，对东北环线运营非常重要。
3昌平站方案优化
3.1昌平站平面布置优化方案
为了提高昌平站追踪能力，实现东北环线系统运营要求，对昌平站站场、信号方案进行优化。
1)对昌平车辆段出入段线进行优化。增设一条入段线，与原单出入线平行并位于其西侧。出入段线车站端取消两组单渡线，改设一组12号交叉渡线与车站站线连接，并设一组单渡线与区间正线连接。出入段线在车辆段内已有两组交叉渡线连接，因此取消原出入段线靠近车辆段的一组道岔和一组单渡线。
2)对昌平站南端咽喉区进行优化。取消八字渡线，调整7、9股道为东北环线市域D型车到发线，使得市域D型车可以直向进站，提高通过能力，5、11股道为地铁19号线列车到发线，列车侧向进站。7、9股道与区间正线通过一个600m半径曲线连接，取消原方案的反向曲线。
3)对昌平站信号进行优化。根据昌平站南端咽喉区和北端出入线的优化，上、下行方向均设置进路信号和总出站信号，可以缩短列车进、出站的追踪间隔。昌平车辆段距离昌平站较近，出入段线长度较短，出入线区间不设信号。昌平站站场、信号方案优化如图11所示。
3.2优化后牵引计算结果
昌平站和昌平车辆段出入线方案优化后，市域列车和地铁19号线跨线列车追踪间隔计算结果见表6～表8。
优化后追踪能力方案对比见表9、表10。根据计算结果，方案优化后，市域车在昌平站正线到发追踪间隔、折返追踪间隔、昌平车辆段收车和发车间隔均达到20对/h，优于原方案。地铁19号线列车往昌平车辆段发车追踪能力达到20对/h，昌平站折返追踪能力、入段能力为18对/h，优于原方案，但仍不满足系统20对/h能力要求。
3.3昌平站优化方案运营场景计算
昌平站站场、出入段线及信号方案优化后，根据正线列车追踪间隔、车辆段出入线追踪间隔、昌平站折返追踪间隔对3种运营场景进行计算，如图12所示。
根据运行图计算结果，综合3种运营场景情况下，昌平站市域车最大通过能力20对/h，地铁19号线车18对/h，市域车与地铁19号线车交替运行通过能力23对/h。方案优化后昌平车辆段列车发车进路与昌平站下行列车出站进路共用段长度缩短，避让时间减少，昌平站上行通过能力提高，满足23对/h。昌平站方案优化后通过能力比原方案提高较多，市域车通过能力从16对/h提高至20对/h，地铁19号线车通过能力从16对/h提高至18对/h，两种车交替运行通过能力从20对/h提高至23对/h，满足系统通过能力要求，而且留有15%的余量，可以实现3min运行间隔。
3.4方案比较
东北环线昌平站优化方案与原方案的对比见表11。
昌平站方案优化后，线路长度共增加319.7m，但是未增加用地面积和拆迁量。单开道岔减少8个，12号交叉渡线增加一组，增加信号机6个。
4市域郊铁路车站通过能力影响因素分析
东北环线采用CTCS-2列控系统[8]，列车追踪为准移动自动闭塞方式，列车在车站的追踪能力主要受到发线数量、到达追踪间隔、发车追踪间隔、停站时间、列车限速等因素的影响[9]。
4.1列车到达追踪间隔
列车进站追踪间隔是指前行列车到达站台开始到后续列车到站时止所间隔的时间。进站追踪间隔受进站信号、列车进站速度、到发线数量等因素的影响。
4.1.1到发线数量
昌平站对于市域D型车和地铁A型车上下行方向各设置一条到发线，因此前后列车追踪到达间隔需考虑停站时间和列车出清站台时间，如果两种列车交替运行则不考虑停站时间和出清站台时间，可以缩短列车到达追踪间隔，提高追踪能力。但是增加到发线会增加土建规模，同时列车侧向进站需要限速，增加进站时间。从昌平站优化方案来看，单股道到发线通过能力为20对/h，双到发线通过能力达到23对/h，增加一条到发线通过能力可以提高3对/h。
4.1.2进站信号
昌平站原方案下行进站信号距离站台742m，上行1352.8m，方案优化后，在站内设置进路信号，下行和上行进路信号距离站台分别为441、364m，比原方案减少了301、988.8m，到达追踪间隔下行减少了34.4s，上行减少了66s，追踪能力下行提高了3对/h，提升17.6%，上行提高了6对/h，提升42.8%，追踪能力提升较大。进站信号优化对比见表12。
4.1.3进站速度
列车从区间运行至车站站台需要限速，昌平站股道中心线距离D型车站台边界1.75m，距离A型车站台边界1.6m，根据规范要求，列车在有效站台范围内限速60km/h[10]。由于A型车到发线为侧向，列车侧向过岔限速45km/h，进站时间47s，而D型车到发线为直向，列车不限速，进站时间39s，比侧向进站减少8s，减少17%。因此，提高列车进站速度有利于提高列车通过能力。
4.2列车发车追踪间隔
列车发车追踪间隔是指从前行列车出发离开站台时开始至后续列车出发离开站台时止所间隔的时间。列车发车追踪间隔以前行列车离开区间第一架信号机后开通后续列车发车进路。发车间隔受区间第一架信号、出站速度等因素的影响。1)区间第一架信号区间第一架信号机距离逆向进站信号机不小于700m，并满足列车监控距离的要求。昌平站原方案下行出站区间第一架信号机距离站台2053m，上行1442m，方案优化后，在站内设置出站进路信号以及总出站信号，下行和上行出站进路信号距离站台分别为451、381m，比原方案减少了1602m、1061m，发车追踪间隔下行减少了115.4s，上行减少了46.4s，追踪能力下行提高了20对/h，提升了125%，上行提高了14对/h，提升51.8%，追踪能力提升显著。出站信号优化对比见表13。
2)出站速度昌平站A型车到发线为侧向，列车出站侧向过岔限速45km/h，昌平站优化方案列车离开区间第一架信号时间40s，而D型车到发线为直向，列车不限速，列车离开区间第一架信号时间32s，比侧向出站减少8s，减少20%。因此，提高列车出站速度有利于提高列车通过能力。
5结论
东北环线昌平站要实现20对/h的通过能力，需从站场线路方案、信号设置、列车运行速度等方面综合优化。
1)尽量缩短车站两端咽喉区长度，减少列车进、出站距离。东北环线昌平站由于站内作业种类较多，功能复杂，导致车站两端道岔较多，咽喉区较长，因此考虑在车站两端设置进路信号，减小列车追踪间隔，下行和上行方向的通过能力分别提高了3、6对/h，实现了3min的追踪间隔。
2)昌平站下行和上行方向市域D车和地铁A车各只设置一股道到发线，经过计算单股道到发线通过能力比双股道到发线能力减少3对/h，因此增加到发线数量可以提高车站的通过能力，设计时需结合工程投资综合比选。
3)列车运行速度。列车进站和出站速度受曲线、侧向过岔、站台限界等因素的影响，昌平站侧股采用12号道岔连接，侧向限速45km/h，直向进、出站比侧向进、出站运行时间各减少8s，约占总进、出站运行时间的17%、20%，要提高进出站速度可采用18号道岔连接，列车侧向速度可以达到80km/h，站台限界满足80km/h速度进站，但需考虑工程投资是否合理。昌平站汇集了3条铁路线和1条市郊铁路(含地铁)线，场站规模较大，市郊场开行市郊列车和地铁列车，采用公交化运营，通过能力要求达到20p/h。东北环线昌平站通过方案优化，列车追踪能力从下行17对/h、上行14对/h均提高至20对/h，昌平站追踪能力满足系统最大通过能力要求，实现了系统运营的目标。昌平站多种运营场景下最大通过能力从20对/h提高至23对/h，留有15%的余量，提高了运营的灵活性。市郊铁路公交化改造实现多制式互联互通，希望能为同行提供借鉴。
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