NEC这个概念可以追溯到昔日的铁路巨头,宾州铁路公司(Pennsylvania Railroad, PRR)还健在的时期。但是美铁内部,NEC并不是正式的名称。根据美铁的文件[1],这一铁路通道各个区间分别叫做:
a.本线:纽黑文至波士顿段(Main Line—New Haven to Boston,NHB):起自康州纽黑文市纽黑文联合车站(New Haven Union Station,MP 72.3,里程从纽约宾州车站(Penn Station)计算,下同),终到麻省波士顿市波士顿南站(South Station,MP 228.7),大部分区间双线,自米尔河线路所(MP 73.6)的分相起至波士顿南站25kV 60Hz电气化,波士顿南站为尽头站,电气化线路终止于此;
b.本线:哈罗德至CP216段(Main Line—Harold to CP 216,NYS):起自纽约州纽约市皇后区的哈罗德线路所(Harold Interlocking,MP 3.7),终到纽约州新罗谢尔境内的CP216(MP 18.9),双线,12.5kV 60Hz电气化;
哈罗德线路所北侧的电分相,以北为60Hz工频电气化,以南为25Hz低频电气化,自行拍摄
c.纽约枢纽内线路(New York Terminal District,NYT):起自宾州车站(MP 0.0),终到哈罗德线路所,12kV 25Hz电气化;
d.本线:纽约至费城段(Main Line—New York to Philadelphia,NYP):起自宾州车站(MP 0.0),终到宾州费城市境内的动物园线路所(Zoo Interlocking,MP 88.0),大部分区间4线,局部双线,12kV 25Hz电气化;
动物园线路所,自行拍摄
e.本线:费城至华盛顿段(Main Line—Philadelphia to Washington,PW):起自动物园线路所(MP 88.0),终到华盛顿哥伦比亚特区境内的CP AVENUE(MP 134.6),2-3线,12kV 25Hz电气化;
f.华盛顿枢纽内线路(Washington Terminal District,WT),起自CP AVENUE(MP 134.6),经华盛顿联合车站(Washington Union Station,MP 136.0),由第一街隧道(First Street Tunnel)下穿国会山后出地面,终止于市内的CP VIRGINIA(MP 137.1),衔接货运铁路公司CSX的RF&P线(RF&P Subdivision)。12kV 25Hz电气化终止于联合车站。
首先是桥梁。NEC沿线有相当多数的桥梁建成时间非常早,当时由于建造技术有限,为节省成本,桥面往往净空不足。为了满足船舶通行的需要,它们通常被设计为可动桥(moveable bridge),在大型船舶通过时桥面开启,其它时候桥面闭合供列车通行。在纽约及周边地区,这样的桥梁就有两座,港口桥(Portal Bridge)和皮尔海姆湾桥(Pelham Bay Bridge),均为双线桥:前者建于1910年,为旋转桥;后者建于1907年,为升降桥。两桥目前状况都非常恶劣,亟需更换,而前者带来的问题由甚。 港口桥位于NYP线上,正如前文所述,NYP线大部分区间为4线。在港口桥上,4线缩为双线,毫无疑问是另一个瓶颈路段。更糟糕的是,由于年代久远,港口桥的活动机构经常发生故障,有时候一经开启便无法关闭,造成行车中断。为应对这一问题,该桥允许开启的时间段一再调整。最近一次调整是在2019年下半年,据报,之后港口桥在早晚高峰时段将永不开启[10]。当然,这显然只是权宜之计。要从根本上解决桥梁故障的问题,至少需要兴建一座净空足够的双线桥;要彻底打通双线瓶颈,那么得造两座双线桥,或者一座四线桥。目前的方案是新建两座双线桥,先建港口北桥(Portal North Bridge),后建港口南桥(Portal South Bridge)。目前港口北桥的前期工作已全部完成获批,四电迁改所涉的部分工程也正在施工中,万事俱备就差钞票了。可是特朗普政府不待见这个项目不想给钱,因而主体工程动工仍然遥遥无期。
顺便一提,2019年下半年美铁曾经对港口桥桥面进行了一次维修,分两阶段进行,每一阶段停用一条轨道,另一条改双向运行。四线的车流压缩到单线真是如同噩梦一般的体验,那时候坐到纽瓦克站换PATH都比不换乘来得快。
然后是隧道。纽约宾州车站是一座地下车站,通过双洞单线的北河隧道和四洞单线的东河隧道两条隧道分别穿越哈得逊河和东河,连接新泽西和皇后区。除了上文提及的北河隧道双线瓶颈之外,2012年飓风珊迪重创纽约时引发的风暴潮也把这两条隧道内部“泡”得一塌糊涂。但由于行车密度高,加上没有维修天窗,一直无法对这些隧道开展彻底维修(当然遭此劫难的不止美铁一家,纽约地铁许多跨东河隧道更是泡得惨不忍睹)。要彻底解决问题,无疑需要新建跨哈得逊河的双线隧道。相比于港口北桥,这个项目进度更落后,前期工作都没有完全批复,尚处于大饼状态。
第三是站场。就从纽约宾州车站说起,以下是宾州车站站场布置图:
第四是线路所。除了宾州车站西咽喉,纽约枢纽内还存在多处明显的平面交叉,最明显的一处是哈罗德线路所。这要从宾州车站东咽喉说起。东河隧道I、II/III、IV线分别自宾州车站中场、北场引出,下穿东河后在皇后区立体疏解后折向东北,I/III道居右,II/IV道居左,出地面后与LIRR本线(往长岛市站方向)汇合,进入哈罗德线路所,分出NYS线(双线)、LIRR本线(四线)和LIRR华盛顿港支线(Port Washington Branch,双线)。阳边车辆段出入段线也由此引出:
相较而言,国铁的列控系统会以图线的形式直观地标示前方路段的限速。
ACSES自世纪之交开始在NEC沿线安装,直至2015年底完全启用,符合美国基建一向拖沓的作风。讽刺的是,在同年5月12日,北费城站附近发生了一起超速过弯引发的脱线事故,导致8死200余伤,这将美铁既有ATC系统为兼顾效率而不完全安全的本质暴露无遗。倘若安全的ACSES系统能早一点启用,那么这一起事故便不会发生。
破百了,多写一点。众所周知,北京东郊有一条“环行铁路”,由铁科院下属的东郊分院管理,用以测试国铁和城市轨道交通的新装备。但是在世界范围内,北京的环铁既非唯一,也非最大。在美国科罗拉多州普韦布洛,有一个更大的“环铁”——普韦布洛试验中心(Transportation Technology Center,TTC )。和北京的环铁一样,TTC也有一个大环和一个小环,以及各类专业实验室。大环是大铁试验线(Railroad test track,RTT),现在NEC上运用的所有高速机车车辆,都曾经受过RTT这个大环的洗礼。由于半径更大,这个大环所允许的试验速度比北京环铁的大环要高一些。国铁设计时速200km/h的FXD1/3(原HXD1G/HXD3G)要进行240km/h级别的动力学试验,在北京的环铁就做不了,最后是拉到津霸客专线上做的。但是在TTC,这样的试验就能进行。小环是城轨试验线(Transit test track,TTT),可以用来测试不同制式的城轨车辆装备。
宾夕法尼亚铁路采用了直供电的供电方式。牵引变压器直接将2×66kV的高压电降压至11kV,馈入接触网,经受电弓流过机车后进入钢轨。宾夕法尼亚铁路的电气化系统不设置回流线;回流是由钢轨、大地乃至接地线共同完成的。相较而言,国铁普速铁路普遍采用带回流线的直供电,利用回流线分担钢轨和大地中的回流。然而,一来宾夕法尼亚铁路管内路基路段比较多,接地电阻比较小(相较于无砟轨道而言),二来牵引变电所的间隔(10~15km)也远小于国铁的惯例(30~40km),钢轨/大地回流带来的压降/钢轨电位过高的问题并不严重。至于电磁污染嘛——我还真不知道是如何解决的。
宾夕法尼亚铁路选择11kV/25Hz的供电方式也带来了一些问题。相较于今日普遍使用的25kV/工频,较低的网压意味着较大的电流,和较大的网压降。当车流密度上来以后,网压过低就成了一个问题。在20世纪中叶,高压电路升压至138kV(2×69kV),在不对牵引变电站作大规模修改的情况下,接触网网压的标称值就升至了12kV,沿用至今。
值得一提的是,在当时美国东北部使用11kV/25Hz供电的铁路公司并不止宾夕法尼亚铁路一家,雷丁铁路公司(Reading Company)和纽约、纽黑文和哈特福德铁路(New York, New Haven & Hartfold Railroad,NYNH&H;上述的MNRR纽黑文线即是昔日NYNH&H的资产)都使用这种电气化制式。然而它们没有采用直供电,而采用了自耦变压器,就是我们今天熟知的AT供电。在AT供电系统中,牵引变压器输出的不是11kV,而是2×11kV(两条馈电线对地11kV,相位相反),一条馈电线接入接触网,另一条通过自耦变压器与钢轨和接触网相连。相较于直供电,由于电压升高的缘故,接触网上的电流就会小一些。
有趣的是,NYNY&H在1907年对今日纽黑文线伍德罗恩~斯坦福区间进行了电气化。纽黑文线也成为了全世界第一条由高压、单相、交流电电气化的铁路干线。仅在7年之后的1914年,NYNH&H便将此线的供电系统由直供电升级为AT供电,在减小压降的同时,也有效地降低了沿线的电磁污染。AT供电的发明远比大多数人想象的要早,也根本不是什么高速/重载铁路的专利。
宾夕法尼亚铁路的接触网普遍使用链形悬挂,在接触线上方至少悬挂一根承力索。在悬挂方式上,其具有下列特征:
a. 直悬挂斜悬挂并用。直线区间以直悬挂为主,曲线区间大量使用斜悬挂为主——在弓网关系没有被透彻研究的年代,斜链形悬挂是一种朴素的提升接触网稳定性的手段。
b. 以简单链形悬挂为主,具备部分复链形悬挂的特征。如上文所述,由于网压低电流大还是直供电,出于减小压降及提升稳定性之目的,宾夕法尼亚铁路在开行客车的干线的正线的接触网上普遍设置了分流用的辅助承力索,但其与今天我们所理解的复链形悬挂有所区别,在于辅助承力索直接由线夹与接触线固定在一起,而不是通过吊索与接触线相连。
c. 无补偿。准确地说,在宾夕法尼亚铁路电气化的时代整个美国都没有带张力补偿装置的接触网。张力补偿装置似乎是欧洲的发明。缺乏张力补偿装置,如本文一开始所述,限制了接触网内的波速,在极端天气情况下则由甚。
哈罗德线路所以北的电分相,注意红圈圈起来的部位,即是一组没有补偿的承力索和接触线的终点,自行拍摄
d. 高度变化大。在净高不足的北河隧道、巴尔的摩B&P隧道内,接触网高度不足5米,而在相当多数路基地段,网高可达6米。
e. 未按“之字形”架设。宾夕法尼亚铁路在架线时,在直线区间并没有刻意将接触线在相邻的接触网支柱之间架成之字形,这有违于今日接触网架设的基本规范——如果今天的接触网如此假设,那么很快受电弓碳滑板就会磨出凹槽来,轻则提前报废,重则刮弓卡线,带着接触线一起同归于尽。当然这并不意味着宾夕法尼亚铁路的接触网在直线区间一点都不摆动——毕竟那个时候挂网精度没那么高,实际上接触线是在那个不怎么小的容差范围里摆动的。
7、西班牙国铁叫Renfe,Red Nacional de los Ferrocarriles Españoles—National Network of Spanish Railways的缩写,全资国有企业。
8、西班牙国铁设施与运营分开,除车辆和车厂以及必要的运营设施属于Renfe外,路网、车站及设备归另一家全资国企ADIF所有。
9、西班牙高铁一样有Renfe的小姐姐穿着制服推着小车车沿走道叫卖咖啡零食面包和三明治。
10、曾经的曾经,服务Barcelona的一家私营通勤铁路公司,学习伦敦地铁为每条线路命名。到今日,则均是按照标号和颜色来区分。
11、Barcelona地铁有三种轨距,米轨,标准轨和伊比利亚宽轨。
12、Barcelona地铁的其中一家运营公司FGC,使用共计4种轨距,罕见至极。此外这货业务遍及地铁、通勤铁路、市郊列车、货物列车、登山铁路(齿轨)、有轨缆车……还差有轨电车和新交通,再接再厉嗯。
13、Barcelona地铁的9、10号线不少区间是共线运行的,跟北京地铁14号线一样,这俩货现在处于分段开通状态……
SNCF的缩写是Société nationale des chemins de fer française,不是Société nationale des chemins de fer
法国铁路的冷知识:
法国铁路是典型的一国两制:传统上以巴黎为界,塞纳河北面,东面和西面的铁路采用的是25kv交流制,南面,西南和东南的铁路采用的是1500v直流制。但是法国第一条交流制试验线却是在南面的Aix les bains搞的,而且最初的电压是20kv,后来提高到25kv,这是世界上第一条用于正式运营的工频交流铁路线。不远的Bellegarde车站,在2010新开放TGV站台之后,由于另外一部分原先的站台采用的是直流制供电,为了避免下行上坡方向出站列车多次切换电流制的问题,有一段接触网可以在两种电流制之间自由切换,原理类似地面过分相系统。目前这个车站已经完全改为交流制。