轉換軌長度及位置探討

常 毅

*西安市地下鐵道有限責任公司 工程師，710018 西安

列車從車輛段向正線行駛時，須在轉換軌上從非CBTC模式轉換為CBTC模式，再投入正線運營。因此轉換軌的設置直接影響列車是否能夠正常投入運營，另外轉換軌設置合理還能節省土建投資。下面將分別探討地鐵中轉換軌長度和轉換軌設置位置。

1 轉換軌長度

1.1 列控模式轉換過程

列車在非CBTC駕駛模式下，以5 km/h的速度出庫，出庫后以25 km/h的限制速度運行到轉換軌。在轉換軌上，列車經過建立車-地通信、定位、篩選、輪徑校準后進入CBTC駕駛模式，并向車站行駛，投入載客運營。建立車-地通信，是列車與地面設備建立雙向通信，取得移動授權。定位，是列車確定自己在線路中的位置和運行方向。篩選，是確定列車的頭部和尾部沒有跟隨或連掛其他車輛，俗稱影子車 (如圖2中帶問號車輛)，防止沖撞。輪徑校準，是檢查列車車輪直徑，以免在通過車輪直徑計算列車位置時超過系統能夠包容的誤差。

圖1為典型的轉換軌布置圖 (不包括車-地通信設備)。下面將結合圖1以A2—A6區段為例詳細說明列車在轉換軌上的轉換過程，A1—A5的轉換過程相同不再贅述。

圖1 典型的轉換軌布置圖

1.2 列車定位

當列車從車輛段以非CBTC駕駛模式向正線方向行駛時，列車首先與軌旁的無線通信設備建立車-地通信。經過靜態信標JT2時，列車通過車載線路數據庫確定自己在線路中的位置;經過JT4/JT6時，列車確定自己的運行方向。列車把自己的位置、運行方向和速度等相關信息通過車-地通信設備傳給軌旁的列車自動防護系統ATP，由ATP計算列車的移動授權，為本列車投入CBTC駕駛模式運行做準備。

JT2、JT4、JT6互為冗余設備，只需要2個靜態信標工作正常即可完成列車定位，從圖1中可以看出列車定位長度需要70 m。冗余靜態信標的配置大大提高了列車定位的可用性。

1.3 列車篩選

列車完成車頭篩選后即可投入CBTC駕駛模式運行，但如果車尾沒有篩選，將導致后續列車不知道前行列車的危險點在何處，使得后續列車無法投入CBTC駕駛模式，因此在轉換軌上也必須進行車尾的篩選。

列車篩選有兩種方式。圖1為其中的一種篩選方式。

1.3.1 列車篩選方式一

如圖1所示，列車完成定位后，走行25 m讀到靜態信標JT8、JT10開始啟動列車篩選程序，先篩選車頭，再篩選車尾。

列車車頭篩選如圖2所示。當列車車頭與計軸磁頭A4的距離小于線路上最小列車的長度時，若A4—A6區段沒有列車占用，表示車頭前方沒有影子車;相反若A4—A6區段有列車占用，表示車頭前方有影子車。

圖2 列車車頭篩選示意圖

列車車尾篩選如圖3所示。當列車車尾與計軸磁頭A4的距離小于線路上最小列車的長度時，若A2—A4區段沒有列車占用，表示車尾后方沒有影子車;相反若A2—A4區段有列車占用，表示車尾后方有影子車。

圖3 列車車尾篩選示意圖

JT12、JT14為冗余篩選信標，冗余篩選信標的配置大大提高了列車篩選的成功率。列車篩選方式一所需的長度為31 m。

1.3.2 列車篩選方式二

列車篩選的第二種方式為在轉換軌上設置一段計軸區段，該區段的長度為列車長度與本線中的最小車輛長度之和。采用本篩選方式，定位的長度和篩選的長度可以合設。

當列車完全進入該計軸區段后，若其前后區段均無列車占用，則該列車前后均無影子車;相反若車頭前方的計軸區段被占用，則列車前方有影子車;若車尾后方的計軸區段被占用，則列車后方有影子車。

考慮到線路中一般的最小列車長度為13 m左右，取值15 m，因此A、B型列車篩選方式二所需的長度分別為155 m、135 m。

1.4 列車輪徑校準

列車完成篩選后，開始進行輪徑校準。輪徑校準是列車測量本車位置的基礎，必須準確。輪徑校準也有2種方式:一種是人工輸入人工測定的車輪輪徑值;另一種是自動進行輪徑校準。也可2種方式都采用。人工輸入輪徑值的精度遠遠高于自動輪徑校準的精度，建議采用人工輸入輪徑值的方式。

自動輪徑校準如圖1所示，列車讀到靜態信標JT8、JT10啟動列車篩選程序的同時，啟動自動輪徑校準程序，當列車讀到 JT12、JT14時，列車通過統計走行這段距離車輪所轉動的圈數來計算列車的輪徑值。

列車在完成篩選后即可投入CBTC駕駛模式，但在進入正線車站之前必須人工輸入車輪輪徑值或進行自動輪徑校準，才能以CBTC駕駛模式投入載客運營。建議在轉換軌完成列車輪徑校準，否則影響車輛段出車效率。

用于輪徑校準的距離越平越直，輪徑校準的精度越高。彎道，會導致列車兩邊的車輪走行距離不一致。坡道，容易導致空轉打滑，車輪轉動的圈數容易計數錯誤。因此，用于輪徑校準的平直距離不得少于60m。

1.5 轉換軌長度

綜上所述，轉換軌的長度是由列車的定位、篩選、輪徑校準3個過程決定的。若采用如圖1的轉換過程，轉換軌長度為A2—A4—A6的計軸區段長度，其長度不得小于186 m。若采用第二種篩選方式及人工輸入車輪輪徑值的方式，轉換軌長度不得小于155 m。綜合考慮轉換軌對于各系統供貨商設備的包容性，設計時轉換軌長度可按平直距離200 m設計。

2 轉換軌位置

轉換軌的位置設置有2種方式:一種是靠車輛段設置;另一種是靠正線設置。正線和車輛段之間的出入段線一般有1000 m左右的距離，哪種方式更合理，需要考慮列車在出入段線上的運行安全和運行效率。在基于安全和出入段線的行車間隔要與正線相適應的前提下，再來討論轉換軌的設置位置。

1.靠正線設置轉換軌。列車從車輛段向轉換軌運行時，在轉換為CBTC駕駛模式前，只能按人工限制駕駛模式運行，一般以不超過25 km/h的限制速度運行。為了與正線的行車間隔相適應，需多列車同時往轉換軌行車，這需要設置多架信號機和多個計軸區段。由于地鐵車輛段一般設置在地面，正線線路在地下，出入段線上存在約30‰的斜坡，如果行駛在出入段線上的某列車出現制動系統故障，容易導致多列車連續相撞的事故。

2.靠車輛段設置轉換軌。列車一出車輛段就進入了轉換軌，能夠在轉換軌及時把駕駛模式轉換為CBTC駕駛模式，列車可以在出入段線上以土建限制下的最高速度運行。在滿足正線的行車間隔的情況下，一般出入段線上只有一列車運行。如果該列車出現制動系統故障，該列車只會沖撞安全線的車擋，不會影響其他列車，同時也無需設置多架信號機和多個計軸區段。

綜上所述，靠車輛段設置轉換軌相對于靠正線設置轉換軌，不但能滿足正線的行車間隔要求，同時更安全，因此設計時把轉換軌設置在靠車輛段的位置。

3 結束語

通過以上對轉換軌長度及位置的探討，為我們設計轉換軌的長度和位置提供了一個參考，便于開展設計工作。