有軌電車道岔控制方案及安裝方式研究

王國軍，賈利生，韓 曉

(1.鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251;2.天津濱海快速交通發展有限公司，天津 300457

近年來，以汽車為主導的城市交通模式所帶來的問題日益嚴重，能源危機、環境污染、土地緊缺、交通擁堵等問題迫使各城市將大容量的軌道交通作為發展城市公共交通的重點［1］。公共汽車由于與其他汽車共享路面，速度不能得到很大的提高;而地鐵建設成本高昂，在市郊使用也不經濟;在此情況下，電力牽引有軌電車的優點逐漸明顯:無污染、客運能力大、速度高(郊區或專有路權地段)、彈性靈活、舒適新穎［2］、投資較低［3］。

有軌電車在特大城市可以作為大運量軌道交通系統的補充，作為大運量軌道交通在衛星城和新城內的延伸線;在一些中小城市或城市經濟活動密集的中心區域，現代有軌電車不僅能夠提供便利的交通服務，而且能夠提供舒適的乘車環境。有軌電車可以作為快速軌道交通在城市中心人流密集區域的加密，在城市外圍串接、加密和接駁不同大容量快速軌道交通線路，并且在未來隨著公共交通需求的增長以及城市機動車交通問題的出現，有軌電車必將得到進一步的推廣和發展［1］。

道岔是有軌電車重要的基礎設施之一，針對有軌電車道岔控制方案進行研究，提出適合于有軌電車項目的道岔控制方案。

1 有軌電車道岔控制方式

總體來講，道岔控制可分為手動(非電動)控制及電動控制兩種控制方式。

1.1 手動(非電動)方式

有軌電車項目道岔號碼較小、運營速度較低且運行交路固定。為減少工程投資，部分道岔可以采用由人直接或間接操縱機械轉換設備或采用彈性可擠機械式轉轍器完成道岔的轉換。

1.1.1 采用順向彈性可擠式道岔

當工程采用該類型道岔時，折返站可不設置道岔轉轍機(器)，利用道岔自身結構特點及附帶的彈簧裝置，在電車車輪側向力的作用下，自動完成道岔直向和側向轉換，使有軌電車完成轉線作業。如圖1所示。

圖1 有軌電車站后折返示意

長春54路即采用上述折返方式。在折返站設置彈性可擠式道岔，道岔常態為開通側向位置，電車從站臺位置開始由岔后直向通過道岔時，道岔被擠到直向位置，電車通過道岔進入折返線后，道岔恢復至原位，然后電車從折返線進入另一側站臺位置，完成折返。圖2是長春54路折返站道岔圖片。該方式下是由電車將道岔“擠”到直向位置的，適用于固定折返方式的折返站。

圖2 順向彈性可擠式道岔

1.1.2 采用彈性可擠機械式轉轍器

與上述采用彈性可擠式道岔類似，在普通道岔岔尖處安裝彈性可擠機械式轉轍機器以實現相似功能。如圖3所示(圖中201路、202路僅為舉例說明，表示兩條不同的有軌電車線路):

圖3 有軌電車線路匯合示意

該方式在歐洲有軌電車線路上被廣泛應用。該轉轍器不需電動控制，當電車從岔后經過時，通過電車輪對的側向力，將道岔岔尖擠到需要的位置。根據所處線路配置形式和道岔設置位置的不同，轉轍器可調節為自動恢復原位和不恢復兩種狀態，如圖3所示的線路交匯處使用，則不需自動恢復原位，如在圖1所示的折返道岔處應用，則可設置為自動恢復原位(原位設置為開通道岔側向)。

此外，在線路上設置的不需要經常搬動的道岔，如臨時折返道岔，當正常運行方式為電車從岔后通過時，則大多可以配置此類轉轍器。由于該類轉轍器不需要設置集中控制系統，故可以降低工程投資。建議在正線的車站配線設計時，折返渡線盡量按電車從岔后通過為正常的運行方向進行設計，這樣就可以采用此類轉轍器以降低工程投資。

圖4為彈性可擠式轉轍器的現場安裝圖。該轉轍器可以人工對道岔進行扳動，如在臨時折返道岔處，當電車因故臨時反向(或面向岔尖)運行時，如果此時道岔開通位置不正確，則可由司機通過專用的鐵尺深入轉轍器的縫隙(如圖4鋼板中間所示)，將道岔扳到所需位置。該類轉轍器可裝在普通的道岔上，道岔不需特殊設計，且道岔轉到需要的位置時有鎖閉功能，可保證電車安全通過。

圖4 彈性可擠式轉轍器

1.2 電動方式

電動控制方式有控制中心自動控制、司機遙控控制、軌旁現地自動控制、軌旁現地手動控制、調度室手動控制等方式。

1.2.1 控制中心自動控制方式

有軌電車信號系統賦予每列車一個獨一無二的車次號，當電車接近道岔區域時將電車車次號信息發送給軌旁道岔控制系統。道岔控制系統結合道岔接近區段、道岔區段和離去區段的電車占用情況判斷道岔區域進路是否解鎖。如果解鎖則根據車次號信息及控制中心道岔控制命令扳動相應道岔，并開放允許信號。

控制中心自動控制方式下，需要在道岔區域(含接近區段和離去區段)設置軌道電路或計軸器。同時，為了實現控制中心進路控制命令的下達，應將軌旁道岔控制系統與控制中心調度指揮系統接入同一通信網絡(以無線或有線方式);另外，信號系統應將每列車的車次號信息實時傳輸至控制中心，以便根據車次號信息辦理相應的進路。

1.2.2 電車司機遙控方式

國內有軌電車項目多數采用司機遙控道岔方式［4，5］，信號系統配置車載道岔控制設備。車載道岔控制設備人機界面設置請求控制權、定位操作、反位操作等道岔操作命令按鈕，設置道岔實際位置、電車處于道岔控制區域、獲取控制權等狀態表示燈。當電車位于道岔控制區域并取得對道岔的控制權時，司機可根據需要對道岔進行操縱;當道岔實際位置與預期位置一致時，司機駕駛電車越過道岔。

為實現車載道岔控制設備與軌旁道岔控制系統設備的通信并確保安全，在電車進入道岔區域之前沿線敷設車－地通信環線或其他車地雙向通信設備，完成道岔控制權的交接;同時在道岔區及其接近、離去位置配置環線、計軸器或專用軌道電路，確保道岔區無車時才能完成控制權交接并轉換道岔。

大連201、202路有軌電車，上海張江有軌電車，沈陽渾南有軌電車［6］信號系統提供了司機遙控道岔的功能。

1.2.3 軌旁現地自動控制方式

該方式下軌旁及車載道岔控制設備配置與“電車司機遙控方式”類似。電車司機在出車輛段時，通過司機室的人機界面輸入線路號(或運行目的地號)。當電車接近道岔時，通過埋設于道岔岔前適當位置的車－地通信環線，將電車的線路號傳給設置于軌旁的道岔控制系統。道岔控制系統則根據自身存儲的線路號與道岔位置的對應關系，自動將道岔轉到所需位置。在道岔區及接近、離去區段設置環線、計軸器或專用軌道電路，用于保證只有前行電車出清道岔后，道岔控制系統才能為后續向不同方向運行的電車轉換道岔。

該種控制方式在歐洲現代有軌電車控制中應用比較廣泛［6］，由于司機只需在進入正線前或需臨時變更運行線路時輸入線路號，正常情況下，在線路上運行時不再需要做任何控制道岔的操作，因此比起國內采用的司機遙控道岔方式更加簡單和有效，值得我們借鑒。

1.2.4 軌旁現地手動控制方式

有軌電車軌旁設置軌旁道岔控制系統，可以局部集中控制一組或多組道岔。在軌旁設置道岔或進路操作按鈕(盤)，通過道岔控制系統可以實現人工單獨操作道岔或選擇相應的電車運行進路功能，之后道岔將轉換至預期位置。該控制方式用于當車地通信異常或軌旁道岔控制系統與中心通信中斷時采用，為防止誤動作，對操作按鈕盤可設鎖防護。

該種控制方式在歐洲有軌電車的車輛段內有應用。正常情況下，車輛段行車控制室內的調度員集中控制進路;當調度員權利下放時，則可由司機在現場操作信號機機柱上的道岔或進路操作按鈕自行設置進路，開放相應信號機，從而達到減員增效的目的。

1.2.5 調度室手動控制方式

部分有軌電車項目在折返站設置調度室，調度室內調度員負責對折返站道岔進行操作。鑒于道岔較短且瞭望條件良好，道岔區可不設置軌道電路，調度員可以根據現場運營實際情況對道岔進行操作，使得電車完成折返作業。

該控制方式與軌旁現地手動控制方式類似，只是將道岔控制箱移至折返站調度室。

目前大連有軌電車部分折返站采用了“調度室控制”方式［6］。

2 有軌電車道岔控制原理

有軌電車項目的道岔采用電動控制方式時，系統配置聯鎖、轉轍機、電車占用檢查設備、進路表示器，完成對道岔的控制。

為了保證電車在道岔區的運行安全，道岔接近區域、道岔區段以及道岔離去區段須設置可靠的電車位置檢查設備［7］。進路的解鎖須滿足相應的技術條件，同時當道岔所在進路處于解鎖狀態且道岔區域無車占用時才能完成控制權交接并完成道岔轉換［8］;基于車載設備對道岔實現遙控的功能需求，為了實現電車接近道岔區域時實現“電車獲取道岔控制權”功能，還需在道岔前一定范圍內設置相應的車地雙向通信設備［9］;基于不同目的地電車運行需要，當控制中心實現“進路自動辦理”功能時，還需要配置數據通信設備［2］，確保電車車次號可靠傳輸至軌旁道岔控制系統。

有軌電車道岔控制系統結構可按如圖5所示配置。結構中，道岔區以計軸器為電車占用檢查設備，系統通過地面敷設的車—地通信環線或基于自由空間傳輸的無線通信設備來實現電車接近道岔控制區域的檢測、獲取道岔控制權、道岔的控制等功能。

道岔控制系統的核心是軌旁控制箱，內含道岔控制單元、計軸控制單元、進路表示器控制單元、環線控制單元或無線通信單元。此外道岔控制系統設備配置道岔或進路操作按鈕(盤)，當軌旁控制箱與控制中心及電車通信中斷時，可由司機或其他相關人員人工轉換道岔。

3 有軌電車道岔轉轍機安裝方式

有軌電車道岔轉轍機除了必須確保道岔正常轉換、完成必要的密貼檢查并鎖閉［10］外，還必須滿足高強度、高承載力、抗沖擊、耐寒、防水、防油污、防腐蝕等要求，其安裝裝置必須有足夠的強度和剛度，應采用防松螺栓、螺母。在混合路權地段，轉轍機須采用埋入式安裝方式。

目前國內有軌電車項目如沈陽渾南新區有軌電車項目正線轉轍機安裝在兩根鋼軌中間(即“軌枕式”安裝)，該方式可以減小有軌電車項目對路面的占用，但是維護時對有軌電車運營有一定的影響;大連有軌電車項目正線轉轍機采用側式安裝方式，該安裝方式占用較多的路面空間，但是維護時對有軌電車運營影響小(但可能會影響與有軌電車相鄰道路的正常通行)。如果采用的轉轍機可靠性高、平均無故障時間很長且每次的維護時間很短，維護時對電車的運營影響則會降低，此時為了減少對路面的占用，可以采用“軌枕式”安裝方式。

圖5 有軌電車道岔控制系統示意

歐洲現代有軌電車采用混合路權的地段比較多，由于路面空間所限，轉轍機大多采用“軌枕式”安裝方式。與尖軌直接連接的轉轍機是由槽形軌構成的精度高、噪聲低、振動小、轉換時間短的高可靠性轉轍機，已作為標準件采用。

在國內的有軌電車設計時，轉轍機是采用軌枕式還是側式安裝方式，需結合項目用地空間限制情況、選用轉轍機的可靠性、轉轍機的維護時間和頻率等因素綜合考慮確定。

4 結論

在折返線和臨時折返道岔處采用“彈性可擠道岔”或“彈性可擠式轉轍器”方案下，可以大大簡化有軌電車項目建設投資，減少設備維護量，更加突出了有軌電車“更節能、無污染、運量較大、投資較低”的特點，但該種方案并不適合所有道岔，需結合道岔設置形式和作用來綜合考慮選用。

當采用電動轉轍機時，須配置符合一定安全要求的道岔控制系統。

本文提出了一種針對有軌電車的道岔電動控制系統方案，該方案以車－地通信環線為車地通信媒介、以計軸為電車占用檢查設備、以道岔控制箱為核心控制單元，在轉轍機和進路表示器協同配合下為司機安全通過道岔提供技術保障。

基于車－地通信環線的車地通信方式可用于有軌電車的道岔控制系統，與其他定位方式相比，感應環線其優勢在于可以實現環線范圍內連續的車地通信功能，除了實現定位外，還可以實現車次號、線路號、目的地號等電車運行相關參數的傳遞，為進路的自動辦理提供基礎信息。

軌旁控制箱是有軌電車道岔控制系統的核心，是現代有軌電車特有的設備之一，該產品相當于一個小型的電子聯鎖裝置，能夠通過通信傳輸通道接收電車或控制中心的進路操作命令，與計軸、進路表示器、轉轍機、環線等設備有相應的接口關系。產品設計時必須考慮到其在室外工作的特點，全面考慮防水、防潮、防盜、防雷電侵害等措施。

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［5］北京城建設計研究總院有限責任公司.沈陽渾南新區現代有軌電車工程可行性研究報告［R］.北京:北京城建設計研究總院有限責任公司，2012.

［6］鐵道第三勘察設計院集團有限公司.歐洲現代有軌電車考察報告［R］.天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2013.

［7］巫偉軍.有軌電車系統特點及應用前景研究［J］.鐵道標準設計，2007(8):122-125.

［8］TB/T10071—2000，鐵路信號站內聯鎖設計規范［S］.

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［10］德蘿森.西門子交通技術集團的現代有軌電車(輕軌)理念［J］.地鐵與輕軌，2002(2):21-25.

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