蘭州西動車所咽喉區及存車線信號機設置方案優化研究

袁俊喜

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

1 概述

蘭州西動車運用所工程于2014年12月開通運營，共33條股道，其中動1～動4道為踏面診斷及外包走行股道，動5～動8道為臨修不落輪庫、外皮洗刷庫、融冰除雪庫股道，其余為動車組存放股道。動車運用所與高速場、普速場間采用調車方式，其場間按調車場聯設計。動車所采用車務-機務-電務合署辦公方式實現動車所集中管理。

中衛至蘭州高鐵引入蘭州樞紐配套工程在動車所南側增加11條股道，其中動44道為外皮洗刷庫股道，其余10條為動車組存放股道。本次擴能改造動車運用所與高速場、普速場間(三線)由調車改為列車方式，其動車走行線按雙方向自動閉塞設計，動車進出動車所采用CTCS-2級列控系統按列車方式辦理[1]，如圖1所示。

圖1 蘭州西動車所信號平面布置示意

蘭州西高、普速場與動車所之間每條走行線單方向按兩個閉塞分區設計，具備列車追蹤運行的能力。動車所改造完成后存車線不同股道可以排列經動1道至普速場動走線、經動2道至高速場上動走線、經動3道(動4道)至高速場下動走線的3條平行出所發車進路。總體上提高了動車所與高、普速場間列車運行速度和運輸效率。蘭州西動車所站場規模大、道岔銜接關系復雜，具有咽喉區較長和股道有效長較短等特點。因此，動車出入所作業方式由調車改為列車及動車所擴能改造后如何盡可能提高運輸效率、縮短列車追蹤間隔時分，提高動車出入所能力是信號設計的關鍵[2]，特別是咽喉區接發車進路信號機及存車線信號機的設置，需結合行車組織及存車線有效長進行深入分析研究。

2 咽喉區進路信號機設置

2.1 進路信號機設置的必要性

在動車所距離最外方道岔50 m設置進站信號機，在股道設置出站信號機基本上能夠滿足目前動車組進出段所的運輸需求。按此設置動車所進站信號機至出站信號機距離約為2.1 km，出站信號機至動車走行線一離去通過信號機距離約為1.9 km。由于蘭州西動車所接發車咽喉區較長，致使動車所接發車列車追蹤間隔時分較大。在動車所Ⅲ-23G～Ⅲ-33G向高速場股道進出所作業時無平行進路，限制了動車組出入所能力，對密集到發的動車組進出所作業造成一定的影響。因此，有必要在咽喉區設置接發車進路信號機。

2.2 進路及進站信號機設置方案

為了盡可能縮短接發車進路內信號機之間的距離，同時滿足同方向信號機之間距離大于800 m的規定(小于800 m需要紅燈重復)[3-6]，接車進路信號機應盡量設置在進站信號機至同方向出站信號機的中間部位，發車進路信號機應盡量設置在距離出站信號機較近的位置。按這種思路，蘭州西動車所接發車進路信號機位于咽喉道岔密集區。由于咽喉道岔為19號、112號道岔，且道岔銜接緊密，一方面接進路信號機外方設置的應答器組將位于道岔岔心或岔根處，應答器無法安裝，另一方面接發車進路信號機外方制動距離范圍內的軌道電路區段需連續發碼，由于道岔側向軌道電路區段長度短，當動車組列車連續通過道岔側向時，存在收不到發碼信息觸發緊急制動的情況。因此，可在動1道～動4道兩端分別設置接車進路信號機XL1～XL4和總出站信號機SZ1～SZ4。動車組出所以SZ1～SZ4信號機為節點，可以同時排列動車所Ⅲ-9G～Ⅲ-22G至Ⅲ-2G和Ⅲ-23G～Ⅲ-33G至Ⅲ-3G兩條平行出所進路。同時在Ⅲ-1G可以提前停放經普速動車走行線的出所短編組動車組。在出所繁忙時段，可以同時排列Ⅲ-1G至普速場動走線、Ⅲ-2G至高速場上動走線、Ⅲ-3G(Ⅲ-4G)至高速場下動走線3條平行出所進路。入所作業同理不再贅述。

若進站信號機仍設在距最外方道岔50 m處，進站信號機與增設的接車進路信號機之間的距離應不足800 m，所以進站信號機需向站外方向移動設于距最外方道岔200 m處，并根據進站信號機位置重新計算3條動車走行線區間通過信號機位置。

設置總出站信號機SZ1～SZ4后，原Ⅲ-7G～Ⅲ-44G上行出站信號機改為發車進路信號機。S7、S8、S44發車進路信號機距SZ1～SZ4總出站信號機距離均不足800 m，需將S7、S8、S44發車進路信號機向動車所內方向移設，但是移設后存在Ⅲ-7G、Ⅲ-8G、Ⅲ-44G股道有效長度不滿足動車組整列接入股道的問題，因此，S7、S8、S44發車進路信號機采取“紅燈重復”的方案，即當SZ1～SZ4總出站信號機開放時，S7、S8、S44發車進路信號機才能開放。設置總出站信號機SZ1～SZ4后與區間通過信號機間隔距離發生變化，需要對3條動走線上的區間通過信號機位置重新計算。

由于動2、動4道內設有輪對踏面診斷裝置，在Ⅲ-1G～Ⅲ-4G兩端增設接車進路信號機和總出站信號機后，動車組列車在接車或總出站信號機外方停車時，有可能停在“輪對踏面診斷裝置”處，造成輪對踏面診斷裝置無法正常工作，影響檢測數據的真實性。因此，必要時可在《車站行車工作細則》中進行相關規定。

2.3 進路信號機相關設計

2.3.1 信號機機構選擇

接車進路信號機信號機構按TB1007-2017《鐵路信號設計規范》規定執行，發車進路信號機信號機構的選擇如下。

(1)動車所與高、普速場間的3條動走線按四顯示自動閉塞設計，SZ1～SZ4總出站信號機應有綠、綠黃顯示。為滿足信號顯示要求，SZ1～SZ4總出站信號機采用雙機構五燈位信號機，設置三方向進路表示器[7]。

(2)S7～S44發車進路信號機可以選擇雙機構信號機或單機構信號機[7]。既有蘭州西動車所內存車線最小間距為4.2 m，雙機構信號機無法安裝，只能采用單機構信號機。根據信號顯示，單機構信號機可選擇三燈位或四燈位信號機。

單機構四燈位信號機可以顯示綠、綠黃，符合自動閉塞顯示關系。但四燈位信號機與三燈位信號機相比機構高度更高，若采用單機構四燈位信號機，受存車線最小間距影響，不能按標準安裝，需進行特殊處理，如降低安裝基礎高度等[8]。安裝后存在最底部調車白燈辨識困難、顯示不良的情況。動1道、動4道上設置的SZ1、SZ4總出站信號機開放的進路均經道岔側向，發車進路信號機只能點黃燈。動2道、動3道上設置有“車輪故障及受電弓動態檢測系統”，一般檢測時限速8～12 km/h，不檢測時設備保護限速不超過30 km/h[9]，因此經動2道、動3道的列車不能按正常線路設計速度運行。在保證安全不影響效率的情況下，發車進路信號機應降級顯示黃燈。因此，發車進路信號機選擇單機構三燈位“紅、黃、白”信號機。

2.3.2 軌道電路

列車信號機外方一定范圍內的軌道電路區段應連續發碼，否則無論信號機開放與否列控速度曲線的目標點均為信號機位置，列車無法運行。根據TB1007—2017《鐵路信號設計規范》第9.0.5條規定，CTCS-2級區段僅運行動車組列車的進路，進路信號機的接近發碼起點應符合按設計速度運行的列車采用最大常用制動至本信號機停車的要求[7]。按照運行速度50 km/h計算，做報文用列車的最大常用制動距離為324 m。因此，Ⅲ-1G、Ⅲ-2G、Ⅲ-3G、Ⅲ-4G、323DG、327-329DG、401DG、335DG、335/407WG、321DG、325-331DG、333DG、337-343DG、343/353WG、319DG、319/341WG、339-341DG、401/403WG、309WG、307-309DG、307/317WG、317DG、303DG、305-311DG、311/313WG、313DG、301DG、301/315WG、315DG等區段均需發碼。原25Hz軌道電路無法實現道岔側向疊加電碼化，所以上述區段需改為ZPW-2000軌道電路。

修改軌道電路制式的同時，按照ZPW-2000站內軌道電路最小長度應大于60 m的要求[10]，檢查或調整上述軌道電路區段。另外，蘭州西站動態檢測期間發現200H、300S型ATP動車組在高普聯絡線上運行時存在ATP接收軌道電路信息異常，觸發B7制動的問題，分析其原因為列車以一定的速度通過45 m和48 m兩個連續短區段時受車載邏輯反應時間限制所致。由于蘭州西動車所內采用19號、112號道岔，道岔布置密集，為避免此問題的出現，需對既有短區段進行適當的調整。經計算既有319DG和321DG相鄰區段較短，所以XL1信號機設于319號岔前25 m處，以延長319DG區段長度。

3 存車線信號機設置

3.1 蘭州西動車所存車線動車存放需求

既有動車所采用調車出入所作業方式，動車所存車線有效長度按照存放1列16輛編組或1列8輛編組動車組設計。本次改造后，動車組進出動車所作業方式由調車改為列車，為了提高動車組存放能力，存車線股道要求接發2列8輛編組或1列16輛編組動車組。

3.2 蘭州西動車所存車線有效長度情況

蘭州西動車所改造后，存車線有效長度(信號機至信號機)詳見表1。

表1 存車線有效長度

3.3 動車組存車線有效長度分析

3.3.1 現行規范對存車線有效長的有關規定

TB10621—2014《高速鐵路設計規范》第17.2.3中規定“存車線有效長應根據動車組長度、安全距離和信號設置要求確定。兼顧普速列車存放的存車線有效長應為550 m”[10]。

3.3.2 影響存車線有效長度有關因素的分析

影響動車存車線有效長的主要因素有動車組出入段(所)運輸組織、動車組長度、安全防護距離、應答器組位置[11]及信號機至警沖標的距離等。

(1)運輸組織的影響

動車組存車線有效長與運輸組織密切相關，動車組出入段(所)一般采用列車作業方式，根據需要也可采用調車作業方式。如以列車作業方式接入存車線且一次停車到位，則列控車載設備需要安全保護距離。一條存車線通過中間設置分隔信號機劃分為兩段后，如果要同一股道既能滿足存放2列8輛編組動車組，又能滿足存放1列16輛編組動車組，則每一段均需要安全保護距離，因此存車線有效長相對較長。

(2)車載安全保護距離的影響

列車作業方式下動車組走行線及動車段(所)接發車進路通常采用CTCS-2級列控系統。動車組以C2模式出入動車段(所)時，由于測速、測距產生的誤差，車載ATP根據測速、測距得到的列車位置與列車實際位置存在偏差，為消除偏差產生的控車安全影響，原鐵道部關于印發鐵運[2012]211號《CTCS-3級列控車載設備技術規范(暫行)》的通知[12]第7.4.3.2條規定CTCS-2級車載控制模式站內需考慮最大60 m的安全保護距離。

(3)股道設置調車防護應答器組的影響

股道設置的調車應答器組主要起調車防護功能，當調車信號關閉時，如車列越過該應答器將觸發緊急制動，從而對動車組冒進信號提供有限防護。應答器組一般設在信號機外方距信號機20 m處，停車時不應越過該應答器組，以免觸發緊急制動[13]。

3.3.3 動車組存車線信號機設置及有效長度計算

存車線有效長主要由出站信號機至警沖標距離、動車組車列長度、應答器至出站信號機距離、車載安全保護距離等組成[14]。

按現行有關規定其計算參數如下。

出站信號機至距警沖標距離為5 m；8輛編組動車組車長為215 m，16輛編組動車組車長為430 m；應答器距出站信號機距離為20 m[15]，應答器距盡頭線土擋距離為25 m[13]；安全防護距離為60 m；停車余量為10 m。

按照上述取值，以盡端式存車線按照列車作業方式為例，信號機設置及存車線有效長分析如下。

(1)滿足1列16輛編組動車組存放要求的存車線信號機、應答器組及警沖標布置情況如圖2所示，存車線有效長為：警沖標至擋車器距離535 m(其中信號機之間的距離為525 m)。

圖2 滿足1列16輛編組動車存放的存車線有效長示意(單位：m)

(2)滿足2列8輛編組動車組存放要求的存車線信號機、應答器組及警沖標布置情況如圖3所示，存車線有效長為：警沖標至擋車器距離630 m。

圖3 滿足2列8輛編組動車存放的存車線有效長示意(單位：m)

考慮到CTCS-2級列控系統控制閉口停車的情況下可不考慮列車冒進防護[16]，存車線可不設應答器組，但考慮到存車線調車作業的需要，存車線設置應答器對動車組冒進信號提供有限防護，一般情況存車線應設置應答器組，因此上述計算未考慮存車線不設應答器的情況。

3.4 蘭州西動車所存車線信號機布設方案

根據作業性質，蘭州西動車所存車線動5道、動6道分別為臨修及不落輪鏇庫股道，動7道、動8道、動44道為外皮洗刷庫股道，每一股道只要求接入1列16輛編組動車組或1列8輛編組動車組，信號機及應答器按圖2進行設置。其中動8道、動44道有效長滿足圖2存車線有效長要求，動5道～動7道不滿足。由于動5道～動7道均無立折作業，列車接入股道后即轉為調車方式進入臨修庫或外皮洗刷庫，所以列車停穩后車體可以占壓咽喉區段，不足之處是其占用的咽喉區段會對其他相關進路的排列產生影響。由于動5道～動7道處于站區外側，以及進路采用分段解鎖等因素，總體上來說對動車所運輸效率不會產生較大影響。

蘭州西動車所存車線動9～動33道為動車存放股道，為提高動車組停放能力，要求每一股道既要接入1列16輛編組動車又能接入2列8輛編組動車。按照圖3存車線有效長度計算結果，其存車線股道有效長應為630 m，而動9道～動43道存車線有效長在532～535 m(表1)，按照常規設計股道有效長度明顯不足。

需要1條存車線放2列8輛編組動車組的動車(段)所，通常是在股道中設置分割信號機以滿足存車需求，列車以C2完全監控模式進入動車段(所)。為此設置了短進路和長進路兩種方式，其中短進路開通進站至股道中部信號機進路，長進路開通進站至股道端部信號機進路[17]。根據影響存車線有效長度有關因素的分析，由于動車組車列長度是固定的，所以應從應答器設置和安全防護距離等影響因素入手，對短進路和長進路的設置進行分析，制定存車線信號機的設置方案。

為滿足一條存車線存放2列8輛編組動車的需求，如果考慮不設置長進路，8輛編組動車僅按照短進路接入股道中部，再開放調車信號接至股道端部，可將原長進路的安全防護距離減少為調車應答器防護距離，相應縮短了存車線的有效長度，如圖4所示。信號機至信號機之間的距離仍需585 m，遠大于蘭州西動車所存車線最短532 m的有效長度。

圖4 采用短進路方式信號機布設示意(單位：m)

CTCS-2級列控系統為了消除由于測速、測距產生的誤差設置了安全保護距離，結合各廠家車載設備各種測速測距誤差及實際操作水平，一般在工程上按60 m考慮[18]。由于測速、測距產生的誤差已在車列進入股道時通過反向出站應答器進行了校正，且C2等級下為閉口列控方式，所以此偏差很小，結合已開通運營高鐵車站動車組的運行情況，60 m安全保護距離有些過長，據了解目前車載設備參數已調整為40 m。因此，本次安全保護距離仍按60 m取值，停車余量由10 m調整為5 m。

TJ/DW164-2014《動車段(所)調車防護系統技術條件》規定，動車組以ATP車載設備調車模式運行時，調車防護系統應對動車組冒進信號提供有限防護；動車段(所)動車組調車作業以地面信號顯示作為行車憑證，調車防護系統是動車段(所)動車組調車作業防護的輔助系統[13]，因此為實現一條存車線停放2列動車組，可僅在G1設置調車防護應答器，在G2不設調車防護應答器。

按上述方案，Ⅲ-9G～Ⅲ-43G的有效長度具備停放2列8輛編組動車組的條件，優化后信號機布置見圖5。

圖5 優化后信號機布設示意(單位：m)

為了不影響進出所汽車的通行，通常情況下出站信號機設于站場道路的股道側。條件允許時也可將出站信號機設于道路的咽喉側，使道路位于信號機與應答器之間。由于動車組停車后正常情況下不會越過應答器，所以站場道路也是暢通的。因此，蘭州西動車所可將出站信號機移到站場道路咽喉側設置(兩側出站信號機可向站外方向各移約15 m)，存車線長度可增加約30 m。有效長度延長后，即可在端頭信號機前方設置調車防護應答器組，以對向咽喉區調車的動車組冒進信號提供有限防護，如圖6所示。

圖6 出站信號機設于道路咽喉側布設示意(單位：m)

由于每個股道與道岔的銜接關系各不相同，加之信號機移設后大部分處于線路曲線地段，所以需實地測量，在保證信號機與警沖標距離大于5 m的前提下，滿足信號機安裝限界、信號顯示后確定是否采用。

基于上述確定的信號機布設方案，對于16輛編組動車的接入方式進行以下分析。

方案Ⅰ：按照短進路接入股道中部，再開放調車信號接至股道端部

與8輛編組動車接入方式相同，即動車組以列車模式在G1一次停車到位，停穩后轉為調車模式進入G2。本方案16輛編組動車組接入G1停車后會占用咽喉區部分區段，只有在停車后以調車模式進入G2，才能出清咽喉區；8輛編組和16輛編組動車組在G1、G2上共用停車標；對于8輛編組和16輛編組動車組列車作業方式統一，無需區分長編組和短編組列車。

方案Ⅱ：按照長進路一次接入至股道端部

動車組以列車模式在G2一次停車到位。本方案16輛編組動車組接入股道停車后不占用咽喉區區段；8輛編組和16輛編組的動車組在G2不能合用停車標，需分別設置；8輛編組動車組必須固定接入G1，而16輛編組動車組必須固定接入G2，因此須區分長編組和短編組列車，辦理相應的接車進路。

對于方案Ⅰ，16輛編組動車組接入G1停車后，部分車輛仍占壓咽喉區，接車進路無法全部解鎖。為此，可對所有的存車線進行合理分配、固定使用，即選定一部分股道中間不設分割信號機僅接發16輛編組動車組，其余股道中間設分割信號機接發2列8輛編組動車組。這種方案雖然接入股道后的列車不占用咽喉區，但也帶來了存車線利用率低、作業不靈活、調度管理復雜等問題。

對于方案Ⅱ，接車時需要區分是8輛編組動車還是16輛編組動車。蘭州西動車所配置調度集中CTC系統和控制集中CCS系統，采用車務-機務-電務合署辦公方式實現動車所集中管理，在技術上為實現長編組和短編組動車的區分提供可能[19-20]，但在實際運行時由于長短編組動車作業方式不統一，存在無法確認入所動車組為短編或長編的問題。另外，由于8輛編組和16輛編組的動車組在G2不能合用停車標[21]，引起登乘梯、上下水設備、排污設備等不能合用的問題。

根據中國鐵路蘭州局的意見，動車組為分批、限速入所，存車線線間條件差，為減少股道間安裝過多的停車標、登乘梯等設備，避免后續存在過多的侵限安全隱患，故不考慮長編組動車一次進入G2的條件。由于列車進路和調車進路通過調度集中系統或控制集中系統自動觸發，而且進路采用分段解鎖方式，所以16輛編組動車僅接入第一段存車線對動車所的運輸效率影響有限，特別是在咽喉區設置了接車進路信號機后，本身對入所能力有了較大的提高。因此，設計采用方案Ⅰ，即16編組動車組列車先接入G1的方式。

4 結語

動車段(所)作業性質決定了它的特殊性，具有作業量大、早晚運輸繁忙的特點，使得動車段(所)的行車組織更為復雜。動車段(所)一般都規模大、站區長，特別是縱深較長的動車段(所)較大地限制了動車組進出段(所)的能力。因此，一方面站場設計應盡量優化站型布置，另一方面信號設計應合理設置信號設備，盡可能縮短列車追蹤間隔時分，以滿足動車組密集到發的運輸需求。

動車段(所)內動車組出站均在股道一端的出站信號機處出發，并未設計由股道中部的發車進路，由此估計，一般情況下長編組和短編組動車均采取短進路接車的方法可以滿足動車段(所)的運輸需求。動車組均按列車方式接入股道中部，再以調車方式接至股道端部的行車模式，有效地解決了蘭州西動車所股道有效長不足的問題，大大地提高了動車組的存放能力。可結合蘭州西動車所的運用情況，考慮縮短動車段(所)股道長度，動車段(所)均按短進路接車方式接入動車的設計和應用。

關于縮短股道有效長，除調整行車組織外，仍可對其他參數進一步優化。由于列車作業在C2等級下為閉口列控方式，且動車組通過出站應答器的校正，測速測距誤差很小，安全防護距離可由60 m調整為40 m。應答器接收天線距離車頭約8 m的距離(各種車型應答器接收天線安裝位置不盡相同)，如果車列越過了應答器，由于速度很低，在短距離內可安全停車，可考慮緊急制動距離的長度，應答器至信號機之間的距離由20 m調整為15 m。股道有效長度的縮短有利于壓縮動車段(所)內行車時間，同時縮短了咽喉區長度，便于動車所位置選擇和工程投資的節省。