淺談信號系統側沖防護在城市軌道交通中的應用

劉德偉

在城市軌道交通項目建設中，基于靈活組織運營的考慮，每間隔幾公里都應布置道岔設備，用于實現列車的折返。使用最多的有單動道岔、單渡線道岔、交叉渡線道岔等。使用的道岔越多，存在側面沖突的場景也就越多。對側面沖突的防護（簡稱側防）是指為避免列車在道岔交匯點的兩個方向同向或逆向運行時的側面沖撞。因此，需要根據城市軌道交通信號系統的特點對側沖區域進行安全防護。

城市軌道交通中信號系統多采用基于通信的列車控制系統（簡稱CBTC 系統），需要防護的列車主要分為通信列車和非通信列車（含非裝備CBTC 系統列車）兩大類。CBTC 系統可以對通信列車實現自動防護，但對于非通信列車，則需要進行人工防護。本文介紹的側沖防護，主要是防止通信列車與非通信列車之間的側面沖突，重點探討如何通過系統技術手段對側沖區域進行防護。

1 側沖場景

軌道交通線路的存車線、折返線等一般都需要存放非通信列車，同時正線區域也需要具備通信列車與非通信列車共線運營的功能。例如，在道岔區域就可能存在非通信列車與通信列車發生側沖的情況。如圖1 所示，非通信列車處于T1 軌，通信列車經由進路S1-S3 運行。由于信號系統無法檢測到非通信列車的運行狀態，因此系統會認為非通信列車的運行狀態未知，從故障導向安全的角度考慮，系統會認為非通信列車隨時可能移動。在通信列車越過信號機S1 之前，假如非通信列車移動越過信號機S2，由于侵限，S1 會變為禁止信號，阻止通信列車越過S1，不會有側沖的風險。但當通信列車已經越過信號機S1，此時非通信列車突然移動，就會存在側面沖撞的風險。

圖1 側沖的場景

2 側沖防護原則

在確保安全的前提下，對道岔區域進行側沖防護，可確保不發生沖撞現象，同時還應兼顧運營效率。

1）側沖防護應優先采用物理隔離的方式予以避免，如雙動道岔處于定位時，可保證不會發生側面沖突的可能，對于存車線應優先采用這種方式。

2）當側沖防護無法采用物理隔離的方式進行防護時，如渡線道岔處于反位或單渡線道岔區段，需要對進路中的這些道岔區段中非進路征用部分的可能側沖的區域進行防護。

同時，應采用ATP 對可能發生的側沖進行防護。當側沖區域被非通信列車占用時，應防止CBTC 模式下ATP 防護的列車進入該道岔區域或在該區域以ATP 模式運行。

3）對因無法實現物理隔離或ATP 防護的存車線存放非通信列車的側沖防護需求，可采用信號機對側沖區域進行有限防護。此為備選方案。

3 側沖區域定義

3.1 側沖緩沖區域

非通信列車與通信列車側面對向運行時，為保證通信列車不與非通信列車發生側面沖突，非通信列車與通信列車需間隔最小距離所覆蓋的計軸區域，如圖2 所示。

圖2 側沖區域定義

3.2 側沖防護區域

當非通信列車進入側沖緩沖區域時，為防止通信列車進入非通信列車運行路徑上的側沖區域且與非通信列車產生側沖風險，在非通信列車非征用區域形成側沖防護區域，以阻止通信列車的進入，如圖2 所示。

4 側沖防護方案

4.1 ATP 側沖防護方案

當ATP 系統檢測到道岔區域的側沖緩沖區有非通信列車占用時，將通過產生側沖防護區的方式實時對可能發生側沖的區域進行防護，阻止CBTC模式下的ATP 防護列車進入側沖防護區域。

當單渡線道岔處于反位位置時，若列車1（非通信列車）進入可能發生道岔側面沖突的緩沖區域時（如圖3 中所示），ATP 會立即產生側沖防護區域。若列車2（通信列車）已進入了側沖防護區域，則列車2 將立即觸發緊急制動停車，以防止和列車1發生側面沖突；若列車2 未進入側沖防護區域，ATP 系統會將列車2 的移動授權回撤至側沖防護區域的外方，列車2 會根據列車距離側沖防護區域的長度采取制動措施（常用制動或緊急制動）。

圖3 單渡線反位側沖防護應用場景

渡線道岔在反位、交叉渡線中的一條渡線在定位且另一條在反位時的場景，與單渡線道岔處于反位的場景一致。

當道岔在定位時，若列車1（非通信列車）進入可能發生道岔側面沖突的緩沖區域時（如圖4 中所示區域），ATP 會產生對應的側沖防護區域，此時若列車2 已進入了側沖防護區域，則列車2 將立即觸發緊急制動停車，以防止和列車1 發生側面沖突。若列車2 未進入側沖防護區域，ATP 系統會將列車2 的移動授權回撤至側沖防護區域的外方，列車2 會根據列車距離側沖防護區域的距離采取制動措施（常用制動或緊急制動）。

圖4 單渡線定位側沖防護應用場景

4.2 信號機側沖防護方案

在降級模式下，整個道岔區域作為一個計軸區段來處理，側沖防護通過聯鎖檢查侵限條件進行防護。但在CBTC 模式下，基于移動閉塞的原理，進路及信號機的開放不應檢查進路內方區段的空閑。因此在道岔侵限區域，需要采用以下方案對側沖進行防護。

1）在CBTC 模式下，道岔區域被劃分為3 個邏輯區段，分別為B_1 （岔后）、B_2 （岔前）、B_3（反位）。當列車占用進路上征用道岔的側沖防護區域時，信號系統將防護該進路的信號機變為限制狀態，信號機前方的列車將該信號機作為限制點，以限制列車繼續運行。當計軸因故障被系統旁路后，信號機只檢查進路上道岔的非進路征用分支區域的空閑狀態，可保證列車正常運行通過該進路時不會受到計軸故障的影響。

2）當道岔P1 處于反位時，系統將B_1 的區段狀態納入進路S1-S3 及S3-S1 的進路建立及信號開放檢查條件中。當B_1 區段狀態為占用時，進路S3-S1 和進路S1-S3 將無法建立，信號機S1 和S3禁止開放；若S3 或S1 信號機已開放，則開放的信號機將立即變為限制狀態，如圖5 所示。

3）當道岔P1 處于定位時，系統將B-3 的區段狀態納入進路S3-S2 及S2-S3 的進路建立及信號開放檢查條件中。當B_3 區段狀態為占用時，進路S3-S2 和S2-S3 將無法建立，信號機S2 和S3 禁止開放；若S2 或S3 信號機已經開放，則開放的信號機將立即變為限制狀態，如圖5 所示。

圖5 信號機側沖防護應用場景

由于信號機側沖防護是通過信號機的限制狀態來進行的，因此不能做到實時防護。如列車已經進入進路內方，此時側沖緩沖區再被占用，在此種場景下，系統將無法實現側沖防護功能，需要人工來確保側沖區域的安全。因此，信號機側沖防護方式僅作為備選方案。

5 總結

側沖防護關系到城市軌道交通列車運行的安全，因此，在信號系統的設計過程中需要對有可能產生側沖風險的各種場景進行分析，在確保安全風險可控的條件下兼顧運營效率。建議優先采用系統防護方式中的ATP 側沖防護方案進行全方位技術防護。在安全風險人為可控的情況下，也可采用信號機側沖防護的方式進行有限的技術防護。