城市軌道交通有坡道線路道岔岔前計(jì)軸點(diǎn)布置方案

黃柒光 康 磊 成正波

(卡斯柯信號(hào)有限公司，200072，上海 ∥ 第一作者，高級(jí)工程師)

在城市軌道交通建設(shè)過(guò)程中，根據(jù)車(chē)站站臺(tái)、道岔位置進(jìn)行信號(hào)系統(tǒng)的區(qū)段、信號(hào)機(jī)、應(yīng)答器等的設(shè)置，設(shè)置效果會(huì)直接影響列車(chē)運(yùn)行安全和運(yùn)營(yíng)效率。當(dāng)列車(chē)由岔后往岔前運(yùn)行，如果列車(chē)通過(guò)道岔后立即解鎖道岔，在坡度較大的線路上，如果列車(chē)發(fā)生后溜會(huì)導(dǎo)致擠岔或列車(chē)脫軌。因此，在CBTC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為確保安全，一般要求CI(計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖)子系統(tǒng)延時(shí)解鎖道岔，或CI子系統(tǒng)檢查列車(chē)已出清與道岔相鄰的軌道區(qū)段后才解鎖道岔，這樣將影響列車(chē)運(yùn)營(yíng)效率。通過(guò)合理設(shè)定岔前計(jì)軸點(diǎn)距岔尖的距離，在確保安全前提下，可減少列車(chē)間隔時(shí)間，提高運(yùn)營(yíng)效率。本文重點(diǎn)介紹有坡道的城市軌道交通線路上道岔岔前計(jì)軸點(diǎn)的布置方案。

1 計(jì)軸系統(tǒng)檢測(cè)方法

軌道區(qū)段的列車(chē)檢測(cè)方式主要有軌道電路檢測(cè)和計(jì)軸系統(tǒng)檢測(cè)。計(jì)軸系統(tǒng)檢測(cè)的原理是：在軌道區(qū)段兩端安裝計(jì)軸傳感器，列車(chē)通過(guò)時(shí)，計(jì)軸傳感器的發(fā)送器和接收器之間的交變磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生改變，相應(yīng)地，計(jì)軸傳感器接收線圈上的感應(yīng)電流或電壓會(huì)發(fā)生改變；計(jì)軸傳感器根據(jù)交變磁場(chǎng)的變化頻率和變化順序判斷通過(guò)的軸數(shù)；計(jì)軸系統(tǒng)通過(guò)比較進(jìn)入軌道區(qū)段的軸數(shù)和離開(kāi)軌道區(qū)段的軸數(shù)，判斷軌道區(qū)段的列車(chē)占用、出清情況。

計(jì)軸系統(tǒng)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)在于：對(duì)道床狀況無(wú)要求，基本不受牽引回流影響，對(duì)軌道區(qū)段長(zhǎng)度無(wú)限制，維護(hù)成本低。因此，目前大部分CBTC系統(tǒng)都采用計(jì)軸系統(tǒng)作為次級(jí)檢測(cè)。CI子系統(tǒng)所需的軌道區(qū)段的列車(chē)占用、出清信息，一方面由車(chē)載ATC(列車(chē)自動(dòng)控制)設(shè)備通過(guò)車(chē)地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)傳遞給軌旁區(qū)域控制器，再傳遞給CI子系統(tǒng)；另一方面，CI子系統(tǒng)通過(guò)安全型繼電器采集計(jì)軸系統(tǒng)信息。

2 道岔岔前計(jì)軸點(diǎn)布置方案

如果采用計(jì)軸系統(tǒng)進(jìn)行軌道區(qū)段列車(chē)檢測(cè)，線路上計(jì)軸點(diǎn)的設(shè)置尤為關(guān)鍵，直接影響列車(chē)運(yùn)行安全及運(yùn)營(yíng)效率。

列車(chē)運(yùn)行通過(guò)道岔后(由岔后到岔前)，根據(jù)聯(lián)鎖邏輯，一般情況，只要列車(chē)出清道岔區(qū)段，道岔即可解鎖，供后續(xù)列車(chē)使用(參見(jiàn)圖1)；如后續(xù)列車(chē)與前列列車(chē)的運(yùn)行方向不同，則需轉(zhuǎn)動(dòng)道岔。因此，如果設(shè)置的岔前計(jì)軸點(diǎn)到岔尖距離過(guò)小，當(dāng)因線路坡度較大列車(chē)發(fā)生后溜時(shí)，如果此時(shí)道岔已解鎖且岔尖正在轉(zhuǎn)動(dòng)，則存在擠岔和列車(chē)脫軌風(fēng)險(xiǎn)。為避免該風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，要求CI子系統(tǒng)在解鎖道岔前，要檢查列車(chē)是否已出清與岔尖相連的軌道區(qū)段，這樣將增大列車(chē)運(yùn)營(yíng)間隔，影響運(yùn)營(yíng)效率。如果設(shè)置的岔前計(jì)軸點(diǎn)到岔尖距離過(guò)大，道岔區(qū)段就會(huì)過(guò)長(zhǎng)，列車(chē)通過(guò)道岔區(qū)段就需要更多時(shí)間，道岔的允許解鎖時(shí)間也需更長(zhǎng)，同樣影響列車(chē)運(yùn)營(yíng)間隔，影響運(yùn)營(yíng)效率。因此，只有設(shè)置的岔前計(jì)軸點(diǎn)到岔尖的距離等于某一特定距離(設(shè)為L(zhǎng)特定，如果設(shè)置的岔前計(jì)軸點(diǎn)小于L特定，列車(chē)從岔后往岔前通過(guò)道岔區(qū)段后，道岔還不能解鎖轉(zhuǎn)動(dòng))，才可確保列車(chē)通過(guò)道岔區(qū)段后，即使列車(chē)發(fā)生后溜也不會(huì)溜到岔尖，避免擠岔和列車(chē)脫軌風(fēng)險(xiǎn)，CI子系統(tǒng)也不需要檢查列車(chē)是否出清與岔尖相連的軌道區(qū)段，可同時(shí)保證安全與運(yùn)營(yíng)效率。

L特定與后溜緊急制動(dòng)距離、后溜最高速度、車(chē)輛系統(tǒng)參數(shù)、線路坡度等有關(guān)，是根據(jù)這些參數(shù)計(jì)算得出的。因線路條件原因，當(dāng)岔前計(jì)軸點(diǎn)與岔尖距離小于L特定時(shí)，CI子系統(tǒng)解鎖道岔前，必須檢查列車(chē)是否出清與岔尖相連的軌道區(qū)段，這樣設(shè)計(jì)雖然犧牲了一定的效率，但可確保列車(chē)發(fā)生后溜時(shí)道岔不能轉(zhuǎn)動(dòng)，避免了擠岔和列車(chē)脫軌風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于折返區(qū)域，如果折返區(qū)域與線路終端車(chē)檔相連(參見(jiàn)圖2)，在設(shè)置計(jì)軸點(diǎn)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先設(shè)置計(jì)軸點(diǎn)與岔尖距離等于L特定，這樣列車(chē)通過(guò)道岔區(qū)段后，道岔即可解鎖。如因線路條件無(wú)法滿足岔前計(jì)軸點(diǎn)到岔尖的距離大于等于L特定，CI子系統(tǒng)解鎖道岔前，必須檢查列車(chē)是否出清與岔尖相連的軌道區(qū)段。而與折返區(qū)段相連的是線路終端車(chē)檔，如果列車(chē)出清折返區(qū)段后，道岔解鎖并轉(zhuǎn)動(dòng)到列車(chē)折出進(jìn)路方向，這將導(dǎo)致列車(chē)無(wú)法從折返區(qū)段折出。為避免這種情況發(fā)生，CI子系統(tǒng)解鎖道岔前不檢查列車(chē)是否出清折返區(qū)段，同時(shí)在確定不會(huì)發(fā)生列車(chē)后溜的情況下解鎖道岔。

對(duì)于安裝有車(chē)載ATC設(shè)備的CBTC列車(chē)，車(chē)載ATC設(shè)備通過(guò)車(chē)地?zé)o線通信系統(tǒng)將列車(chē)停穩(wěn)信息傳輸給CI子系統(tǒng)(通過(guò)車(chē)載ATC設(shè)備發(fā)送的制動(dòng)已施加判斷列車(chē)停穩(wěn))，CI子系統(tǒng)判斷列車(chē)停穩(wěn)后解鎖道岔。

對(duì)于未安裝車(chē)載ATC設(shè)備的非CBTC列車(chē)，由于CI子系統(tǒng)無(wú)法判斷列車(chē)是否停穩(wěn)，因此，當(dāng)列車(chē)通過(guò)道岔后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延時(shí)，CI子系統(tǒng)才可解鎖道岔。

上述方案考慮了列車(chē)可能發(fā)生后溜的情況，在確保安全前提下，可減少道岔允許解鎖時(shí)間，可縮短列車(chē)折返時(shí)間，可縮短列車(chē)間隔時(shí)間，提高運(yùn)營(yíng)效率。

3 道岔岔前計(jì)軸點(diǎn)布置案例分析

3.1 非終端折返區(qū)域道岔岔前計(jì)軸點(diǎn)布置

圖1為非終端折返區(qū)域道岔區(qū)段岔前計(jì)軸布置點(diǎn)示意圖。

圖1 非終端折返區(qū)域道岔區(qū)段岔前計(jì)軸布置點(diǎn)示意圖

如圖1所示，無(wú)岔軌道區(qū)段G01由計(jì)軸點(diǎn)JZ01、JZ04組成，道岔區(qū)段G02由計(jì)軸點(diǎn)JZ01、JZ02、JZ03組成。前列列車(chē)A從DA經(jīng)過(guò)道岔P10運(yùn)行到DC，后列車(chē)列車(chē)B準(zhǔn)備從DB經(jīng)過(guò)道岔P10運(yùn)行到DC。JZ01為道岔岔前計(jì)軸點(diǎn)，JZ02和JZ03為道岔岔后計(jì)軸點(diǎn)。D1所示的長(zhǎng)度即為L(zhǎng)特定。L特定即為岔前計(jì)軸點(diǎn)JZ01布置點(diǎn)到岔尖P10距離，等于列車(chē)后溜距離與兩車(chē)輪距離之和，并考慮一定的安裝誤差如1 m。列車(chē)后溜距離與后溜緊急制動(dòng)距離、后溜最高速度、車(chē)輛系統(tǒng)參數(shù)、線路坡度等有關(guān)，是根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算得出；對(duì)于兩車(chē)輪距離，允許一對(duì)車(chē)輪經(jīng)過(guò)計(jì)軸傳感器時(shí)沒(méi)有被CI子系統(tǒng)檢測(cè)到，這可提高系統(tǒng)可靠性和可用性；安裝誤差是因受現(xiàn)場(chǎng)線路條件限制而產(chǎn)生的，如計(jì)軸設(shè)備需要距金屬物有一定距離的距離，以免該金屬物干擾計(jì)軸設(shè)備。

如果計(jì)軸點(diǎn)JZ01布置點(diǎn)與P10岔尖的距離小于L特定,道岔P10解鎖則需等列車(chē)出清G01，這樣道岔P10的允許解鎖時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)影響列車(chē)運(yùn)營(yíng)間隔和運(yùn)營(yíng)效率。

計(jì)軸點(diǎn)JZ01布置點(diǎn)與P10岔尖的距離大于L特定,道岔P10解鎖則需等列車(chē)出清G02。JZ01布置點(diǎn)與P10岔尖的距離越大，G02越長(zhǎng)，列車(chē)通過(guò)道岔區(qū)段的時(shí)間越長(zhǎng)，道岔允許解鎖時(shí)間也更長(zhǎng)，也將影響列車(chē)運(yùn)營(yíng)間隔。

計(jì)軸JZ01布置點(diǎn)與P10岔尖的距離等于L特定，既可確保列車(chē)后溜時(shí)不會(huì)發(fā)生擠岔和脫軌，同時(shí)列車(chē)間隔最小，運(yùn)營(yíng)效率最高。

3.2 終端折返區(qū)域道岔岔前計(jì)軸點(diǎn)設(shè)置

圖2為終端折返區(qū)域道岔區(qū)段岔前計(jì)軸布置點(diǎn)示意圖。

圖2 終端折返區(qū)域道岔區(qū)段岔前計(jì)軸布置點(diǎn)示意圖

如圖2所示，折返無(wú)岔區(qū)段G14由計(jì)軸點(diǎn)JZ05、JZ06組成，道岔區(qū)段G15由計(jì)軸點(diǎn)JZ05、JZ07、JZ08、JZ09組成。列車(chē)從DG運(yùn)行到折返區(qū)段DH，再?gòu)腄H運(yùn)行到DF。D1所示的長(zhǎng)度即為L(zhǎng)特定。L特定即為計(jì)軸點(diǎn)JZ05布置點(diǎn)到道岔P06岔尖距離，等于列車(chē)后溜距離與兩車(chē)輪距離之和，并考慮一定的安裝誤差如1 m。

如果計(jì)軸點(diǎn)JZ05布置點(diǎn)與道岔P06岔尖的距離小于L特定,道岔P06解鎖則需等列車(chē)出清G14。而與G14相連的是線路終端車(chē)檔，如果列車(chē)出清G14道岔P06才能解鎖，將導(dǎo)致列車(chē)無(wú)法從折返區(qū)段折出。為避免列車(chē)無(wú)法折出情況的發(fā)生，CI子系統(tǒng)解鎖道岔前不檢查列車(chē)是否出清G14，同時(shí)在確定不會(huì)發(fā)生列車(chē)后溜的情況下解鎖道岔。對(duì)于安裝有車(chē)載ATC設(shè)備的CBTC列車(chē)，車(chē)載ATC設(shè)備通過(guò)車(chē)地?zé)o線通信系統(tǒng)將列車(chē)停穩(wěn)信息傳輸給CI子系統(tǒng)(通過(guò)車(chē)載ATC設(shè)備發(fā)送的制動(dòng)已施加判斷列車(chē)停穩(wěn))，CI子系統(tǒng)收到列車(chē)停穩(wěn)信息后解鎖道岔。對(duì)于未安裝車(chē)載ATC設(shè)備的非CBTC列車(chē)，由于CI子系統(tǒng)無(wú)法判斷列車(chē)是否停穩(wěn)，因此，當(dāng)列車(chē)通過(guò)道岔后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延時(shí)，CI子系統(tǒng)才可解鎖道岔。

如果計(jì)軸點(diǎn)JZ05布置點(diǎn)與道岔P06岔尖的距離小于L特定,道岔P06解鎖則需等列車(chē)出清G15，計(jì)軸點(diǎn)JZ05布置點(diǎn)與P06岔尖的距離越大，列車(chē)通過(guò)G15需要的運(yùn)行時(shí)間越多，道岔P06允許解鎖時(shí)間也更長(zhǎng)，將影響列車(chē)運(yùn)營(yíng)間隔和運(yùn)營(yíng)效率。

如果計(jì)軸點(diǎn)JZ05布置點(diǎn)與道岔P06岔尖的距離等于L特定，既可確保列車(chē)后溜時(shí)不會(huì)發(fā)生擠岔和脫軌，同時(shí)列車(chē)折返間隔最小，運(yùn)營(yíng)效率最高。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于有坡道的城市軌道交通線路，考慮到列車(chē)在線路上可能會(huì)發(fā)生后溜，按照本文介紹的方案調(diào)整道岔岔前計(jì)軸點(diǎn)到岔尖距離，在確保安全前提下，可減少列車(chē)通過(guò)道岔后的道岔允許解鎖時(shí)間,縮短列車(chē)間隔時(shí)間及列車(chē)折返時(shí)間，提高折返能力和運(yùn)營(yíng)效率。本文介紹的方案已廣泛應(yīng)用在北京、上海等城市的軌道交通線路中，適用于有人及全自動(dòng)無(wú)人駕駛線路。