城市軌道交通道岔區段岔后計軸點設置方法研究

黃柒光，汪小勇，陳紹文

在城市軌道交通建設過程中,一般是在土建階段先確定站臺和道岔位置,然后信號系統再進行區段、信號機和應答器等的設計和布置［1-2］。

目前CBTC信號系統基本都采用計軸設備作為次級檢測設備［3］。CI（聯鎖系統）一方面由車載ATC（列車自動控制）系統經車地無線通信網絡,通過軌旁ATC的區域控制器傳遞獲取信息；另一方面,通過安全型繼電器獲取計軸輸出的區段占用/出清信息［4］。這2方面信息經CI計算后,即得到所需的軌道狀態信息［2］。由于計軸設備的設置直接影響計軸輸出區段列車的占用/出清時間,進而影響到聯鎖系統道岔解鎖時間,因此,計軸點的設置尤為關鍵,其設置效果直接影響列車運行安全和運營效率。

1 道岔區段岔后計軸點傳統設置方法

在CBTC信號系統設計中,列車由岔前經過岔尖往岔后運行,經過道岔區段后,聯鎖系統可解鎖該道岔供后續列車使用。在線路有坡道的情況下,為防止列車可能發生溜逸至警沖標,聯鎖系統需先檢查與岔后相鄰區段出清后,再進行解鎖道岔［5-6］。這樣將延長解鎖時間,特別是對運營效率要求較高,運營間隔時間較短的一線城市地鐵線路有較大影響。

列車過岔運行示意見圖1,兩列車從岔前往岔后運行,前方列車A經過道岔區段后,聯鎖系統針對P10道岔進行解鎖供后續列車B使用［7-8］。其中,前方列車A經過道岔定位前往DA,后方列車B經過道岔反位前往DB。當列車A經過道岔P10后,聯鎖系統何時解鎖將直接影響前、后列車的運營間隔。聯鎖系統解鎖道岔時間與道岔區段長度,及岔后相鄰區段長度有關,而岔道區段長度與岔后計軸點布置有關。

圖1 前、后兩列車由岔前到岔后運行示意

1）設置的岔后計軸點在警沖標外方（圖1中Fouling A左邊）,出于安全考慮,前車經過道岔后,聯鎖系統解鎖道岔、允許辦理通過道岔進路,進路信號機允許開放等操作,均需要聯鎖系統檢查岔后計軸點相鄰區段是否出清［9］,這樣將增大列車運營間隔。

2）設置的岔后計軸點在警沖標內方（圖1中Fouling A右邊）,岔后計軸點到警沖標距離較短,當列車A經過道岔區段后,聯鎖系統對道岔解鎖,由于后方列車與前車運行方向不一致,觸發道岔另一方向進路,進路辦理信號已開放,后方列車運行在道岔區段,一旦線路存在坡道,前車有可能發生溜逸；若溜到警沖標外方,會與后車存在側撞風險。因此,聯鎖系統同樣需在道岔解鎖前,檢查岔后相鄰區段是否出清,這樣將增大列車運營間隔。

3）設置的岔后計軸點同樣在警沖標內方（圖1中Fouling A右邊）,但岔后計軸點到警沖標距離過大,就會導致道岔區段過長,列車經過道岔區段將需要更多時間,聯鎖系統判斷道岔允許解鎖的時間也更長,同樣影響列車運營間隔。

2 道岔區段岔后計軸點最優設置方法

基于對道岔區段岔后計軸點傳統設置方法的分析,提出一種道岔區段岔后計軸點的最優布置方法,通過計算設置計軸點與警沖標之間的適當距離,可減少列車運營間隔時間,提高運營效率。

所述適當距離,與項目中列車溜逸后的緊急制動距離、溜逸最高速度、車輛系統參數、線路坡度等有關。其中,溜逸緊急制動距離、溜逸最高速度來自項目合同要求,與業主需求有關；車輛系統參數來自車輛供應商廠家；線路坡度來自項目土建資料。設置適當距離的目的是在列車經過道岔區段后,聯鎖系統對道岔解鎖,此時即使列車發生溜逸情況,也不會影響到道岔轉動及后續列車,并且在確保安全的前提下,運營效率最高。

若因線路條件原因,岔后計軸點與警沖標之間距離小于適當距離,則必須要求聯鎖系統對道岔解鎖前,檢查與該道岔岔后計軸點相鄰區段出清,雖犧牲一定效率,但確保發生溜車后不會出現側撞。

這種計軸點設置方法對于地鐵大部分車型均適用。因為不同車型主要指寬度或車長不同,而本文介紹的設置方法主要與車輛參數中轉向架的車軸到車頂端距離有關,而不同車型該距離相同,因此可適用所有車型。

根據目前項目實際實施的情況,采用最優設置方法后,每組道岔解鎖時間至少可減少10 s,假設一條線路正線有10組道岔,那么將至少縮短100 s時間,這對于客流大,運營間隔要求小的線路十分重要。

3 舉例說明

道岔區段岔后計軸點布置示意見圖2,其中無岔區段G01包含計軸點JZ01、JZ04,道岔區段G02包含計軸點JZ01、JZ02、JZ03,無岔區段G03包含計軸點JZ02和JZ05。前車A已從DC經過道岔P10定位往DA運行,后車B準備從DC經過道岔P10反位往DB運行。JZ01為道岔區段岔前計軸點,JZ02和JZ03為道岔區段岔后計軸點,FoulingA為道岔警沖標位置。

圖2 典型道岔區段計軸點最優布置

當設計的計軸點JZ02布置在距警沖標Foulin?gA等于適當距離D時,可使聯鎖系統解鎖道岔時間最短。適當距離D等于溜逸距離加兩車輪之間距離,以及車頭（車尾）轉向架的第一車軸到車端距離之和,同時考慮一定的安裝誤差（如1 m）。考慮兩車輪距離,是因為可允許一對車輪經過計軸傳感器而沒有被計軸檢測,并不影響系統正常工作；安裝誤差是現場由于一些線路設備,如計軸點布置需避開金屬物一定距離,以免計軸容易受擾,具體距離可根據計軸參數確定。如鄭州地鐵4號線項目,要求列車后溜0.5 m開始產生緊急制動,信號系統ATC車載控制器從發出緊急制動命令到車輛接收到緊急制動命令后進行切除牽引、施加制動需要一定時間,并且列車制動系統施加制動也需要一定的時間過程,制動力由小慢慢變大,直到列車完全停止。經計算,列車從開始溜逸到停車距離為4 m左右。根據車輛參數獲取兩車輪距離為2.2 m,第1車輪對到車端距離為3.2 m,現場預留安裝誤差1 m,因此適當距離D為10.4（4+2.2+3.2+1）m。

4 結論與展望

在地鐵線路上,計軸點布置太多,會增加線路建設和維護成本；布置太少,又會影響運營效率。若計軸點的布置位置合理,則既可提高運營效率,又無需新增計軸設備,所以在地鐵信號系統建設中,要重視計軸點的合理布置。同時由于土建原因導致計軸點布置無法進行常規設計時,需在安全與效率方面優先考慮安全因素。道岔區段計軸點最優設置方法是當前、后兩列車從岔前經過岔尖往岔后運行方向不一致時,考慮線路存在坡道,列車可能發生溜逸,通過調整道岔區段計軸點到警沖標距離,確保列車安全經過道岔后,聯鎖系統解鎖道岔時間最少,以縮短列車運營間隔時間,提高運營效率。該計軸點設置方法已應用在北京地鐵9號線,上海地鐵10號線、16號線和17號線,以及深圳地鐵11號線、成都地鐵9號線、鄭州地鐵4號線等,適用范圍包括有人及全自動無人駕駛線路（GOA0-GOA4等級線路）。