高速鐵路引入樞紐信號系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

鄧偉龍

（中國鐵路設(shè)計集團有限公司，天津 300308）

隨著國內(nèi)高速鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，開通運營里程逐年增加，高速鐵路網(wǎng)日趨完善，高速鐵路引入樞紐的情況也不斷增多。由于鐵路樞紐內(nèi)車站規(guī)模大、站型復(fù)雜，引入樞紐各線的線路等級、技術(shù)標準差異性大，給信號系統(tǒng)設(shè)計帶來不小的挑戰(zhàn)。為此，本文以京沈客專引入北京樞紐為例，對樞紐內(nèi)信號系統(tǒng)設(shè)計的幾個特殊點優(yōu)化方案進行探討。

1 京沈客專引入北京樞紐概況

新建北京至沈陽鐵路客運專線（簡稱京沈客專）地處華北地區(qū)的北京市、河北省和東北地區(qū)遼寧省，線路自北京朝陽站起，向東北延伸，依次經(jīng)過北京市順義區(qū)、昌平區(qū)、懷柔區(qū)及密云區(qū)、河北省承德市、遼寧省朝陽市、阜新市，最后到達遼寧省的省會沈陽市，至沈陽站止，線路全長約697 km。

北京樞紐主要包括：新建北京朝陽站、北京朝陽動車所、駝房營線路所、小井村1 號線路所、小井村2 號線路所、上行疏解線、動車走行線，既有京哈鐵路、東星線、東北環(huán)線等。北京樞紐示意如圖1 所示。

圖1 北京樞紐示意Fig.1 Schematic diagram of Beijing hub

2 樞紐列控等級優(yōu)化

設(shè)計初期，北京朝陽站作為京沈客專的始發(fā)終到站，根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，新建京沈客專正線、上行疏解線采用CTCS-3（簡稱C3）級列控系統(tǒng)，動車走行線采用CTCS-2（簡稱C2）級列控系統(tǒng)，各既有線均維持CTCS-0（簡稱C0）級列控系統(tǒng)。后根據(jù)中國國家鐵路集團有限公司（以下簡稱“國鐵集團”）相關(guān)要求，開展北京站至北京樞紐各方向高鐵銜接徑路改造工作，京沈客專需利用既有東星線、京哈線等引入北京站。

由于裝備C3 級車載ATP 的動車組列車一般不裝設(shè)列車運行監(jiān)控裝置（簡稱LKJ），動車組跨線運行時存在車、地不匹配的問題，需要對樞紐內(nèi)相關(guān)既有線路進行適應(yīng)性改造。

樞紐內(nèi)既有線改造通常有兩種改造方案：一是將相關(guān)的既有線路、車站設(shè)備均改造為C3 級，則C3 動車組無需切換可直接接入北京站；二是將相關(guān)的既有線路、車站設(shè)備均改造為C2 級，C3 動車組切換為C2 級后接入北京站。在改造為C2 級的方案中，還存在將C3/C2 切換點設(shè)置在北京朝陽沈陽端還是北京端的問題。因此，按3 個方案進行比較。

2.1 方案一：樞紐改造為C3級

該方案需將既有東星線、既有京哈線北京東站-北京站范圍改造為C3 級，RBC 覆蓋至北京站。

優(yōu)點是C3 動車組可以不用切換列控等級直接接入北京站；C3 車載設(shè)備故障時可以降級為C2 控車。

缺點是RBC 覆蓋范圍大，樞紐內(nèi)需考慮清頻與頻點設(shè)置等問題；樞紐內(nèi)C3 系統(tǒng)與其他既有線接口多，工程量大，后期維護工作量大；工程投資相對較高；其他C2 線路接入時需要切換為C3。

2.2 方案二：樞紐改造為C2級，在東星線上切換

該方案需將既有東星線、既有京哈線北京東站-北京站范圍改造為C2 級，在東星線上設(shè)置C3/C2切換點，RBC 覆蓋至北京東站。

優(yōu)點是RBC 覆蓋范圍、C3 系統(tǒng)接口、工程量、后期維護工作量、工程投資等均較方案一大幅減少。

缺點是C3 動車組需切換至C2 級才能接入北京站，車載設(shè)備故障時只能按照非正常狀態(tài)組織行車。

2.3 方案三：樞紐改造為C2級，在京沈正線切換

該方案將既有東星線、既有京哈線北京東站-北京站范圍改造為C2 級，在京沈客專正線小井村1 號線路所外方（沈陽方向）設(shè)置C3/C2 切換點，RBC 覆蓋至北京朝陽站。

與方案二相比，優(yōu)點是較進一步減少了RBC 覆蓋范圍、C3 系統(tǒng)接口、工程量、后期維護工作量及工程投資等。缺點是以北京朝陽為終到站的C3 動車組也需要轉(zhuǎn)換為C2 級。

2.4 方案比選

以北京樞紐為整體分析，由于京唐城際鐵路經(jīng)既有京哈線接入北京站，京張高鐵經(jīng)既有東北環(huán)線、東星線、京哈線接入北京站，上述兩線與京沈客專不能完全同步實施。若采用方案一或方案二，均存在相關(guān)線路接入樞紐時需要對樞紐內(nèi)C3 系統(tǒng)進行再次改造的問題，改造實施難度大，聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作量大，安全風險大，同時也會影響京沈客專的正常運營。此外，既有東星線為單線，區(qū)間長度僅1.7 km 左右，區(qū)間無通過信號機，也不具備布置雙方向C3/C2 切換應(yīng)答器組的條件。樞紐內(nèi)運行速度較低，C2 系統(tǒng)不會影響整體的運輸能力。因此，從節(jié)省工程投資、降低樞紐實施難度和安全風險等角度出發(fā)，最終采用了方案三，即樞紐按C2 系統(tǒng)改造，C3/C2 切換點設(shè)置在京沈正線上。這也符合后期國鐵集團“新建高鐵引入樞紐原則上采用C2 級列控系統(tǒng)”的要求。

3 場聯(lián)分界處自動觸發(fā)優(yōu)化

北京朝陽站受地形及征地拆遷等原因限制，高速場、普速場咽喉區(qū)連接緊密。根據(jù)站場股道功能分配，6G ～XVG 為高速場接發(fā)車股道，1G ～5G、16G、17G 為普速場接發(fā)車股道，普速場呈“C”字形外包高速場，如圖2 所示。

圖2 北京朝陽站出站信號機處場聯(lián)分界示意Fig.2 Schematic diagram of liaison boundary between yards at starting signal in Beijing Chaoyang station

由于站場布置特殊，北京朝陽站高速場、普速場間存在多處場聯(lián)。就南咽喉而言，10 處場間分界一般設(shè)置在出站信號機處，S6 ～SXV 出站信號機及全部南咽喉區(qū)的道岔、軌道電路均由普速場控制（虛線部分），6G ～XVG 由高速場控制（實線部分），同時高速場設(shè)S6 ～SXV 的復(fù)示信號。

計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)和列控系統(tǒng)均可按圖2 所示場聯(lián)分界方案實現(xiàn)兩場間的進路控制，但CTC 系統(tǒng)中，股道和咽喉區(qū)分屬不同車場，不能實現(xiàn)兩場間進路自動觸發(fā)，具體原因分析如下。

1）由普速場北京東方面至高速場股道的接車進路，由于高速場沒有咽喉區(qū)，CTC 自律機無法判斷列車進站的過程，列車到達高速場6G ～XVG 后，無法自動報到達點。

2）由高速場股道向普速場北京東方面的發(fā)車進路，由于出站信號機和咽喉區(qū)均由普速場控制，列車自6G ～XVG 出發(fā)后，高速場無法自動報出發(fā)點。

為減少進路不能自動觸發(fā)的場間分界處數(shù)，減少現(xiàn)場作業(yè)量，在保證站場各股道使用功能不變的前提下進行優(yōu)化設(shè)計，將場聯(lián)分界移至岔前絕緣節(jié)處，同時在場間分界處兩場分別設(shè)置虛擬信號機和相應(yīng)的列車按鈕。其中6G ～8G 分界于53#岔前，結(jié)合D27 設(shè)置XXT4-D27、SXT4 虛擬信號機；9G ～11G 分界于49#岔前，結(jié)合D29 設(shè)置XXT5-D29、SXT5 虛擬信號機；12G、13G 分界于47#岔前，設(shè)置XXT6、SXT6 虛擬信號機，XIVG、XVG 維持分界于SXIV、SXV 出站信號機處，如圖3 所示。

圖3 北京朝陽站岔前絕緣處場聯(lián)分界示意Fig.3 Schematic diagram of liaison boundary between yards at insulation joint in front of turnout in Beijing Chaoyang station

對普速場而言，XD 進站信號機與上行虛擬信號機（SXT4、SXT5、SXT6）間可組成完整的通過進路；對高速場而言，下行虛擬信號機（XXT4-D27、XXT5-D29、XXT6）與S6 ～S13 出站信號機可組成完整的接發(fā)車進路。因此，CTC 系統(tǒng)可實現(xiàn)6G ～13G 的進路自動觸發(fā)，具體分析如下。

1）由普速場北京東方面至高速場股道（6G ～13G）的進路，先辦理高速場的接車進路，再辦理普速場的通過進路。列車壓入XD 進站信號機內(nèi)方后，普速場報通過點；列車完全接入6G ～13G后，高速場報到達點。

2）由高速場股道（6G ～13G）向普速場北京東方面的發(fā)車進路，先辦理普速場的通過進路，再辦理高速場的發(fā)車進路。列車壓入S6 ～SXV 出站信號機內(nèi)方后，高速場報出發(fā)點；列車壓入上行虛擬信號機內(nèi)方后，普速場報通過點。

盡管受站型和股道使用要求的限制，XIVG、XVG 仍保留在SXIV、SXV 出站信號機處分界，不能實現(xiàn)自動觸發(fā)，但南咽喉場聯(lián)數(shù)量由10 處減為5處，不能自動觸發(fā)的股道接發(fā)車進路數(shù)量由10 處減少為2 處，優(yōu)化效果顯著。

4 提高樞紐運行效率優(yōu)化

4.1 原方案存在的問題

北京樞紐北京朝陽站附近，為滿足上行疏解線與動車走行左線疏解設(shè)置了駝房營線路所、滿足上行疏解線與京沈上行正線疏解設(shè)置了小井村1 號線路所、滿足鐵科試驗列車利用動車走行線進出環(huán)鐵站設(shè)置小井村2 號線路所。但樞紐內(nèi)用地緊張，駝房營線路所、小井村2 號線路所附近均不具備設(shè)置信號用房的條件，因此，駝房營線路所與小井村1號線路所合用一套聯(lián)鎖、CTC 設(shè)備，在小井村1 號線路所附近設(shè)置信號樓；小井村2 號線路所與北京朝陽動車所合用一套聯(lián)鎖、CCS 設(shè)備，在北京朝陽動車所內(nèi)設(shè)置信號樓。各線路所、車站位置及連接關(guān)系、信號機布置等如圖4 所示。

該方案從聯(lián)鎖關(guān)系上是可行的，但從運輸角度來看，存在兩個問題。

1）不利于調(diào)度員區(qū)分方向

小井村1 號線路所、駝房營線路所合設(shè)一套聯(lián)鎖、CTC 設(shè)備，其在調(diào)度臺上顯示為1 個車站（所），但京沈上行正線的動車組列車經(jīng)小井村1 號線路所5#道岔的直向和側(cè)向均去往北京朝陽高速場，非常不利于調(diào)度員區(qū)分列車運行方向。

2）運行效率較低

按照CTC 自動觸發(fā)通過進路、發(fā)車進路的邏輯，需要前次列車出清車站1LQ 之后，方可自動觸發(fā)后次列車的進路。

a.小井村1 號線路所S 通過信號機經(jīng)5#道岔側(cè)向至駝房營線路所SS 通過信號機至北京朝陽高速場的進路，需列車出清小井村1 號線路所管轄的XDA1LQG 后，方可觸發(fā)下一條進路。整條進路長度2 811 m，且上行疏解線受豎曲線影響固定限速45 km/h，因此整體效率較低。

b.北京朝陽動車所經(jīng)小井村2 號線路所至北京朝陽高速場的進路，動車走行左線需列車出清北京朝陽動車所管轄的XDA1LQG 后，方可觸發(fā)下一條進路；動車走行右線需列車出清SDB1LQG 后，方可觸發(fā)下一條進路。最長的進路達5 044 m，其中3 100 m 限速45 km/h，且北京朝陽動車所設(shè)有踏面診斷設(shè)備，該段限速35 km/h，整體運行效率較低。當清晨動車組需要密集出所時，低效率運行對整體運輸?shù)挠绊憣⒂葹槊黠@。

4.2 優(yōu)化方案

1）小井村1 號線路所與駝房營線路所仍合用一套聯(lián)鎖設(shè)備，一套CTC 主機，但分別設(shè)置小井村1 號線路所、駝房營線路所兩個CTC 終端，調(diào)度臺上顯示為2 個車站（所），則京沈上行正線的列車經(jīng)小井村1 號線路所5#道岔的直向去往北京朝陽高速場，側(cè)向去駝房營線路所，便于調(diào)度員區(qū)分列車運行方向。同時，小井村1 號線路所S 通過信號機經(jīng)5#道岔側(cè)向至駝房營線路所SS 通過信號機至北京朝陽高速場的進路，列車出清1/5G 后，即可觸發(fā)下一條進路，縮短1 766 m 走行距離的時間，可提高運行效率。

2）北京朝陽動車所與小井村2 號線路所仍合用一套聯(lián)鎖設(shè)備，一套CCS 主機，但分別設(shè)置北京朝陽動車所、小井村2 號線路所兩個CCS 終端，調(diào)度臺上顯示為2 個車站（所）。北京朝陽動車所經(jīng)小井村2 號線路所至北京朝陽高速場的進路，動車走行左線列車出清X1LQG 后，動車走行右線列車出清S1LQG 后，即可觸發(fā)下一條進路，分別縮短967 m、1 805 m 走行距離的時間，可提高運行效率。

5 結(jié)束語

高速鐵路引入鐵路樞紐對信號系統(tǒng)的設(shè)計要求相對較高，以京沈客專引入北京樞紐信號系統(tǒng)的優(yōu)化方案為例，對設(shè)計過程中遇到的問題及優(yōu)化解決方案進行歸納總結(jié)。京沈客專自2021 年1 月開通至今，運行平穩(wěn)，各方反饋意見良好。在樞紐內(nèi)信號工程的特殊場景下，上述優(yōu)化方案具有一定代表性，期望該優(yōu)化方案對其他類似工程建設(shè)能起到借鑒和參考作用。