贵阳市轨道交通1号线长大坡道车辆安全运行控制方案的研究

李大伟，李 兰

（贵阳市城市轨道交通有限公司，贵州贵阳550091）

贵阳市轨道交通1号线长大坡道车辆安全运行控制方案的研究

李大伟，李 兰

（贵阳市城市轨道交通有限公司，贵州贵阳550091）

贵阳市位于群山围绕的盆地之内，全市地形起伏较大，地质条件相对复杂。由于贵阳市特殊的地形地貌，造成了贵阳市轨道交通1号线在经过个别区间落差较大，坡道较长的问题。着重从车辆制动适应性方面进行研究探讨。

贵阳市轨道交通；长大坡道；控制策略；运营安全

贵阳市轨道交通1号线为贵阳市城市轨道交通骨干线，始于下麦西站，沿西北－东南向敷设，终点于场坝村站。1号线线路全长34.308 km，地下线总长约29.02 km，地上线总长约5.288 km，其中贵阳北站至安云路站为连续10 km长大坡道，坡度为28‰，车辆段出入段线最大坡度为38‰。全线共设车站24座，地下车站20座，地上车站4座，其中换乘车站5座。1号线于下麦西设金阳车辆段，场坝村设小河停车场，在诚信路站附近设控制中心1处，在朱家湾站及贵阳火车站附近各设主变电所1处。

1 车辆概述

（1）车辆编组

贵阳市轨道交通1号线采用4动2拖6节编组B型车，M车为无司机室的动车，Mp车为无司机室带受电弓的动车，Tc车为有司机室的拖车。列车两端采用全自动车钩，动力单元间采用半自动车钩及半永久式牵引杆。

编组6辆／列为：＝Tc－Mp－M＋M－Mp－Tc＝

（2）车辆基本参数

列车结构速度／（km·h－1） ≥90；

最大运行速度／（km·h－1） 80；

计算用制动黏着系数： 0.14～0.16；

列车纵向冲击率／（m·s－3） ≤0.75；

列车从0加速到40 km·h－1／（m·s－2）≥1.0；

列车从0加速到80 km·h－1／（m·s－2）≥0.6。

2 长大坡道分析

2.1 坡度定义

根据《CJJ104城市轨道交通工程项目建设标准》，当线路坡度或连续提升高度满足下列条件时，须对列车各种运行状态下的安全性及运行速度进行分析，即视为长大坡道见表1。

表1 正线线路长大陡坡规定值

针对贵阳1号线，则当线路坡度大于30‰或连续提升高度大于16 m，则可认为是长大坡道。贵阳1号线长大坡道区间如下：

①下麦西站—将军山站；

②行政中心站—会展中心站；

③贵阳北站—雅关站—蛮坡站—安云路站；

④北京路站—延安路站；

⑤沙冲路站—望城坡站；

⑥清水江路站—杨坝村站。

2.2 坡度线路参数及限速

贵阳轨道交通1号线的特点是线路连续坡道长，站间距短。其中下麦西站—将军山站、贵阳北站—雅关站和清水江路站—场坝村站长大坡道同时在隧道内和隧道外，其他长大坡道均全部在隧道内，数据如下表2所示。

3 轮轨黏着计算分析

3.1 贵阳气候条件

贵阳地处低纬度高海拔的高原地区，海拔高度为1 200 m左右，年平均气温为15.3℃，年极端最高温度为35.4℃，年极端最低温度为－7.3℃。其中，贵阳冬季以阴冷多雨天气为主，期间有长达半个月的冻雨天气，详细天气数据如表3。

表2 正线露天段线路数据

表3 贵阳气候条件

3.2 黏着计算

由于列车在长大坡道持续自由下滑，为避免列车超过安全限速值，考虑在进入坡道后施加一个克服下滑力的小制动力，使列车以坡道入口速度安全运行。

在列车网络正常时，小制动力优先采用电制动力，若电制动力不足则由气制动补充。按制动力平均分配施加电制动力，由μ＝F／mg，计算各车电制动所需黏着如表4（初步计算值）：

表4 小电制动黏着系数需求表

根据计算所知，电制动所需最大黏着系数为0.043，纯空气制动所需最大黏着系数为0.038（考虑气制动压力偏差的影响），如果所需黏着不高于此值，一般可以认为车辆处于不会发生滑行的安全范围内。

而事实上，列车的黏着系数受车辆运行速度、气候条件、轮轨表面状态等诸多因素的影响，是一个离散性很大的参数，目前尚未有黏着系数的理论公式，各国主要通过大量的试验来得到经验公式。根据中国和日本对不同轨状态下的黏着研究经验公式推算出120 km／h以下列车各速度等级黏着系数如下：

由于贵阳冬季气候以阴冷多雨为主，又偶尔会出现冻雨的天气，很难预估露天段线路实际轮轨黏着情况，无法保证制动黏着需求，并且由于贵阳常年湿度较大，空气中的水气对露天段线路的轨道产生锈蚀，会进一步降低轮轨之间的黏着。因此恶劣情况下在露天段长大坡道，车辆有可能会出现制动打滑刹不住车的情况，对列车正线安全运营造成很大的风险。

表5 中国和日本对湿轨状态下的黏着系数

4 车辆网络控制方案

4.1 速度控制

由表5可知在列车最大速度80 km／h时的湿轨黏着不发生滑行的最大可利用黏着系数为0.082，如果所需黏着系数不高于此值，一般认为车辆处于不会发生滑行的安全范围内。施加小制动所需最大黏着系数0.043远小于此值。理论分析施加小电制动基本没有发生滑行的可能性，但建议保留一定的安全余量。大坡道越长，高架线路越多，考虑的余量应越大。设一般坡道考虑安全余量10 km／h，对（部分）在隧道外的大坡道且长大于2 km的考虑余量20 km／h，长度小于2 km但大于1 km的考虑余量15 km／h。

则各长大坡道进入坡道时的最大初始速度需限制在：

表6 建议限速

紧急牵引情况下的限速：

在紧急牵引情况下，小制动力采用纯气制动力。考虑到制动缸压力存在±15 k Pa的固有偏差，列车施加小制动力时在坡道上最大还可能有0.1 m／s2的加速度，以贵阳北站—雅关站的长大坡道为例，由偏差带来的加速在出坡道时列车已超过安全限速（约97 km／h），仍需司机施加大制动力控制车速。在紧急牵引时，建议直接由司机根据建议的限速值控制行车。气制动压力偏差及黏着计算如表7所示（初步计算值）：施加同样的小制动力，纯气制动所需最大黏着系数为0.038。

表7 小气制动力黏着计算表

4.2 控制策略

由于贵阳市轨道交通1号线坡道较多，位置不集中，且各个大坡道的坡度及长度都不同，若采用在每个长大坡道触发大坡道信号后直接施加小制动的方式，很难统一控制。现考虑设置大坡道限速模式，在司控台设大坡道限速按钮，进入大坡道区间后，触发限速模式，将速度限制在60 km／h（暂定），离开大坡道区间后，将限速模式解除，列车正常行驶。限速值最终在调试阶段确定（可调）。网络正常时限速由网络执行，优先使用电制动。网络限速策略示意如图1所示。

图1 网络限速策略示意图

A段：列车牵引加速。加速到60 km／h切除牵引力后，列车若仍在平道上，将缓慢减速到55 km／h重新施加牵引加速（A′－B′段）。

B段：切除牵引力后，在坡道上自由滑行，加速到63 km／h后，施加0.28 m／s2的小制动力。

C段：施加小制动力后，在－28‰长大坡道上依靠空气阻力缓慢减速。

D段：进入不足－28‰甚至更小的坡道，列车速度较快下降，降至57 km／h以下。

E段：小制动力切除，列车在坡道上继续加速下滑到63 km／h以上。

F段：施加小制动力，列车减速，减速到57 km／h以下，小制动力切除。

G段：小制动力切除后，进入平道，在平道上惰行减速。若仍在坡道上，继续加速，重复上面的过程。在平道上若惰行减速到55 km／h重新施加牵引，加速到60 km／h切除牵引继续惰行直至下一站停车（G′－H′段）。

H段：到下一站，施加最大制动停车。各阈值设定最终在调试阶段确定（可调）。

列车即将进入下一站时，不论速度多少，可直接施加最大制动力停车。即牵引、制动同时有效时制动优先，小制动和大制动同时有效时，以大制动优先。

在有一个或多个电制动故障时，相应故障单元的制动力由气制动补充，所需最大黏着系数在0.038～0.043之间。

在单车多个牵引制动故障、列车救援等情况下，列车需要的限速值小于60 km／h时，按要求最低的限速值行驶，各阈值做相应调整。如需限速30 km／h运行时，33 km／h时，开始施加小制动力，27 km／h时切除小制动力。

在大坡道限速模式下，若列车速度超过68 km／h（暂定），网络进行超速防护，施加最大制动力。紧急牵引时，采用空气制动，司机根据限速建议手动控车。

相比在大坡道信号触发后直接施加小制动力（故必须在列车速度达到一定值后才能触发），采用限速方案可在列车速度很低或零速时就能触发限速模式，操作灵活。同时分析各大坡道的线路数据可知，由站中心到坡道起点平道距离最长的为雅关站450 m（其他均在300 m以下，最短为行政中心站90 m），由于平道加速距离较短，可到大坡道区间时，在站始发位置就触发限速按钮，方便设置标志牌。

贵阳北站—雅关站—蛮坡站—安云路站为多站连续长大坡道，可在贵阳北站触发限速模式，离开安云路站再恢复正常行驶，避免司机反复操作。

进入长大坡道时，需及时提醒司机触发限速模式。由于到站就可触发，可由网络根据站信息，在DDU上提醒司机触发或恢复大坡道限速按钮，但为防止网络故障或报站信息错误时，不能及时限速，仍建议设置标志牌提醒司机。

根据分析的长大坡道线路，在下列站的始发位置应设置标志牌提醒司机，前方进入大坡道，限速60 km／h，按下大坡道限速按钮：

①将军山站（往下麦西站方向）；

②行政中心站（往会展中心站方向）；

③贵阳北站（往雅关－蛮坡－安云路站方向）；

④北京路站（往延安路站方向）；

⑤望城坡站（往沙冲路站方向）；

⑥场坝村站（往清水江路站方向）。

同时在下麦西站、会展中心站、安云路站、延安路站、沙冲路站、清水江路各站的终点位置设置标志牌提醒司机，驶离大坡道正常行驶 ，注意复位大坡道限速按钮。

5 结 论

基于贵阳市轨道交通1号线线路参数及天气情况，通过制动、黏着计算，可以看出采用电空混合的小制动方案和纯空气制动的小制动力通过长大坡道方案均满足各性能要求，方案具备操作可行性。并且使用纯空气制动的小制动力需求的制动黏着要求更小。

正常情况下，在长大下坡道上运行时可完全由信号系统控制施加小制动力控制。同时，当人工驾驶时，在司机台上设置大坡道限速按钮，以便信号控制系统出现故障时，列车网络控制系统可自动施加小制动力，避免人工操作不当造成制动力过大出现滑行的情况，从而确保行车安全。

［1］ GB 50157－2013地铁设计规范［S］.

［2］ GB／T 50438－2007地铁运营安全评价标准［S］.

［3］ 何建枝，张海波，王 刚，等.贵阳轨道交通1号线工程可行性研究报告［R］.

Research on Control Scheme of Vehicle Safety Operation in Long Ramp for Guiyang Rail Transit Line 1

LI Dawei，LI Lan
（Guiyang Urban Rail Transit Co.，Ltd.，Guiyang 550091 Guizhou，China）

Guizhou province is one of the most concentrated areas of Karst landform，Guiyang city is located in the mountains around the basin，its topographic relief is bigger，and its geological conditions is relatively complex.Due to Guiyang’s special topography，the rail transit line 1 has the problems of big terrain gap and long ramp.This paper focuses on the research and discussion of the vehicle braking adaptability.

Guiyang rail transit；long ramp；control strategy；operation safety

U239.5

A

10.3969／j.issn.1008－7842.2016.06.29

1008－7842（2016）06－0111－04

8—）男，助理工程师（

2016－06－03）