冰雪天气对高速铁路轨旁设备的影响及对策

满开泉，丁闪峰，王婷婷

(中国铁路兰州局集团有限公司，兰州 730000)

1 概述

冰雪天气对高速铁路信号设备的影响，最严重的是列车积冰对轨旁设备的击打，不仅影响信号设备的正常使用，也成为高速运行动车组安全运行的隐患[1-2]；宝兰高铁是打通徐兰高铁与兰新客专的“最后一公里”，于2017年7月开通运营。第一个冬天就发生由于冰块砸伤应答器造成的故障7件，道岔积雪夹冰导致道岔故障3件，道岔内接点结霜导致的故障4件，严重干扰正常的行车秩序。兰州局集团公司针对问题采取一些整治措施，本文总结整治过程，并思考工程源头解决的思路，对工程设计提出一些建议。

2 轨旁设备防击打工作的实践

王振波等同志的《高寒天气对铁路轨旁设备的影响及防护》中总结了哈大线冰雪对轨旁设备的影响，文中谈到冰雪对应答器、轨道电路的调谐单元、扼流变压器、电缆盒、钢轨引接线、转辙机等设备都有不同程度的影响。而西北地区冰雪影响主要集中在应答器（特别是有源应答器）和区间轨道电路的补偿电容上，列车落冰的部位集中在道心部位。而钢轨外侧设备受打击的概率要低一些，从宝兰客专2017年、2018年、2019年3年数据分析，未见钢轨两旁设备受击打。

2.1 应答器的防护

应答器损坏情况主要分为2种：一是应答器本身在遭遇雪块击打后损坏。二是应答器尾缆被冰雪击打损伤。兰州局集团公司没有采取哈大线降低应答器高度的方法，主要采取防的办法：一是为应答器加装防护装置；二是改进应答器底座，增加尾缆防护功能。

2.1.1 应答器防护方案

为应答器安装的防护装置，实质是一个多层叠放的三角板，一个角正对列车来临的方向，利用三角形边将迎面而来的列车落冰导向两侧，起到防护应答器的目的。防护挡块的高度大于应答器的高度，用上下贯通的螺栓将防护挡块固定在道床上，距应答器18 cm时效果好，如图1所示。

应答器前安装防护挡块，意在防护顺列车方向滑来的冰块，并不能防护直击冰块。同时，受防护挡块导引冰块在撞击钢轨后，碎屑仍会对应答器及尾缆造成一定的伤害，但已大大降低了应答器受冰雪击打的风险。

图1 应答器防护示意图Fig.1 Schematic diagram of balise protection

兰州局集团公司在宝兰客专应答器防落冰击打实践中，在有源应答器的前方均安装了防护装置。鉴于成本、击打概率、施工难度考虑，未对无源应答器加装防护挡块。无源应答器虽耐砸，运营实践中也确实少见无源应答器被砸的案例，但综合应答器与防护挡块成本比，在工程建设期一次加装也是合算的。

2.1.2 有源应答器尾缆防护

有源应答器另一种损坏形式是尾缆被落冰击打损伤，也有案例是落冰击中应答器尾缆后将应答器接口打坏。由于在寒冷天气下尾缆会变硬变脆，尤其是硬连接部位在受到冰雪击打后更容易损坏，造成应答器无法通信，导致设备故障。

防护的方法是改进应答器底座，加长、加高尾缆端的底座，为尾缆增加一层防护屏障，如图2所示。通过改进应答器的底座，使得尾缆也有了相应的保护，大大降低了应答器被落冰击打损坏的概率。

图2 改进后的应答器底座Fig.2 Improved balise base

事实上，有源应答器安装方式对其尾缆抗列车落冰有重要影响。高速铁路应答器的安装规范[3]：1）应答器应安装在两钢轨的中心位置，可以横向、纵向安装；2）列车最高运行速度大于350 km/h时，宜采用纵向安装方式。如图3、4所示。

横向安装加大了应答器被击打的面积，且暴露应答器的尾缆，增加尾缆被击打的可能。而采用纵向安装时被击打的概率会有所减少，所以建议250 km/h的线路也采用纵向安装方式。

2.2 区间轨道电路补偿电容的防护

图3 纵向安装Fig.3 Vertical installation

图4 横向安装Fig.4 Horizontal installation

相对于应答器而言，区间轨道电路补偿电容受列车落冰击打防护难度更大些[4-5]，落冰借动车高速动能在钢轨间道床上高速运行，极具破坏力。中心安装方式会将电容及导线打断，侧装式则会砸断引线。

侧装式电容主要砸伤引接线，现场多采用侧装加PE管保护的方式，如图5所示。但效果不好，落冰可直接砸坏PE管进而打伤内部线缆，如图6所示是被列车落冰砸伤的补偿电容引线及其保护管。曾考虑过用钢管替代PE管，但怕钢管固定不良会对动车安全造成致命危险，不敢试验—事实上，现场确实发现过固定保护管的化学锚栓受落冰砸脱的案例，所以还得另想办法。

图5 用PE管保护的补偿电容引线Fig.5 Compensation capacitor leads protected with PE tubes

图6 被落冰砸伤的补偿电容引线及保护管Fig.6 Compensation capacitor leads and protective tubes damaged by falling ice

让信号工苦恼的是，区间轨道电路补偿电容量太大，虽不一定会立即造成红光带影响运输，但影响轨道电路传输特性，又无可靠的测试手段，只能靠信号工走区间一步步检查，排查工作量大，所以冰雪天气后的夜间“天窗”，必定是信号工痛苦的一夜。另外频繁地补、拆防护管工作，也使得锚定螺栓松动，进而增加异物被高速动车吸入概率，增大动客车安全风险。这一点在宝兰客专中已有所反应。

预留孔道暗装也许是根本的解决办法。随之而来的问题是需要在整体道床上预留孔道，这又是另一个难题，且不说工务专业施工时信号图还需设计，即便信号专业设计时也不能一次准确确定出补偿电容的位置。

BIM技术的出现为解决工务与信号专业的协调提供了契机，利用BIM技术对各专业接口进行仿真，或许能提高各专业间协调的可行性[6-8]。另一条路线是整体道床施工时预留标准间距的孔道，由信号专业就孔道位置设计补偿电容。

不管怎么说，办法总比困难多，希望设计部门能研究并进行尝试。

2.3 冰雪天气下列车限速运行及监测建议

冰雪天气下，合理的降速运营可减小列车积冰脱落对信号轨道设备的伤害。因高铁运营组织特点，运营调整弹性小，局部的设备故障往往会引发连锁反应。另一方面，信号设备故障处理时间长，特别是区间的设备故障延时会更长，而列车落冰砸坏信号设备又往往是大面积的，影响就更为严重。所以，有计划地降速运营，从整体上反会减小因信号故障给运营带来的干扰。

需要说明的是，在实际执行中，降速申请、达速恢复对电务部门领导的压力是巨大的。一方面是电务部门对动车积冰状态不掌握，基本是靠经验；另一方面，列车落冰的规律性掌握也不足。限早了，影响运输效率。限晚了，砸坏设备。

事实上，列车落冰还真不一定是管内雪天。一是，邻局下雪造成列车积冰，也会造成本区段落冰，从寒冷区段向相对温暖区段过渡时尤为明显。比如，西安局管内下雪，列车积冰进入兰州局管内后落冰，电务部门是说不清楚的。二是，同是下雪天，不同车型落冰也不一样，比如，CRH2C型动车因车体在车厢连接部位未装防护板，无防护板部位易积冰。兰州局集团公司电务部门曾协调车辆部门，对动车组车底涂蜡、涂油以期减少列车积冰，但效果不明显。三是，列车落冰还与气温、环境有关。比如，刚入冬或初春，冰雪天列车落冰就明显些。再比如，宝兰客专上行线洪亮营隧道口，就特别容易落冰砸坏设备，分析原因，是隧道内较为温暖，动车积冰在隧道内消融松动，导致出洞时坠落。

其实在固定站设置除冰站是解决此问题的最根本的方法，不能设置时在区段站或关键地点设计视频监测装置监测车体积冰，及时发现列车积冰，对运营部门及时采取应对措施是经济的手段，应在设计中加以研究。

3 结束语

1）为应答器增加防护装置能改善应答器的工作环境，有效降低列车落冰对应答器的击打概率，建议北方地区将高铁应答器增加防护装置纳入信号设计标准，考虑性价比，有源与无源应答器均设计防护装置。

2）有源应答器的安装，建议不区分250 km/h还是350 km/h，一律改为纵向安装，以减少列车积冰脱落对应答器的损伤概率。

3）区间轨道电路补偿电容用加装PE保护管进行防护的措施，效果不明显，为侧装式补偿电容预留孔道可从根本上解决列车落冰对其伤害。这要求设计部门进行研究，施工图设计时工务专业与电务专业充分结合。是工务专业为补偿电容预留孔道，还是工务专业预留标准孔道由信号专业“削足适履”，需要设计部门进一步研究、尝试。

4）冰雪天气下合理的降速运行能减少列车落冰对信号设备的伤害，运输部门应给予理解。同时，在区段站设计监控装置监测车体积冰，及时发现列车积冰对运营部门及时采取应对措施是经济的手段，应在设计中加以研究。