提高列车折返作业效率优化联锁设计方案的研究

何霖，王柳，张溢斌

近年来,地铁线路面临着巨大的客流压力,不断提高运力的需求日益凸显。为此,诸如改善车型、增加列车编组、缩短运营间隔等措施,成为提升地铁线路通过能力的有效方法［1］。影响线路能力的因素主要包含4个方面:线路条件、车辆性能、信号系统和运营组织方式。本文基于车站配线条件、列车编组、停站时间、列车过岔速度、运营组织方式等条件不变的情况下,仅针对信号系统对折返能力的影响进行分析和研究。

目前地铁多采用基于连续式通信的列车运行控制系统（CBTC）［2］,在满足规定安全间隔的前提下,按照移动闭塞原则实现区间自动运行；列车在折返站进行折返作业时,仍采用进路闭塞方式运行,即固定闭塞行车。无论是移动闭塞还是固定闭塞均基于进路的办理,而后续追踪列车办理进路的快慢,直接影响列车追踪间隔及折返效率。本文将以中间折返站、终端折返站为例,分析和研究提高列车折返作业效率的优化方案。

1 中间折返站折返

1.1 折返作业流程

以图1为例,中间折返站站后折返作业大致分为:下行站台接车作业、折返作业、进入上行站台并出清保护区段3个阶段［3］。

图1 中间折返站信号平面图

1）下行站台接车作业。接车进路:X02-X01,保护区段01DG。列车可以无扰接入站台的重要条件是保护区段01DG空闲且锁闭［4］。通常联锁设计方案:办理接车进路时,保护区段道岔P08/P10默认被锁闭至定位。缺点:在前车为折返列车的情况下,前车位置将直接影响后车能否进入站台。

2）折返作业。折入进路:X01-X06。系统办理折入进路并开放信号机X01,待折返列车完全进入折返轨04G（即列车尾部越过计轴点JZ12）且08DG解锁后,道岔P08/P10方可转换至定位,被后续列车的接车进路保护区段锁闭。

3）进入上行站台并出清保护区段。折出进路:S08-S07。系统办理折出进路S08-S07,折返列车进入05G停车后,系统办理出站进路且开放出站信号机S07,待列车完全出清07G（进路S08-S07的保护区段）后,全部折返作业完成。

4）折返作业流程及时间见表1。表中时间列仅示意各步骤间相对的时间长短,不对具体时间进行描述。

表1 中间折返站折返作业流程及时间

1.2 优化方案分析

1.2.1 保护区段道岔位置的选向控制

对于涉及折返作业保护区段的道岔,为其设置选向按钮,可以人工灵活干预保护区段被锁闭至定位或反位。从中间折返站折返时间分析图表可以看出,NO.2、NO.3的起始时间应相同,NO.3作业如果在NO.2作业（下客作业）时间之内完成,则对折返作业效率无影响；如果NO.3作业时间超出NO.2作业时间,则会增加折返时间。

对于折返作业的列车,在进入上行站台前,通过选向按钮,先行将保护区段道岔P10选向至反位,系统再触发X02-X01接车进路,此时将建立P08/P10处于反位的保护区段。否则,后续列车停稳于站台06G,需待01DG（P08/P10定位）保护区段解锁后,才能办理X01-X06进路。此方案将节省解锁保护区段及P08/P10道岔转换时间,以避免出现NO.3作业时间超出NO.2作业时间而导致降低折返作业效率的情况。

缺点:在中间折返站设置选向按钮,如果大部分列车是直向通过该折返站,仅有个别列车在此站折返,应注意人工设置P10道岔反位选向且折返列车出清01DG后,及时恢复P10的定位选向,避免耽误后续列车进路建立定位保护区段及发车进路（经道岔P10定位）。终端折返站使用选向按钮能够有效避免上述缺点。因此,也可以考虑将选向按钮的恢复方式设计为以下2种。

方式一:如上文所述,将选向按钮设计为非自复式按钮,一直有效方式。按下选向按钮设置反位保护区段,持续将保护区段锁闭在反位,恢复锁闭定位保护区段时需人工操作抬起按钮。

方式二:将选向按钮设计为条件自复式按钮,一次有效方式。按下选向按钮为反位位置后,保护区段被锁闭至反位,待保护区段解锁后,该按钮复原,恢复为保护区段默认锁闭定位方向。

可根据不同的站型和折返作业需要,选择合适的选向按钮恢复方式。

1.2.2 进路解锁优化

目前进路区段解锁采用列车出清本区段延时3 s的解锁方式［5］。因列车经过区段时偶尔会发生轻车跳动情况,采用轨道电路作为列车位置检测设备的情况下,轨道电路会发生瞬时分路不良,延时3 s主要是沿用国铁的处理方式,这是为避免区段错误解锁而规定的特殊延时处理。对于地铁正线车站,通常采用计轴作为列车位置检测设备,由于计轴设备不会发生类似轨道区段的瞬时分路不良,以及轻车跳动导致轨道继电器瞬间状态变化等情况,因此可以考虑取消3 s延时处理,即列车出清本区段并占用下一区段后,本区段无需延时立即解锁,这样可为后续进路排列节省时间。

从中间折返站折返时间分析图表可以看出,如果优化解锁时间后,NO.4及NO.7作业中均可节省3 s时间。

1.2.3 折返站道岔的特殊控制及处理

在上述折返作业过程中,只有在折返列车完全进入折返轨04G（列车尾部越过JZ12）且08DG解锁后,道岔P08/P10方可转换至定位,被后续列车进路的保护区段锁闭。道岔的转换时间通常为8 s左右［6］,如果能够提前转动道岔P08/P10,为后续进路的办理打下基础,势必会有效缩短追踪间隔。

通常联锁设计时均将单渡线道岔（本例中道岔P08/P10）按照双动道岔控制。如果计轴点JZ16可以移动至P10岔后不侵限的位置,可考虑将道岔P08及P10控制电路分开设置,按照2个单动道岔处理。P10道岔作为保护区段道岔时,需做如下带动处理:建立P10定位的保护区段,将P08带动至定位。P10作为进路中道岔被锁闭至定位时,仍需将P08道岔按防护至定位处理。

带动时间应设计为可配置,该时间应大于列车走行08DG的时间。通过对实际线路上述站型的时间统计,列车通过08DG的时间大致为12 s,带动时间可配置为15 s。

按这种优化方案处理,当列车尾部越过JZ16且01DG解锁后,道岔P10即可被转动,提前的时间即为列车通过08DG的时间,即12 s左右。如果08DG区段越长,节省的时间也就越多。

列车出清08DG时,道岔P08会被提前带动至定位位置,相对于办理折出进路S08-S07时再被转换,也节省了时间。从中间折返站折返时间分析图表可以看出,优化后可以大大节省NO.1及NO.6作业所需时间。

因此,全线的渡线道岔,可分成2种处理方式:用于折返且要求折返间隔小的保护区段道岔按2个单动道岔处理,作为保护区段时仅将另一组道岔做带动处理；作为进路中道岔时按防护道岔处理。不用于终端折返且折返间隔要求不高的地方仍按双动道岔处理。

2 终端折返站折返

2.1 折返作业流程

以图2为例,站后折返作业大致分为:上行站台接车作业、折返作业、进入下行站台并出清保护区段3个阶段。

图2 终端折返站信号平面图

终端折返站上行站台接车进路为F2-SC,驶入折返轨的折入进路为SC-Z1,驶入下行站台的折出进路为F3-XC,待列车根据信号机XC的开放信号出清保护区段1G后,折返作业完成。F2-SC进路的保护区段道岔4/5,默认锁闭至反位。当列车尾部越过JZ7后,才可以再次将保护区段道岔4/5锁闭至反位,并触发出SC-Z1的折返进路。

1）上行站台接车作业、折返作业。接车进路:F2-SC,保护区段4-6DG。列车可以无扰接入站台的重要条件是保护区段4-6DG空闲且锁闭。一般情况下,保护区段中道岔4/5被锁闭至定位。此处可考虑将保护区段默认锁闭至4/5反位,或优先触发SC-Z1折返进路。

2）进入下行站台。折出进路:F3-XC。系统办理折出进路F3-XC,折返列车进入3G停车后,系统办理出站进路且开放出站信号机XC,待列车完全出清1G（进路F3-XC的保护区段）后,折返作业完成。当列车尾部越过JZ7后,才可以为后续列车建立道岔4/5锁闭至反位的保护区段,并触发SC-Z1的折返进路。

3）折返作业流程及时间见表2。表中时间列仅示意各步骤间相对的时间长短,不对具体时间进行描述。

2.2 优化方案分析

1）设置选向按钮、进路解锁优化、道岔的特殊控制等优化措施,同样可提高终端折返站的折返效率。

2）改变保护区段默认锁闭位置,即可将接车进路的保护区段优先默认锁闭在反位,节省保护区段锁闭、解锁的时间。

3）优化计轴区段的分割。

本案例中终端折返站折返过程中的干扰点主要集中在3-5DG的位置,列车占用3-5DG直接影响了道岔4/5的转换,因此可以考虑将3-5DG分割成2个计轴区段3DG和5DG,如图3所示,通过增加计轴点JZ5的方式,提高折返作业效率。

图3 增加计轴点JZ5位置

增加的记轴点JZ5建议设置于5号道岔岔后不侵限的位置［7］,当列车尾部越过JZ5后且仍占用3DG时,不影响保护区段道岔4/5转换至反位,以及SC-Z1进路的办理。即使由于条件限制,JZ5无法设置于非侵限位置时,办理进路SC-Z1后,道岔4/5仍可先行转换至反位,提前完成选路,以达到提前转换道岔而节省时间的目的。

3 结束语

通过本文的分析研究,联锁系统可以从保护区段道岔位置的选向控制、进路解锁、折返站道岔的特殊控制、优化保护区段默认锁闭位置、切割缩短道岔计轴区段等方面考虑优化方案,本文提出的优化建议能够达到减少进路办理时间的目的,可有效缩短折返及运行间隔时间,提高折返作业效率。