城市轨道交通道岔区段岔后计轴点设置方法研究

黄柒光，汪小勇，陈绍文

在城市轨道交通建设过程中,一般是在土建阶段先确定站台和道岔位置,然后信号系统再进行区段、信号机和应答器等的设计和布置［1-2］。

目前CBTC信号系统基本都采用计轴设备作为次级检测设备［3］。CI（联锁系统）一方面由车载ATC（列车自动控制）系统经车地无线通信网络,通过轨旁ATC的区域控制器传递获取信息；另一方面,通过安全型继电器获取计轴输出的区段占用/出清信息［4］。这2方面信息经CI计算后,即得到所需的轨道状态信息［2］。由于计轴设备的设置直接影响计轴输出区段列车的占用/出清时间,进而影响到联锁系统道岔解锁时间,因此,计轴点的设置尤为关键,其设置效果直接影响列车运行安全和运营效率。

1 道岔区段岔后计轴点传统设置方法

在CBTC信号系统设计中,列车由岔前经过岔尖往岔后运行,经过道岔区段后,联锁系统可解锁该道岔供后续列车使用。在线路有坡道的情况下,为防止列车可能发生溜逸至警冲标,联锁系统需先检查与岔后相邻区段出清后,再进行解锁道岔［5-6］。这样将延长解锁时间,特别是对运营效率要求较高,运营间隔时间较短的一线城市地铁线路有较大影响。

列车过岔运行示意见图1,两列车从岔前往岔后运行,前方列车A经过道岔区段后,联锁系统针对P10道岔进行解锁供后续列车B使用［7-8］。其中,前方列车A经过道岔定位前往DA,后方列车B经过道岔反位前往DB。当列车A经过道岔P10后,联锁系统何时解锁将直接影响前、后列车的运营间隔。联锁系统解锁道岔时间与道岔区段长度,及岔后相邻区段长度有关,而岔道区段长度与岔后计轴点布置有关。

图1 前、后两列车由岔前到岔后运行示意

1）设置的岔后计轴点在警冲标外方（图1中Fouling A左边）,出于安全考虑,前车经过道岔后,联锁系统解锁道岔、允许办理通过道岔进路,进路信号机允许开放等操作,均需要联锁系统检查岔后计轴点相邻区段是否出清［9］,这样将增大列车运营间隔。

2）设置的岔后计轴点在警冲标内方（图1中Fouling A右边）,岔后计轴点到警冲标距离较短,当列车A经过道岔区段后,联锁系统对道岔解锁,由于后方列车与前车运行方向不一致,触发道岔另一方向进路,进路办理信号已开放,后方列车运行在道岔区段,一旦线路存在坡道,前车有可能发生溜逸；若溜到警冲标外方,会与后车存在侧撞风险。因此,联锁系统同样需在道岔解锁前,检查岔后相邻区段是否出清,这样将增大列车运营间隔。

3）设置的岔后计轴点同样在警冲标内方（图1中Fouling A右边）,但岔后计轴点到警冲标距离过大,就会导致道岔区段过长,列车经过道岔区段将需要更多时间,联锁系统判断道岔允许解锁的时间也更长,同样影响列车运营间隔。

2 道岔区段岔后计轴点最优设置方法

基于对道岔区段岔后计轴点传统设置方法的分析,提出一种道岔区段岔后计轴点的最优布置方法,通过计算设置计轴点与警冲标之间的适当距离,可减少列车运营间隔时间,提高运营效率。

所述适当距离,与项目中列车溜逸后的紧急制动距离、溜逸最高速度、车辆系统参数、线路坡度等有关。其中,溜逸紧急制动距离、溜逸最高速度来自项目合同要求,与业主需求有关；车辆系统参数来自车辆供应商厂家；线路坡度来自项目土建资料。设置适当距离的目的是在列车经过道岔区段后,联锁系统对道岔解锁,此时即使列车发生溜逸情况,也不会影响到道岔转动及后续列车,并且在确保安全的前提下,运营效率最高。

若因线路条件原因,岔后计轴点与警冲标之间距离小于适当距离,则必须要求联锁系统对道岔解锁前,检查与该道岔岔后计轴点相邻区段出清,虽牺牲一定效率,但确保发生溜车后不会出现侧撞。

这种计轴点设置方法对于地铁大部分车型均适用。因为不同车型主要指宽度或车长不同,而本文介绍的设置方法主要与车辆参数中转向架的车轴到车顶端距离有关,而不同车型该距离相同,因此可适用所有车型。

根据目前项目实际实施的情况,采用最优设置方法后,每组道岔解锁时间至少可减少10 s,假设一条线路正线有10组道岔,那么将至少缩短100 s时间,这对于客流大,运营间隔要求小的线路十分重要。

3 举例说明

道岔区段岔后计轴点布置示意见图2,其中无岔区段G01包含计轴点JZ01、JZ04,道岔区段G02包含计轴点JZ01、JZ02、JZ03,无岔区段G03包含计轴点JZ02和JZ05。前车A已从DC经过道岔P10定位往DA运行,后车B准备从DC经过道岔P10反位往DB运行。JZ01为道岔区段岔前计轴点,JZ02和JZ03为道岔区段岔后计轴点,FoulingA为道岔警冲标位置。

图2 典型道岔区段计轴点最优布置

当设计的计轴点JZ02布置在距警冲标Foulin⁃gA等于适当距离D时,可使联锁系统解锁道岔时间最短。适当距离D等于溜逸距离加两车轮之间距离,以及车头（车尾）转向架的第一车轴到车端距离之和,同时考虑一定的安装误差（如1 m）。考虑两车轮距离,是因为可允许一对车轮经过计轴传感器而没有被计轴检测,并不影响系统正常工作；安装误差是现场由于一些线路设备,如计轴点布置需避开金属物一定距离,以免计轴容易受扰,具体距离可根据计轴参数确定。如郑州地铁4号线项目,要求列车后溜0.5 m开始产生紧急制动,信号系统ATC车载控制器从发出紧急制动命令到车辆接收到紧急制动命令后进行切除牵引、施加制动需要一定时间,并且列车制动系统施加制动也需要一定的时间过程,制动力由小慢慢变大,直到列车完全停止。经计算,列车从开始溜逸到停车距离为4 m左右。根据车辆参数获取两车轮距离为2.2 m,第1车轮对到车端距离为3.2 m,现场预留安装误差1 m,因此适当距离D为10.4（4+2.2+3.2+1）m。

4 结论与展望

在地铁线路上,计轴点布置太多,会增加线路建设和维护成本；布置太少,又会影响运营效率。若计轴点的布置位置合理,则既可提高运营效率,又无需新增计轴设备,所以在地铁信号系统建设中,要重视计轴点的合理布置。同时由于土建原因导致计轴点布置无法进行常规设计时,需在安全与效率方面优先考虑安全因素。道岔区段计轴点最优设置方法是当前、后两列车从岔前经过岔尖往岔后运行方向不一致时,考虑线路存在坡道,列车可能发生溜逸,通过调整道岔区段计轴点到警冲标距离,确保列车安全经过道岔后,联锁系统解锁道岔时间最少,以缩短列车运营间隔时间,提高运营效率。该计轴点设置方法已应用在北京地铁9号线,上海地铁10号线、16号线和17号线,以及深圳地铁11号线、成都地铁9号线、郑州地铁4号线等,适用范围包括有人及全自动无人驾驶线路（GOA0-GOA4等级线路）。