高速铁路引入枢纽信号系统优化设计

邓伟龙

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300308）

随着国内高速铁路建设的不断发展，开通运营里程逐年增加，高速铁路网日趋完善，高速铁路引入枢纽的情况也不断增多。由于铁路枢纽内车站规模大、站型复杂，引入枢纽各线的线路等级、技术标准差异性大，给信号系统设计带来不小的挑战。为此，本文以京沈客专引入北京枢纽为例，对枢纽内信号系统设计的几个特殊点优化方案进行探讨。

1 京沈客专引入北京枢纽概况

新建北京至沈阳铁路客运专线（简称京沈客专）地处华北地区的北京市、河北省和东北地区辽宁省，线路自北京朝阳站起，向东北延伸，依次经过北京市顺义区、昌平区、怀柔区及密云区、河北省承德市、辽宁省朝阳市、阜新市，最后到达辽宁省的省会沈阳市，至沈阳站止，线路全长约697 km。

北京枢纽主要包括：新建北京朝阳站、北京朝阳动车所、驼房营线路所、小井村1 号线路所、小井村2 号线路所、上行疏解线、动车走行线，既有京哈铁路、东星线、东北环线等。北京枢纽示意如图1 所示。

图1 北京枢纽示意Fig.1 Schematic diagram of Beijing hub

2 枢纽列控等级优化

设计初期，北京朝阳站作为京沈客专的始发终到站，根据相关技术规范要求，新建京沈客专正线、上行疏解线采用CTCS-3（简称C3）级列控系统，动车走行线采用CTCS-2（简称C2）级列控系统，各既有线均维持CTCS-0（简称C0）级列控系统。后根据中国国家铁路集团有限公司（以下简称“国铁集团”）相关要求，开展北京站至北京枢纽各方向高铁衔接径路改造工作，京沈客专需利用既有东星线、京哈线等引入北京站。

由于装备C3 级车载ATP 的动车组列车一般不装设列车运行监控装置（简称LKJ），动车组跨线运行时存在车、地不匹配的问题，需要对枢纽内相关既有线路进行适应性改造。

枢纽内既有线改造通常有两种改造方案：一是将相关的既有线路、车站设备均改造为C3 级，则C3 动车组无需切换可直接接入北京站；二是将相关的既有线路、车站设备均改造为C2 级，C3 动车组切换为C2 级后接入北京站。在改造为C2 级的方案中，还存在将C3/C2 切换点设置在北京朝阳沈阳端还是北京端的问题。因此，按3 个方案进行比较。

2.1 方案一：枢纽改造为C3级

该方案需将既有东星线、既有京哈线北京东站-北京站范围改造为C3 级，RBC 覆盖至北京站。

优点是C3 动车组可以不用切换列控等级直接接入北京站；C3 车载设备故障时可以降级为C2 控车。

缺点是RBC 覆盖范围大，枢纽内需考虑清频与频点设置等问题；枢纽内C3 系统与其他既有线接口多，工程量大，后期维护工作量大；工程投资相对较高；其他C2 线路接入时需要切换为C3。

2.2 方案二：枢纽改造为C2级，在东星线上切换

该方案需将既有东星线、既有京哈线北京东站-北京站范围改造为C2 级，在东星线上设置C3/C2切换点，RBC 覆盖至北京东站。

优点是RBC 覆盖范围、C3 系统接口、工程量、后期维护工作量、工程投资等均较方案一大幅减少。

缺点是C3 动车组需切换至C2 级才能接入北京站，车载设备故障时只能按照非正常状态组织行车。

2.3 方案三：枢纽改造为C2级，在京沈正线切换

该方案将既有东星线、既有京哈线北京东站-北京站范围改造为C2 级，在京沈客专正线小井村1 号线路所外方（沈阳方向）设置C3/C2 切换点，RBC 覆盖至北京朝阳站。

与方案二相比，优点是较进一步减少了RBC 覆盖范围、C3 系统接口、工程量、后期维护工作量及工程投资等。缺点是以北京朝阳为终到站的C3 动车组也需要转换为C2 级。

2.4 方案比选

以北京枢纽为整体分析，由于京唐城际铁路经既有京哈线接入北京站，京张高铁经既有东北环线、东星线、京哈线接入北京站，上述两线与京沈客专不能完全同步实施。若采用方案一或方案二，均存在相关线路接入枢纽时需要对枢纽内C3 系统进行再次改造的问题，改造实施难度大，联调联试工作量大，安全风险大，同时也会影响京沈客专的正常运营。此外，既有东星线为单线，区间长度仅1.7 km 左右，区间无通过信号机，也不具备布置双方向C3/C2 切换应答器组的条件。枢纽内运行速度较低，C2 系统不会影响整体的运输能力。因此，从节省工程投资、降低枢纽实施难度和安全风险等角度出发，最终采用了方案三，即枢纽按C2 系统改造，C3/C2 切换点设置在京沈正线上。这也符合后期国铁集团“新建高铁引入枢纽原则上采用C2 级列控系统”的要求。

3 场联分界处自动触发优化

北京朝阳站受地形及征地拆迁等原因限制，高速场、普速场咽喉区连接紧密。根据站场股道功能分配，6G ～XVG 为高速场接发车股道，1G ～5G、16G、17G 为普速场接发车股道，普速场呈“C”字形外包高速场，如图2 所示。

图2 北京朝阳站出站信号机处场联分界示意Fig.2 Schematic diagram of liaison boundary between yards at starting signal in Beijing Chaoyang station

由于站场布置特殊，北京朝阳站高速场、普速场间存在多处场联。就南咽喉而言，10 处场间分界一般设置在出站信号机处，S6 ～SXV 出站信号机及全部南咽喉区的道岔、轨道电路均由普速场控制（虚线部分），6G ～XVG 由高速场控制（实线部分），同时高速场设S6 ～SXV 的复示信号。

计算机联锁系统和列控系统均可按图2 所示场联分界方案实现两场间的进路控制，但CTC 系统中，股道和咽喉区分属不同车场，不能实现两场间进路自动触发，具体原因分析如下。

1）由普速场北京东方面至高速场股道的接车进路，由于高速场没有咽喉区，CTC 自律机无法判断列车进站的过程，列车到达高速场6G ～XVG 后，无法自动报到达点。

2）由高速场股道向普速场北京东方面的发车进路，由于出站信号机和咽喉区均由普速场控制，列车自6G ～XVG 出发后，高速场无法自动报出发点。

为减少进路不能自动触发的场间分界处数，减少现场作业量，在保证站场各股道使用功能不变的前提下进行优化设计，将场联分界移至岔前绝缘节处，同时在场间分界处两场分别设置虚拟信号机和相应的列车按钮。其中6G ～8G 分界于53#岔前，结合D27 设置XXT4-D27、SXT4 虚拟信号机；9G ～11G 分界于49#岔前，结合D29 设置XXT5-D29、SXT5 虚拟信号机；12G、13G 分界于47#岔前，设置XXT6、SXT6 虚拟信号机，XIVG、XVG 维持分界于SXIV、SXV 出站信号机处，如图3 所示。

图3 北京朝阳站岔前绝缘处场联分界示意Fig.3 Schematic diagram of liaison boundary between yards at insulation joint in front of turnout in Beijing Chaoyang station

对普速场而言，XD 进站信号机与上行虚拟信号机（SXT4、SXT5、SXT6）间可组成完整的通过进路；对高速场而言，下行虚拟信号机（XXT4-D27、XXT5-D29、XXT6）与S6 ～S13 出站信号机可组成完整的接发车进路。因此，CTC 系统可实现6G ～13G 的进路自动触发，具体分析如下。

1）由普速场北京东方面至高速场股道（6G ～13G）的进路，先办理高速场的接车进路，再办理普速场的通过进路。列车压入XD 进站信号机内方后，普速场报通过点；列车完全接入6G ～13G后，高速场报到达点。

2）由高速场股道（6G ～13G）向普速场北京东方面的发车进路，先办理普速场的通过进路，再办理高速场的发车进路。列车压入S6 ～SXV 出站信号机内方后，高速场报出发点；列车压入上行虚拟信号机内方后，普速场报通过点。

尽管受站型和股道使用要求的限制，XIVG、XVG 仍保留在SXIV、SXV 出站信号机处分界，不能实现自动触发，但南咽喉场联数量由10 处减为5处，不能自动触发的股道接发车进路数量由10 处减少为2 处，优化效果显著。

4 提高枢纽运行效率优化

4.1 原方案存在的问题

北京枢纽北京朝阳站附近，为满足上行疏解线与动车走行左线疏解设置了驼房营线路所、满足上行疏解线与京沈上行正线疏解设置了小井村1 号线路所、满足铁科试验列车利用动车走行线进出环铁站设置小井村2 号线路所。但枢纽内用地紧张，驼房营线路所、小井村2 号线路所附近均不具备设置信号用房的条件，因此，驼房营线路所与小井村1号线路所合用一套联锁、CTC 设备，在小井村1 号线路所附近设置信号楼；小井村2 号线路所与北京朝阳动车所合用一套联锁、CCS 设备，在北京朝阳动车所内设置信号楼。各线路所、车站位置及连接关系、信号机布置等如图4 所示。

该方案从联锁关系上是可行的，但从运输角度来看，存在两个问题。

1）不利于调度员区分方向

小井村1 号线路所、驼房营线路所合设一套联锁、CTC 设备，其在调度台上显示为1 个车站（所），但京沈上行正线的动车组列车经小井村1 号线路所5#道岔的直向和侧向均去往北京朝阳高速场，非常不利于调度员区分列车运行方向。

2）运行效率较低

按照CTC 自动触发通过进路、发车进路的逻辑，需要前次列车出清车站1LQ 之后，方可自动触发后次列车的进路。

a.小井村1 号线路所S 通过信号机经5#道岔侧向至驼房营线路所SS 通过信号机至北京朝阳高速场的进路，需列车出清小井村1 号线路所管辖的XDA1LQG 后，方可触发下一条进路。整条进路长度2 811 m，且上行疏解线受竖曲线影响固定限速45 km/h，因此整体效率较低。

b.北京朝阳动车所经小井村2 号线路所至北京朝阳高速场的进路，动车走行左线需列车出清北京朝阳动车所管辖的XDA1LQG 后，方可触发下一条进路；动车走行右线需列车出清SDB1LQG 后，方可触发下一条进路。最长的进路达5 044 m，其中3 100 m 限速45 km/h，且北京朝阳动车所设有踏面诊断设备，该段限速35 km/h，整体运行效率较低。当清晨动车组需要密集出所时，低效率运行对整体运输的影响将尤为明显。

4.2 优化方案

1）小井村1 号线路所与驼房营线路所仍合用一套联锁设备，一套CTC 主机，但分别设置小井村1 号线路所、驼房营线路所两个CTC 终端，调度台上显示为2 个车站（所），则京沈上行正线的列车经小井村1 号线路所5#道岔的直向去往北京朝阳高速场，侧向去驼房营线路所，便于调度员区分列车运行方向。同时，小井村1 号线路所S 通过信号机经5#道岔侧向至驼房营线路所SS 通过信号机至北京朝阳高速场的进路，列车出清1/5G 后，即可触发下一条进路，缩短1 766 m 走行距离的时间，可提高运行效率。

2）北京朝阳动车所与小井村2 号线路所仍合用一套联锁设备，一套CCS 主机，但分别设置北京朝阳动车所、小井村2 号线路所两个CCS 终端，调度台上显示为2 个车站（所）。北京朝阳动车所经小井村2 号线路所至北京朝阳高速场的进路，动车走行左线列车出清X1LQG 后，动车走行右线列车出清S1LQG 后，即可触发下一条进路，分别缩短967 m、1 805 m 走行距离的时间，可提高运行效率。

5 结束语

高速铁路引入铁路枢纽对信号系统的设计要求相对较高，以京沈客专引入北京枢纽信号系统的优化方案为例，对设计过程中遇到的问题及优化解决方案进行归纳总结。京沈客专自2021 年1 月开通至今，运行平稳，各方反馈意见良好。在枢纽内信号工程的特殊场景下，上述优化方案具有一定代表性，期望该优化方案对其他类似工程建设能起到借鉴和参考作用。