城市轨道交通双层车场信号联锁系统设计方案研究

赵建

摘 要：本研究以城市轨道交通双层场段的独特站场布局特征为基础，紧密结合联锁系统信号平面设计的核心原则，以及对出入段列车运能的深入剖析，系统探讨了双层车场在进行信号平面布置时必须关注的若干关键议题。这些研究成果将为未来双层车场的工程项目设计提供有价值的参照和指导。

关键词：城市轨道交通 双层车场 联锁系统

我国城市轨道交通体系近年来呈现出蓬勃态势，车场作为列车停放、日常调度、后期维护保养及后勤支持的核心枢纽，其在轨道交通网络中的地位举足轻重。面对城市化进程加速导致市区土地资源日益紧俏的现实，尤其是车场所需大面积用地的特性，车场选址与布局时常受限于土地供应的局限[1]。在此背景下，国内众多城市轨道交通项目已越来越多的转向采纳双层车场的创新布局模式，以期在有限空间内实现更高的土地资源利用率。然而，双层结构的车场无疑对联锁系统信号设备的平面布置提出了新的挑战。本文以广州地铁某一具体车场建设工程为案例，深入剖析在双层车场环境下信号设备平面布置过程中遭遇的关键问题及其应对策略。

1 调车延续进路

双层车场内部连接上下两层的桥梁因其陡峭坡度，会导致行驶车辆制动距离显著增加[2]。若沿用常规联锁设计理念进行此类特殊场景的信号系统规划，恐将埋下安全隐患。参照《城市轨道交通工程项目建设标准》（建标104-2008）第八章第75条第8款之规定：“信号系统应确保车辆段内调车作业以及列车进出车辆段的安全运行，并与正线列车运行密度保持协调。”这一条款明确了车场在确保行车调度安全性的前提下，还须充分考虑其出入车场的效率。而《地铁设计规范》（GB-50517-2013）中规定“列车在段内宜按调车进路控制，联锁设备可根据段内运营作业的特点实现联锁条件检查”[3]，可见对于对于国铁中设置延续进路的条件，不能盲目按照6‰设置照搬，需要领会其“故障-安全”的理念，灵活运用与地铁场段联锁系统的设计中。

如下图一所示，为广州某在建线路的停车场站场布置示意图。该车场分上下两层，各8股道，一层至二层采用一座33‰坡度的铁路桥连接，信号机S8～S15为停车列检库一层的发车信号机，信号机S16～S23为停车场二层的发车信号机。Xc、Xr和Sc、Sr为入场和出场信号机，中间设置Xc1～Xc3和Xr1～Xr3为接车方向的进路分割信号机，Sc1～Sc3和Sr1～Sr3为发车方向的进路分割信号机。在联锁系统中，进路分割信号机用来分割较长的运行交路以达到快速解锁占用区段的目的，这样就可以更快排列下一趟列车的进路，提高列车的运行效率。根据这一特点，设计之初首先在接、发车进路中能够停车的位置处，均设置了分割信号机，再根据现场条件逐一核实其实施可行性。

首先， 针对车场二层铁路桥33‰长大坡道的安全性考虑，从联锁系统的设计角度考虑可以借鉴“延续进路”的理念。根据国铁信号专业的具体技术标准和设计规范，对下坡道超过6‰的车站，对接车进路的配置提出了更为严格的要求，即必须增设延续进路。这种进路设计是对常规接车进路的延伸，它沿着下坡方向继续向前直至到达一个具备足够安全保障的位置，例如另一咽喉区的安全线、牵出线终端、专用线入口处的进站信号机或站界标志等。设置延续进路旨在确保即使在最高速度下列车制动完全失效，也能够在延续进路的全长范围内安全停止；同时，通过设立延续进路，预防列车在制动故障或制动效能不足的状态下，误入相邻线路、咽喉区或其他高风险区域，这些严谨的规定旨在应对高下坡道车站接车过程中可能出现的特殊风险，通过科学布置安全设施、严格把控行车组织，最大限度地减少列车因制动问题引发的失控风险，有力保障车站及周边线路的安全运营，维护铁路运输系统的整体安全性与稳定性。

根据延续进路的安全理念，Sc2和Sr2前停车的列车，前方是33‰的长大坡道，需要对以Sc2和Sr2为终点的进路进行“延续”，将进路终端向前延伸至下一个同方向信号机处。因此，如果想要保留Sc2和Sr2必须在绘制联锁表时确保其延续进路也同时不被占用。因此，在这一安全理念下，是否设置Sc2和Sr2占用的线路资源是一致的。

2 长大坡道停车

如果需要保留铁路桥前设置的两个出场方向的信号机Sc1、Sr1和Xr2、Xc2，就会出现需要在铁路桥长大坡道停车的问题。长大坡道上停放列车时，由于重力作用可能导致列车在无制动状态下自行下滑，存在较高的安全风险。为此，针对长大坡道上的列车停车有严格的规定和操作规程，以确保列车安全稳定。

现代地铁列车常配备电子防溜系统，如停放制动或保持制动，地铁列车在长大坡道停车时驾驶员应确保该系统已正确启用。列车停稳后，驾驶员应按规定启动列车的手制动系统，确保其处于有效制动状态。在必要时，特别是在坡度较大或地面湿滑等特殊条件下，还可能使用铁鞋（或止轮器）作为辅助防溜措施，增加列车停放的稳定性。对于电动列车，应利用再生制动系统保持一定的制动力，防止列车因重力下滑。同时，要注意监控接触网电压，防止再生制动导致电压过高。若列车在坡道上出现意外移动迹象，驾驶员应立即启动紧急制动，并通知调度中心。根据实际情况，可能需要请求救援。再启动时，驾驶员需要精确控制牵引力和制动力的配合，防止因牵引力过大导致列车突然加速，或者因制动力过大引起乘客不适。在坡道上启动时，对驾驶员的操作技能和心理素质要求较高。

因此，建议在此种情况下取消分割信号机Sc1、Sr1和Xr2、Xc2，避免列车在铁路桥上停车，消除安全风险和隐患。

根据以上分析，综合考虑后，确定在二层发车方向上取消信号机Sc2、Sr2、Xr2、Xc2和Sc1、Sr1，联锁系统室外布置示意图如下图二所示。

3 列车接发车能力分析

场段内列车接发车能力的定量或定性评价，是为场段运营优化、设备升级、作业流程改进及联锁系统布置等提供数据支持和决策的重要依据。

接车方向上，当列车在Xr/Xc信号机前完成驾驶模式转换后，越过Xr/Xc信号机驶入车场内向前行驶，当列车越过Xc1/Xr1信号机后即可进行下一趟接车作业。因此只需计算列车从Xr/Xc信号机到越过Xc1/Xr1解锁相应区段的时间就是列车的接车能力。

根据现场条件，以信号楼为坐标原点可以计算出Xr/Xc信号机的坐标值为932，Xc1/Xr1信号机的坐标值为774。列车从段内运行的最大速度按照25km/h考虑，列车从转换轨上停车切换驾驶模式的登记和启动时间约为13s，列车车长为118m，列车常用制动率为0.8m/s?，列车速度从0→25km/h（6.94m/s?）的平均加速度为0.87m/s?，进路办理时间及道岔转换时间为10s，列车反应时间为2s。因此，利用速度公式推出：

t=（Vt-V0）/a        （1）

其中：t表示时间（s），Vt表示末速度，V0表示初速度；a表示加/减速度。

由此可以计算出列车速度从0→25km/h用时约8s，走行距离可用以下公式计算得出：

S=V0t+（at?）/2        （2）

其中：t表示时间（s），V0表示初速度；a表示加/减速度。

计算得出列车速度从0→25km/h是走形的距离约为27.85m。因此列车经过加速后匀速行驶的接车距离（以Xc和Xc1为例）约为（Xc-Xc1+车长-27.85）得251米，此段距离列车走行的时间为37s。因此，列车越过Xc1并出清的总时间为45s。

另外当列车越过Xc/Xr信号机并出清后，下一趟车即可到达转换轨指定位置，进行列车驾驶模式切换，等到办理接车进路了。即列车走行118m后即可，通过计算出清时间约为21s。因此，列车的接车作业横道图如图3所示。

理论计算得出列车入场的接车能力能达到57s，满足与正线接车能力相适应的要求。

同理可计算列车出场的发车能力，但因一层和二层发车作业行驶的距离不同，将逐一对其进行分析。

对于停车场一层的列车，列车从车库发车越过进路分割信号机Sc3/Sr3后，即可办理下一趟发车进路。但因Sc3/Sr3距离出场信号机Sc/Sr的距离较远，是否等待出场需要进行具体的计算。

由图4结果可以看出，列车从Sc3/Sr3继续行驶出清Sc/Sr的时间是66s，小于列车从办理发车进路开始到出清Sc3/Sr3的时间，因此，一层列车的发车间隔为76s，同样满足与正线发车能力相适应的要求。

对于停车场二层的列车，因中途没有进路分割信号机，则列车需要出清Sc/Sr信号机才能办理下一趟车的发车作业，具体的分析计算见下表所示。

由图5结果可以看出，从二层发车的发车间隔为124s，无法与正线的行车间隔109s相适应。

如果将一层列车和二层列车的发车作业交替进行，如图6所示，列车的最大发车间隔因为首趟车发车时的间隔，为103s，此后发车间隔将因首层列车至分割信号机Sc3/Sr3不受二层列车至信号机Sc/Sr，可以同时进行而递减。因此，间隔发车的能力满足与正线行车间隔相匹配的要求。

4 结论

本研究以城市轨道交通双层场段这一独特构造为研究背景，紧密贴合联锁系统信号平面设计的根本法则，对列车进出双层场段的运能特性进行了深入细致的探讨。成果表明在双层场段联锁系统的室外设备布置设计时不仅需要考虑调车延续进路的设计和长大坡道停车的风险，更应注意列车出入场能力对信号机布置的影响。研究的成果不仅对双层停车场的信号平面布置提供了理论指导，而且对国内双层停车场的联锁系统室外设备布置具有直接的实践价值，对我国城市轨道交通双层停车场的建设和运营具有重要的参考价值和指导意义。

参考文献：

[1]万曲波.地铁双层车辆段信号设备布置和工程配合研究[J].铁道通信信号，2012，48（8）：10-12.

[2]覃赵亮，赵玉岩.双层地铁车辆基地内调车延续进路设计方案[J].应用技术，2015（1）：105-107.

[3] GB 50517-2013 地铁设计规范[S].