黃柒光，汪小勇，陳紹文

在城市軌道交通建設(shè)過程中,一般是在土建階段先確定站臺和道岔位置,然后信號系統(tǒng)再進行區(qū)段、信號機和應(yīng)答器等的設(shè)計和布置［1-2］。

目前CBTC信號系統(tǒng)基本都采用計軸設(shè)備作為次級檢測設(shè)備［3］。CI（聯(lián)鎖系統(tǒng)）一方面由車載ATC（列車自動控制）系統(tǒng)經(jīng)車地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò),通過軌旁ATC的區(qū)域控制器傳遞獲取信息；另一方面,通過安全型繼電器獲取計軸輸出的區(qū)段占用/出清信息［4］。這2方面信息經(jīng)CI計算后,即得到所需的軌道狀態(tài)信息［2］。由于計軸設(shè)備的設(shè)置直接影響計軸輸出區(qū)段列車的占用/出清時間,進而影響到聯(lián)鎖系統(tǒng)道岔解鎖時間,因此,計軸點的設(shè)置尤為關(guān)鍵,其設(shè)置效果直接影響列車運行安全和運營效率。

1 道岔區(qū)段岔后計軸點傳統(tǒng)設(shè)置方法

在CBTC信號系統(tǒng)設(shè)計中,列車由岔前經(jīng)過岔尖往岔后運行,經(jīng)過道岔區(qū)段后,聯(lián)鎖系統(tǒng)可解鎖該道岔供后續(xù)列車使用。在線路有坡道的情況下,為防止列車可能發(fā)生溜逸至警沖標,聯(lián)鎖系統(tǒng)需先檢查與岔后相鄰區(qū)段出清后,再進行解鎖道岔［5-6］。這樣將延長解鎖時間,特別是對運營效率要求較高,運營間隔時間較短的一線城市地鐵線路有較大影響。

列車過岔運行示意見圖1,兩列車從岔前往岔后運行,前方列車A經(jīng)過道岔區(qū)段后,聯(lián)鎖系統(tǒng)針對P10道岔進行解鎖供后續(xù)列車B使用［7-8］。其中,前方列車A經(jīng)過道岔定位前往DA,后方列車B經(jīng)過道岔反位前往DB。當(dāng)列車A經(jīng)過道岔P10后,聯(lián)鎖系統(tǒng)何時解鎖將直接影響前、后列車的運營間隔。聯(lián)鎖系統(tǒng)解鎖道岔時間與道岔區(qū)段長度,及岔后相鄰區(qū)段長度有關(guān),而岔道區(qū)段長度與岔后計軸點布置有關(guān)。

圖1 前、后兩列車由岔前到岔后運行示意

1）設(shè)置的岔后計軸點在警沖標外方（圖1中Fouling A左邊）,出于安全考慮,前車經(jīng)過道岔后,聯(lián)鎖系統(tǒng)解鎖道岔、允許辦理通過道岔進路,進路信號機允許開放等操作,均需要聯(lián)鎖系統(tǒng)檢查岔后計軸點相鄰區(qū)段是否出清［9］,這樣將增大列車運營間隔。

2）設(shè)置的岔后計軸點在警沖標內(nèi)方（圖1中Fouling A右邊）,岔后計軸點到警沖標距離較短,當(dāng)列車A經(jīng)過道岔區(qū)段后,聯(lián)鎖系統(tǒng)對道岔解鎖,由于后方列車與前車運行方向不一致,觸發(fā)道岔另一方向進路,進路辦理信號已開放,后方列車運行在道岔區(qū)段,一旦線路存在坡道,前車有可能發(fā)生溜逸；若溜到警沖標外方,會與后車存在側(cè)撞風(fēng)險。因此,聯(lián)鎖系統(tǒng)同樣需在道岔解鎖前,檢查岔后相鄰區(qū)段是否出清,這樣將增大列車運營間隔。

3）設(shè)置的岔后計軸點同樣在警沖標內(nèi)方（圖1中Fouling A右邊）,但岔后計軸點到警沖標距離過大,就會導(dǎo)致道岔區(qū)段過長,列車經(jīng)過道岔區(qū)段將需要更多時間,聯(lián)鎖系統(tǒng)判斷道岔允許解鎖的時間也更長,同樣影響列車運營間隔。

2 道岔區(qū)段岔后計軸點最優(yōu)設(shè)置方法

基于對道岔區(qū)段岔后計軸點傳統(tǒng)設(shè)置方法的分析,提出一種道岔區(qū)段岔后計軸點的最優(yōu)布置方法,通過計算設(shè)置計軸點與警沖標之間的適當(dāng)距離,可減少列車運營間隔時間,提高運營效率。

所述適當(dāng)距離,與項目中列車溜逸后的緊急制動距離、溜逸最高速度、車輛系統(tǒng)參數(shù)、線路坡度等有關(guān)。其中,溜逸緊急制動距離、溜逸最高速度來自項目合同要求,與業(yè)主需求有關(guān)；車輛系統(tǒng)參數(shù)來自車輛供應(yīng)商廠家；線路坡度來自項目土建資料。設(shè)置適當(dāng)距離的目的是在列車經(jīng)過道岔區(qū)段后,聯(lián)鎖系統(tǒng)對道岔解鎖,此時即使列車發(fā)生溜逸情況,也不會影響到道岔轉(zhuǎn)動及后續(xù)列車,并且在確保安全的前提下,運營效率最高。

若因線路條件原因,岔后計軸點與警沖標之間距離小于適當(dāng)距離,則必須要求聯(lián)鎖系統(tǒng)對道岔解鎖前,檢查與該道岔岔后計軸點相鄰區(qū)段出清,雖犧牲一定效率,但確保發(fā)生溜車后不會出現(xiàn)側(cè)撞。

這種計軸點設(shè)置方法對于地鐵大部分車型均適用。因為不同車型主要指寬度或車長不同,而本文介紹的設(shè)置方法主要與車輛參數(shù)中轉(zhuǎn)向架的車軸到車頂端距離有關(guān),而不同車型該距離相同,因此可適用所有車型。

根據(jù)目前項目實際實施的情況,采用最優(yōu)設(shè)置方法后,每組道岔解鎖時間至少可減少10 s,假設(shè)一條線路正線有10組道岔,那么將至少縮短100 s時間,這對于客流大,運營間隔要求小的線路十分重要。

3 舉例說明

道岔區(qū)段岔后計軸點布置示意見圖2,其中無岔區(qū)段G01包含計軸點JZ01、JZ04,道岔區(qū)段G02包含計軸點JZ01、JZ02、JZ03,無岔區(qū)段G03包含計軸點JZ02和JZ05。前車A已從DC經(jīng)過道岔P10定位往DA運行,后車B準備從DC經(jīng)過道岔P10反位往DB運行。JZ01為道岔區(qū)段岔前計軸點,JZ02和JZ03為道岔區(qū)段岔后計軸點,FoulingA為道岔警沖標位置。

圖2 典型道岔區(qū)段計軸點最優(yōu)布置

當(dāng)設(shè)計的計軸點JZ02布置在距警沖標Foulin?gA等于適當(dāng)距離D時,可使聯(lián)鎖系統(tǒng)解鎖道岔時間最短。適當(dāng)距離D等于溜逸距離加兩車輪之間距離,以及車頭（車尾）轉(zhuǎn)向架的第一車軸到車端距離之和,同時考慮一定的安裝誤差（如1 m）。考慮兩車輪距離,是因為可允許一對車輪經(jīng)過計軸傳感器而沒有被計軸檢測,并不影響系統(tǒng)正常工作；安裝誤差是現(xiàn)場由于一些線路設(shè)備,如計軸點布置需避開金屬物一定距離,以免計軸容易受擾,具體距離可根據(jù)計軸參數(shù)確定。如鄭州地鐵4號線項目,要求列車后溜0.5 m開始產(chǎn)生緊急制動,信號系統(tǒng)ATC車載控制器從發(fā)出緊急制動命令到車輛接收到緊急制動命令后進行切除牽引、施加制動需要一定時間,并且列車制動系統(tǒng)施加制動也需要一定的時間過程,制動力由小慢慢變大,直到列車完全停止。經(jīng)計算,列車從開始溜逸到停車距離為4 m左右。根據(jù)車輛參數(shù)獲取兩車輪距離為2.2 m,第1車輪對到車端距離為3.2 m,現(xiàn)場預(yù)留安裝誤差1 m,因此適當(dāng)距離D為10.4（4+2.2+3.2+1）m。

4 結(jié)論與展望

在地鐵線路上,計軸點布置太多,會增加線路建設(shè)和維護成本；布置太少,又會影響運營效率。若計軸點的布置位置合理,則既可提高運營效率,又無需新增計軸設(shè)備,所以在地鐵信號系統(tǒng)建設(shè)中,要重視計軸點的合理布置。同時由于土建原因?qū)е掠嬢S點布置無法進行常規(guī)設(shè)計時,需在安全與效率方面優(yōu)先考慮安全因素。道岔區(qū)段計軸點最優(yōu)設(shè)置方法是當(dāng)前、后兩列車從岔前經(jīng)過岔尖往岔后運行方向不一致時,考慮線路存在坡道,列車可能發(fā)生溜逸,通過調(diào)整道岔區(qū)段計軸點到警沖標距離,確保列車安全經(jīng)過道岔后,聯(lián)鎖系統(tǒng)解鎖道岔時間最少,以縮短列車運營間隔時間,提高運營效率。該計軸點設(shè)置方法已應(yīng)用在北京地鐵9號線,上海地鐵10號線、16號線和17號線,以及深圳地鐵11號線、成都地鐵9號線、鄭州地鐵4號線等,適用范圍包括有人及全自動無人駕駛線路（GOA0-GOA4等級線路）。