鄭萬鐵路引入鄭州樞紐信號(hào)難點(diǎn)問題探討

陳小梅

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

國內(nèi)以“四縱四橫”為主骨架的高速鐵路網(wǎng)已經(jīng)建成，按照《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》將建成“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)絡(luò)，必將面臨在建高速鐵路引入樞紐與既有高速鐵路接軌的問題。鄭州樞紐呈“米”字型， 新建鄭萬鐵路引入鄭州樞紐，正線與鄭州東站徐蘭場(chǎng)接軌，鄭萬上行聯(lián)絡(luò)線經(jīng)閻塊線路所引出與鄭西貫通線的曹古寺線路所接軌、經(jīng)西北疏解線接入鄭州東京廣場(chǎng)。鄭州南是鄭萬鐵路正線高架車站、也是鄭阜鐵路和機(jī)南城際鐵路接軌站，與鄭州東站相鄰，按照自東向西鄭萬場(chǎng)、鄭阜場(chǎng)、城際場(chǎng)橫列式布置，車站規(guī)模32 線、15 座站臺(tái)。動(dòng)車所設(shè)于車站東南側(cè)，經(jīng)D1 ～D5 線與鄭州南站連接。鄭阜正線、鄭阜上下行聯(lián)絡(luò)線經(jīng)鄭萬正線上的寺后線路所引出分別接入鄭阜場(chǎng)、城際場(chǎng)。鄭萬鐵路、鄭阜鐵路，均采用CTCS-3 級(jí)系統(tǒng)，城際鐵路、動(dòng)車所采用CTCS-2 級(jí)系統(tǒng)，鄭阜聯(lián)絡(luò)線、動(dòng)車走行線上設(shè)C3/C2 等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)。鄭萬鐵路引入鄭州樞紐無線閉塞中心（RBC）管轄如圖1 所示。徐蘭場(chǎng)RBC 為既有，需修改管轄延伸至鄭萬正線閻塊線路所和鄭州南站間交權(quán)，鄭州南站RBC 管轄鄭州南站鄭萬場(chǎng)、鄭阜場(chǎng)和寺后線路所，與鄭萬RBC1在鄭萬正線寺后線路所和長葛北站間交權(quán)，與鄭阜RBC1 在鄭阜正線寺后線路所和許昌北站間交權(quán)。

圖1 鄭州南RBC管轄范圍示意圖Fig.1 RBC range diagram for Henan section of Zhengzhou-Wanzhou high-speed railway

1 難點(diǎn)問題一：CTCS-3級(jí)系統(tǒng)引入樞紐過渡開通解決方案

1.1 鄭州南站分步開通計(jì)劃

根據(jù)施組計(jì)劃，鄭萬鐵路河南段、鄭阜鐵路將于2019 年底建成通車。鄭州南站因高架站房工期影響（圖2 方框內(nèi)為站房工程范圍），2019 年僅開通鄭萬正線及鄰正線股道、鄭州南國鐵動(dòng)車所D1、D2 線。配合站房工程過渡，2019 年鄭州南站信號(hào)過渡開通范圍如圖2 所示（紅色線路為開通范圍）。

開通鄭萬場(chǎng)、啟用5G、VIG、VIIG、8G 及D1 線相關(guān)進(jìn)路。

開通鄭阜場(chǎng)、啟用D2 線相關(guān)進(jìn)路。

開通寺后線路所（至城際場(chǎng)進(jìn)出站進(jìn)路不啟用）。

開通國鐵動(dòng)車運(yùn)用所（至D3 線進(jìn)出站進(jìn)路不啟用）。

城際場(chǎng)暫不開通。

鄭州南站高架站房計(jì)劃2023 年投入使用，在此之前，為了滿足站房施工需要，貫通鄭州南的線路還需要經(jīng)過幾次轉(zhuǎn)線過渡。針對(duì)鄭州南站分步開通計(jì)劃，信號(hào)工程實(shí)施面臨是否將鄭萬鐵路CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)引入鄭州樞紐問題。

1.2 對(duì)CTCS-3級(jí)系統(tǒng)引入樞紐方案的影響

按原方案將CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)引入樞紐，則后續(xù)配合站房的過渡工程均在CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)上進(jìn)行，由于RBC 管轄范圍較大，過渡修改影響的范圍、試驗(yàn)驗(yàn)證的范圍都比在CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)上過渡影響的范圍要大，且后續(xù)過渡均屬于在運(yùn)營線路上實(shí)施，要點(diǎn)施工、天窗點(diǎn)[1]時(shí)長限制也是制約因素。

如考慮站房過渡CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)暫不引入樞紐、鄭州南RBC 不啟用，則相鄰RBC（徐蘭場(chǎng)RBC、鄭萬RBC1、鄭阜RBC1）、相關(guān)聯(lián)鎖（鄭州南鄭萬場(chǎng)、鄭阜場(chǎng)、寺后線路所）、鄭萬臨時(shí)限速服務(wù)器（TSRS）、調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）、應(yīng)答器設(shè)置及相關(guān)列控中心（TCC）等均需要進(jìn)行過渡，過渡范圍及修改工程量也非常大。

而且，徐蘭場(chǎng)RBC 管轄范圍如不修改延伸至鄭萬正線，經(jīng)鄭州東往鄭萬鐵路方向運(yùn)行的CTCS-3級(jí)動(dòng)車組均需要在鄭州東站停車后由司機(jī)手動(dòng)切換至CTCS-2 級(jí)模式[2]，該方案以對(duì)運(yùn)輸?shù)妮^大影響基本不可行。如果徐蘭場(chǎng)RBC 修改管轄范圍并結(jié)合CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)不引入樞紐增設(shè)級(jí)間轉(zhuǎn)換點(diǎn)過渡，鄭萬鐵路引入鄭州樞紐的修改量不但沒有減少，還要增加CTCS-3 級(jí)二次過渡修改量。

1.3 針對(duì)過渡工程將CTCS-3級(jí)系統(tǒng)引入樞紐的方案

圖2 鄭州南站平面布置示意圖Fig.2 Zhengzhou South station layout plan

考慮方便后續(xù)過渡工程實(shí)施、減小過渡工程影響范圍，避免CTCS-3 級(jí)系統(tǒng)引入樞紐的二次過渡，鄭萬鐵路仍按CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)方案引入鄭州樞紐，徐蘭場(chǎng)RBC 管轄按原方案修改，鄭州南站工程范圍按CTCS-2 級(jí)模式過渡開通，即鄭州南RBC 與相鄰RBC、相關(guān)系統(tǒng)保持接口通信[3]但暫不控車。具體如下。

1）鄭州南站工程范圍內(nèi)涉及的聯(lián)鎖（CBI）、閉塞、列控（RBC、TSRS）、CTC、安全數(shù)據(jù)網(wǎng)、信號(hào)集中監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)備及軟件數(shù)據(jù)均按正式工程實(shí)施到位，并完成軟件仿真試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)[4]，具備開通使用條件。

2）結(jié)合站前、站房工程進(jìn)度，將室外設(shè)備實(shí)施到位，按開通方案完成室內(nèi)外設(shè)備聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，達(dá)到開通使用條件。

3）開通鄭州南鄭萬場(chǎng)5G ～8G（2019 年開通）時(shí)，鄭州南RBC 與相鄰RBC（徐蘭場(chǎng)RBC、鄭萬RBC1、鄭阜RBC1）接口按照CTCS-3 級(jí)交權(quán)進(jìn)行軟件編制，并完成與相鄰RBC 間接口交權(quán)功能的測(cè)試。鄭州南RBC 開機(jī)啟用，但暫不控車。

4）為滿足在鄭州南站RBC 啟用CTCS-3 級(jí)控車功能前，動(dòng)車組能采用CTCS-2 級(jí)列控方式運(yùn)行，需采取過渡措施如圖3 所示。

a.在徐蘭場(chǎng)RBC 與鄭州南RBC 切換點(diǎn)之前設(shè)置C3 →C2 等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)答器組。

b.在鄭萬RBC1 與鄭州南RBC 切換點(diǎn)之前設(shè)置C3 →C2 等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)答器組。

c.在鄭阜RBC1 與鄭州南RBC 切換點(diǎn)之前設(shè)置C3 →C2 等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)答器組。

由上述無源應(yīng)答器發(fā)送[ETCS-41]包[5]強(qiáng)制列車由CTCS-3 級(jí)轉(zhuǎn)為CTCS-2 級(jí)模式通過鄭州南站。等級(jí)轉(zhuǎn)換無源應(yīng)答器組與區(qū)間應(yīng)答器合用，其中預(yù)告應(yīng)答器組冗余設(shè)置。

d.鄭州南站鄭萬場(chǎng)、鄭阜場(chǎng)正線正反向進(jìn)站信號(hào)機(jī)應(yīng)答器組暫不存儲(chǔ)RBC 編號(hào)和無線用戶電話號(hào)碼，不進(jìn)行C2 →C3 等級(jí)轉(zhuǎn)換。

e.以CTCS-2 模式通過鄭州南站的動(dòng)車組在相鄰長葛北站（鄭萬鐵路）、許昌北站（鄭阜鐵路）、以及鄭州東站出站口轉(zhuǎn)為CTCS-3 級(jí)模式控車。

圖3 鄭萬引入鄭州樞紐列控系統(tǒng)過渡開通示意圖Fig.3 Train control system transition diagram for introducing Zhengzhou-Wanzhou high-speed railway into Zhengzhou hub

5）C3 →C2 等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告應(yīng)答器組、執(zhí)行應(yīng)答器組及距離RBC 交權(quán)點(diǎn)距離如圖4 所示。預(yù)告應(yīng)答器組冗余設(shè)置可提高級(jí)間轉(zhuǎn)換可靠性，預(yù)告應(yīng)答器組至執(zhí)行應(yīng)答器組間的距離（L1）應(yīng)大于列車由CTCS-3 級(jí)允許速度制動(dòng)至執(zhí)行點(diǎn)CTCS-2 級(jí)允許速度的制動(dòng)距離+該區(qū)段線路允許速度再運(yùn)行5 s（司機(jī)確認(rèn)時(shí)間）的距離[6]；執(zhí)行點(diǎn)與RBC 交權(quán)點(diǎn)的距離（L2）應(yīng)大于列車從CTCS-2 級(jí)允許速度制動(dòng)到零的距離。

圖4 C3→C2等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)答器組布置示意圖Fig.4 Balise group layout diagram for Level transition from C3 to C2

上述開通方案：a.避免了與鄭州南RBC 連接的徐蘭場(chǎng)RBC、鄭萬RBC1、鄭阜RBC1 過渡；b.避免了與鄭州南RBC 接口的鄭萬場(chǎng)、鄭阜場(chǎng)、寺后線路所CBI 過渡；c.避免因增設(shè)級(jí)間轉(zhuǎn)換應(yīng)答器組引起的相關(guān)TCC 過渡；d.減少了鄭萬TSRS過渡工程量；e.避免了CTC 中心與CTCS-3 級(jí)系統(tǒng)接口的過渡。既將CTCS-3 級(jí)系統(tǒng)引入鄭州樞紐，又解決了鄭州南站后續(xù)過渡需在CTCS-3 級(jí)系統(tǒng)上實(shí)施的難題。

2 難點(diǎn)問題二： 場(chǎng)聯(lián)分界結(jié)合系統(tǒng)控制設(shè)置的工程解決方案

鄭州南站鄭萬場(chǎng)、鄭阜場(chǎng)間有兩條場(chǎng)間聯(lián)絡(luò)線，需要實(shí)現(xiàn)列車兩場(chǎng)間跨場(chǎng)運(yùn)行，布置如圖5 所示。

場(chǎng)聯(lián)1：下行列車經(jīng)鄭萬場(chǎng)可直接接車至鄭阜場(chǎng)11G、12G；鄭阜場(chǎng)11G、12G 可直接經(jīng)鄭萬場(chǎng)上行發(fā)車。

場(chǎng)聯(lián)2：鄭萬場(chǎng)可經(jīng)鄭阜場(chǎng)辦理國鐵動(dòng)走2 線接、發(fā)車。

2.1 實(shí)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)進(jìn)路自動(dòng)觸發(fā)的工程解決方案

11G、12G 為鄭州南鄭萬場(chǎng)與鄭阜場(chǎng)共用股道，場(chǎng)間分界點(diǎn)一般設(shè)置在S11、S12 信號(hào)機(jī)處，S11、S12 信號(hào)機(jī)歸屬鄭州南鄭萬場(chǎng)控制。鄭阜場(chǎng)控制界面設(shè)S11、S12 復(fù)示信號(hào)，11G、12G 作為場(chǎng)聯(lián)軌歸屬鄭州南鄭阜場(chǎng)控制。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、列控系統(tǒng)均可按如圖5 所示場(chǎng)聯(lián)分界方案實(shí)現(xiàn)場(chǎng)間進(jìn)路控制[7]，CTC 系統(tǒng)因?qū)?1G、12G 作為場(chǎng)聯(lián)軌控制存在不能實(shí)現(xiàn)進(jìn)路自動(dòng)觸發(fā)問題，具體分析如下。

1）鄭州南鄭萬場(chǎng)X、XF 至鄭州南鄭阜場(chǎng)方向的列車，因鄭阜場(chǎng)自律機(jī)無法判斷列車進(jìn)站過程，當(dāng)列車到達(dá)鄭州南鄭阜場(chǎng)11G、12G 后，列車無法自動(dòng)報(bào)到達(dá)點(diǎn)。

圖5 鄭州南站場(chǎng)間聯(lián)絡(luò)線布置示意圖Fig.5 Connection line layout diagram between yards of Zhengzhou South station

2）鄭州南鄭阜場(chǎng)11G、12G 發(fā)往鄭州南鄭萬場(chǎng)X、XF 方向的列車，列車出發(fā)后，鄭州南鄭阜場(chǎng)無法自動(dòng)報(bào)出發(fā)點(diǎn)。

3）鄭州南鄭阜場(chǎng)上行進(jìn)站接車至11G、12G的列車，列車無法自動(dòng)報(bào)到達(dá)點(diǎn)。當(dāng)列車進(jìn)入進(jìn)站信號(hào)機(jī)后，列車將報(bào)通過點(diǎn)。

4）按照?qǐng)雎?lián)軌觸發(fā)處理邏輯，針對(duì)鄭州南鄭阜場(chǎng)接車到11G、12G 的列車，需要檢查鄭州南鄭阜場(chǎng)S11、S12 到鄭州南鄭萬場(chǎng)X、XF 方向的進(jìn)路是否排列完畢（報(bào)點(diǎn)信息）[8]，導(dǎo)致接車進(jìn)路無法自動(dòng)觸發(fā)。

圖6 共用股道場(chǎng)聯(lián)分界點(diǎn)布置示意圖Fig.6 Boundary points layout diagram of connection line between yards for shared station track

5）按照?qǐng)雎?lián)軌觸發(fā)處理邏輯，針對(duì)鄭州南鄭萬場(chǎng)X、XF 接車到11G、12G 的列車，需要檢查鄭州南鄭阜場(chǎng)X11、X12 發(fā)車進(jìn)路是否排列完畢（報(bào)點(diǎn)信息），導(dǎo)致接車進(jìn)路無法自動(dòng)觸發(fā)。

鑒于CTC 系統(tǒng)功能模塊是否修改、以及修改時(shí)間的不確定性，針對(duì)CTC 系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)上述場(chǎng)間進(jìn)路自動(dòng)觸發(fā)問題，工程設(shè)計(jì)上可考慮移設(shè)場(chǎng)聯(lián)分界點(diǎn)方案，避免CTC 系統(tǒng)將共用股道作為場(chǎng)聯(lián)軌進(jìn)路控制。鄭州南的場(chǎng)聯(lián)1 可將場(chǎng)聯(lián)分界點(diǎn)移設(shè)至211#岔前絕緣處，鄭州南鄭萬場(chǎng)、鄭阜場(chǎng)在此處分別設(shè)置虛擬信號(hào)機(jī)和相應(yīng)的列車按鈕，如圖6 所示。

對(duì)于鄭州南鄭萬場(chǎng)而言，X、XF 信號(hào)機(jī)與虛擬信號(hào)機(jī)間組成完整通過進(jìn)路；對(duì)于鄭州南鄭阜場(chǎng)而言，虛擬信號(hào)機(jī)與S11、S12 間組成完整接發(fā)車進(jìn)路。CTC 系統(tǒng)將場(chǎng)聯(lián)進(jìn)路作為咽喉區(qū)場(chǎng)聯(lián)進(jìn)路控制，11G、12G 作為股道控制，因此可實(shí)現(xiàn)進(jìn)路自動(dòng)觸發(fā)，邏輯如下。

1）鄭州南鄭萬場(chǎng)X、XF 至鄭州南鄭阜場(chǎng)方向的列車，根據(jù)場(chǎng)聯(lián)關(guān)系，先辦理鄭州南鄭阜場(chǎng)接車進(jìn)路，而后辦理鄭州南鄭萬場(chǎng)通過進(jìn)路。當(dāng)列車壓入X、XF 信號(hào)機(jī)后，車次號(hào)將會(huì)傳遞到鄭州南鄭阜場(chǎng)11G、12G 股道車次窗上，此時(shí)鄭州南鄭萬場(chǎng)報(bào)通過點(diǎn)。當(dāng)列車完全進(jìn)入鄭州南鄭阜場(chǎng)11G、12G 股道1 min 后， 報(bào)到達(dá)點(diǎn)。CTC 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觸發(fā)進(jìn)路。

2）鄭州南鄭阜場(chǎng)11G、12G 發(fā)往鄭州南鄭萬場(chǎng)X、XF 方向的列車，根據(jù)場(chǎng)聯(lián)關(guān)系，先辦理鄭州南鄭萬場(chǎng)通過進(jìn)路，而后辦理鄭州南鄭阜場(chǎng)發(fā)車進(jìn)路。當(dāng)列車從S11、S12 信號(hào)機(jī)出站時(shí)，車次號(hào)將會(huì)傳遞到鄭州南鄭萬場(chǎng)區(qū)間軌道車次窗上，此時(shí)鄭州南鄭阜場(chǎng)報(bào)出發(fā)點(diǎn)。當(dāng)列車進(jìn)入鄭州南鄭萬場(chǎng)進(jìn)站信號(hào)機(jī)（虛擬信號(hào)）后， 鄭州南鄭萬場(chǎng)報(bào)通過點(diǎn)。CTC 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觸發(fā)進(jìn)路。

上述場(chǎng)間分界點(diǎn)移設(shè)不影響計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、列控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)間進(jìn)路控制。

2.2 實(shí)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)進(jìn)路發(fā)碼的工程解決方案

鄭萬場(chǎng)可經(jīng)鄭阜場(chǎng)辦理國鐵動(dòng)走2 線接、發(fā)車進(jìn)路如圖5 所示，鄭萬場(chǎng)與鄭阜場(chǎng)場(chǎng)聯(lián)分界設(shè)在鄭阜場(chǎng)D202 信號(hào)機(jī)處，鄭萬場(chǎng)在D102 信號(hào)機(jī)處設(shè)虛擬列車按鈕、鄭阜場(chǎng)在D202 信號(hào)機(jī)處設(shè)虛擬列車按鈕、辦理接發(fā)車進(jìn)路。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、CTC系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)場(chǎng)間進(jìn)路控制和進(jìn)路自動(dòng)觸發(fā)，列控系統(tǒng)因?qū)⒃搱?chǎng)聯(lián)進(jìn)路作為股道控制、在將兩個(gè)場(chǎng)的聯(lián)鎖進(jìn)路拼接成一條完整進(jìn)路后不能實(shí)現(xiàn)進(jìn)路發(fā)碼，具體分析如下。

1）鄭萬場(chǎng)→鄭阜場(chǎng)：I-IIG 作為股道，其跟隨ZFTF（D202 虛擬列車信號(hào)）顯示發(fā)碼；I-IIG作為鄭萬場(chǎng)進(jìn)路的離去區(qū)段，則進(jìn)路咽喉區(qū)碼序與I-IIG 一致（UUS/UU）；但鄭阜場(chǎng)進(jìn)路碼序是與其區(qū)間離去區(qū)段一致（如：L5），這樣就存在拼接進(jìn)路內(nèi)區(qū)段有效低頻碼序不一致的情況。而拼接進(jìn)路是作為一條完整進(jìn)路處理，即為1 個(gè)閉塞，且中間沒有信號(hào)點(diǎn)，報(bào)文也是按照1 個(gè)閉塞描述的，造成1 個(gè)閉塞內(nèi)的有效低頻碼序不一樣，TCC 只能按進(jìn)路發(fā)檢測(cè)碼處理。

2）鄭阜場(chǎng)→鄭萬場(chǎng)：I-IIG 跟隨ZWTJ（D102虛擬列車信號(hào)）發(fā)碼（即進(jìn)站信號(hào)機(jī)碼序），鄭萬場(chǎng)進(jìn)路是根據(jù)鄭萬場(chǎng)股道發(fā)碼，這樣就會(huì)存在鄭萬場(chǎng)進(jìn)路與I-IIG 碼序不一致的情況；鄭阜場(chǎng)進(jìn)路編碼跟隨I-IIG，與其保持一致。同樣，接車進(jìn)路作為一條完整進(jìn)路處理，即為1 個(gè)閉塞，且中間沒有信號(hào)點(diǎn)，報(bào)文也是按照1 個(gè)閉塞描述的，造成1 個(gè)閉塞內(nèi)的有效低頻碼序不一樣，TCC 只能按進(jìn)路發(fā)檢測(cè)碼處理。

鑒于列控系統(tǒng)TCC 功能模塊是否修改、以及修改時(shí)間的不確定性，為了實(shí)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)2 進(jìn)路全進(jìn)路發(fā)碼，工程設(shè)計(jì)上可以考慮調(diào)整場(chǎng)聯(lián)虛擬信號(hào)設(shè)置方案，如圖7 所示。

圖7 無岔區(qū)段場(chǎng)聯(lián)分界點(diǎn)布置示意圖Fig.7 Boundary points layout diagram of connection line between yards for switchless section

場(chǎng)間分界點(diǎn)仍設(shè)置在D202 處，但鄭萬場(chǎng)和鄭阜場(chǎng)虛擬信號(hào)均設(shè)置在D202 處，調(diào)整后TCC 將場(chǎng)聯(lián)進(jìn)路作為咽喉區(qū)場(chǎng)聯(lián)進(jìn)路控制，避免了TCC 將I-IIG 場(chǎng)聯(lián)軌作為股道處理時(shí)，判斷一條拼接進(jìn)路的兩段進(jìn)路碼序不同而無法實(shí)現(xiàn)全進(jìn)路發(fā)碼問題。

3 結(jié)束語

對(duì)于采用CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)的高速鐵路引入樞紐，與既有高速鐵路接軌是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，引入樞紐后帶來的各種信號(hào)技術(shù)問題在將來會(huì)是一個(gè)常態(tài)，本文只針對(duì)引入鄭州樞紐的兩個(gè)難點(diǎn)問題進(jìn)行敘述，不同的樞紐和不同的工程界面將會(huì)遇到不同的技術(shù)問題，但解決方案應(yīng)該是運(yùn)營、設(shè)計(jì)、設(shè)備、施工等單位充分討論研究后而提出的。