信號系統(tǒng)在隧道防火災(zāi)運行效率方面的應(yīng)用

胡超林

（浙江眾合科技股份有限公司，浙江杭州 310000）

1 區(qū)間風(fēng)井的設(shè)計

目前，城市地鐵線路大部分采用地下線路設(shè)計，地下隧道中因地鐵隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)境密閉、連通地面的疏散出口較少，一旦發(fā)生火災(zāi)，很難及時救援、造成群死群傷等問題。對于較長的區(qū)間會在站臺外側(cè)區(qū)域及區(qū)間根據(jù)區(qū)間線路的長短設(shè)計若干個區(qū)間風(fēng)井。站臺風(fēng)機正轉(zhuǎn)送風(fēng)，區(qū)間風(fēng)機反轉(zhuǎn)吸風(fēng)，從而讓隧道中的煙氣直接從風(fēng)口吸入風(fēng)道中，使其順著風(fēng)亭排入地面。但為了實現(xiàn)運行的效率，在區(qū)間風(fēng)井之間存在兩列車的下，當(dāng)其中一列車發(fā)生火災(zāi)時，另外一列車和發(fā)生火災(zāi)的列車處于同一個風(fēng)井區(qū)間，且發(fā)生火災(zāi)列車的煙氣排放的方向上時，可能對未發(fā)生火災(zāi)列車上的人員造成傷亡事故。為了解決這一問題，下面結(jié)合具體具備車站站形進(jìn)行分析說明。

2 信號系統(tǒng)在設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 未考慮火災(zāi)發(fā)生的設(shè)計

在如圖1所示的隧道線路中，車站01-車站02之間為過江隧道，此區(qū)間全長2.720 km，為防止因線路限速或列車故障在過江隧道停車時，當(dāng)其中一列車發(fā)生火災(zāi)，對于地鐵隧道線路中較長的區(qū)段，可能存在兩列及以上的列車運行時兩風(fēng)井間有可能運行多于一列列車，信號系統(tǒng)通過ATS子系統(tǒng)彈性設(shè)置；由運營人員對車站01-車站02之間的隧道內(nèi)兩個風(fēng)井間是否運行一輛列車進(jìn)行限制設(shè)置或取消。ATS系統(tǒng)默認(rèn)開啟該區(qū)間兩風(fēng)井之間僅允許一輛列車運行的功能。即當(dāng)運營人員取消區(qū)間風(fēng)井間列車運行限制設(shè)置時，系統(tǒng)按列車正常追蹤情況自動排列進(jìn)路，允許多輛列車進(jìn)入?yún)^(qū)間風(fēng)井；當(dāng)運營人員對區(qū)間風(fēng)井間列車運行限制設(shè)置后，系統(tǒng)僅為一列車自動排列進(jìn)路，允許該列車進(jìn)入?yún)^(qū)間兩風(fēng)井間，在前車未出清區(qū)間風(fēng)井范圍前系統(tǒng)不會為后續(xù)列車自動排列進(jìn)路，但人工排列進(jìn)路功能不受該限制。這種設(shè)計限制了列車的運行效率，不能達(dá)到一般的120 s的運行間隔的要求。

圖1 原設(shè)備布置圖

圖2 優(yōu)化后的設(shè)備布置圖

2.2 優(yōu)化設(shè)計方案

在車站01和車站02之間有3個區(qū)間風(fēng)井時，為實現(xiàn)在ATS系統(tǒng)上彈性設(shè)置過江隧道內(nèi)兩風(fēng)井間僅允許一列車運行功能，通過將區(qū)間信號機X0105挪動至車站01的進(jìn)站位置，即A02計軸處，同時刪除A01計軸（參考圖1）。設(shè)計改變后如圖2所示。

信號系統(tǒng)針對圖2中設(shè)備位置的調(diào)整，按進(jìn)路進(jìn)行設(shè)置列車運行的限制，確保在CBTC模式下進(jìn)路自動觸發(fā)時，僅允許一輛列車進(jìn)入兩風(fēng)井之間。按圖2所示，車站02-車站01有3個風(fēng)井，其中風(fēng)井2為區(qū)間中間的風(fēng)井。

（1）在列車運行下行方向時

風(fēng)井1與風(fēng)井2之間：ATS系統(tǒng)判斷當(dāng)X0206-＞X0101進(jìn)路內(nèi)方有一輛列車時，不再自動請求開放X0206信號，防止后車進(jìn)入該風(fēng)井之間；

風(fēng)井2與風(fēng)井3之間：ATS系統(tǒng)判斷當(dāng)X0101-＞X0105進(jìn)路內(nèi)方有一輛列車時，不再自動請求開放X0101信號，防止后車進(jìn)入該風(fēng)井之間。

（2）同樣，在列車運行上行方向時

風(fēng)井3與風(fēng)井2之間：ATS系統(tǒng)判斷當(dāng)S0109-＞S0202進(jìn)路內(nèi)方有一輛列車時，不再自動請求開放S0109信號，防止后車進(jìn)入該風(fēng)井之間；

風(fēng)井2與風(fēng)井1之間：ATS系統(tǒng)判斷當(dāng)S0202-＞S0203進(jìn)路中有一輛列車占用時，不再自動請求開放S0202信號，防止后車進(jìn)入該風(fēng)井之間。

上述情況中，系統(tǒng)雖不會自動觸發(fā)進(jìn)路，但在人工介入，并事先有事故預(yù)判的情況下，仍然支持人工手動排列進(jìn)路。

2.3 功能說明

在地鐵線路的設(shè)計上，只對特殊線路條件下才做該特殊功能的設(shè)置。一般線路套件線路上列車運行數(shù)量限制按站間范圍生效，在車站02-車站01仍保留區(qū)列車運行數(shù)量按照站間控制的功能，當(dāng)這兩站間同時設(shè)置兩種限制列車運行數(shù)量時，這兩種限制是同時生效，系統(tǒng)按照最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)限制執(zhí)行。

信號系統(tǒng)對上述風(fēng)井之間的列車運行限制是通過進(jìn)路的始端信號機進(jìn)行設(shè)置，可分別獨立對處在每個風(fēng)井間進(jìn)路進(jìn)行設(shè)置；信號系統(tǒng)默認(rèn)開啟該區(qū)間兩風(fēng)井之間僅允許一輛列車運行的這功能；當(dāng)列車限制功能設(shè)置后，相應(yīng)區(qū)間兩風(fēng)井間進(jìn)路僅允許一列車運行限制功能生效；當(dāng)操作人員取消該設(shè)置后，區(qū)間風(fēng)井間進(jìn)路按正常追蹤邏輯自動請求，允許進(jìn)入多輛列車進(jìn)入同相鄰兩風(fēng)井區(qū)間；因該操作命令為安全命令，操作人員在取消該限制的操作時，ATS系統(tǒng)對該操作按照安全命令處理，在操作指令下發(fā)后，界面會彈出口令確認(rèn)窗口，需要操作人員輸入正確的數(shù)字口令后，取消設(shè)置方能生效。

2.4 風(fēng)險分析

由于信號系統(tǒng)為非安全系統(tǒng)，上述方案中所描述功能通過ATS系統(tǒng)進(jìn)行運行限制彈性設(shè)置，存在如下風(fēng)險：

當(dāng)ATS系統(tǒng)故障時，該功能的設(shè)置失效；當(dāng)系統(tǒng)切換為LCW（本地控制工作站）控制時，進(jìn)路仍會被人工、Fleeting（自動通過進(jìn)路）請求開放，該功能設(shè)置失效；當(dāng)該站間信號機被設(shè)置為Fleeting（自動通過進(jìn)路）時，進(jìn)路在滿足相應(yīng)的聯(lián)鎖條件后，由聯(lián)鎖自動請求開放，該功能設(shè)置失效；當(dāng)人工排列進(jìn)路時，進(jìn)路會開放，不受該功能限制。

在上述風(fēng)險下，均有可能出現(xiàn)多輛列車進(jìn)入兩個風(fēng)井之間的情況，需要操作人員通過相關(guān)的制度保證，確保功能設(shè)置的有效性。當(dāng)然信號系統(tǒng)在設(shè)計上也采取冗余處理，可靠性也有一定的保證。

3 運行能力計算

3.1 牽引計算結(jié)果

圖3 124.34s追蹤間隔示意圖

圖4 120s追蹤間隔示意圖

計算原理后車追蹤前車時，后車速度不受前車位置影響。如下圖所示，當(dāng)前車駛出進(jìn)路X0101-S0105時，后車運行至無擾點位置，后車的運行速度不受前車影響，如圖3所示。

根據(jù)能力分析仿真結(jié)果，對于CBTC追蹤間隔：過江隧道X0101-X0105進(jìn)路中列車運行追蹤間隔為124.34s，大于CBTC最小設(shè)計追蹤間隔120s；對于點式ATP追蹤間隔：S0202-S0203（如圖2）進(jìn)路為過江隧道四個進(jìn)路中最大追蹤間隔，間隔為141.11 s，滿足點式ATP最小設(shè)計間隔153 s。

3.2 120 s間隔方案優(yōu)化

計算原理：若要把全線最小列車追蹤間隔縮小至120s，可通過減小列車追蹤距離實現(xiàn)，當(dāng)前車車尾駛出進(jìn)路X0101-X0105時，后車追蹤前車已駛過無擾點位置，列車按照ATP速度曲線降速繼續(xù)運行5-6s，前車出清進(jìn)路X0101-X0105進(jìn)路后，后車移動授權(quán)MA向前延伸，列車加速運行，速度不再受前車影響。如圖4所示。

按照120s最小追蹤間隔，列車全線追蹤過程中，只有前車在進(jìn)路X0101-X0105內(nèi)時，后車運行速度受前車影響，線路其他位置追蹤不受影響。

3.3 運行圖影響

若編制間隔大于124.34 s的運行圖，后車運行速度可不受前車影響；若編制間隔為120 s的運行圖，前車運行在X0101-X0105進(jìn)路內(nèi)時，后車運行速度會受到前車影響，其他位置后車運行速度不受前車影響。

4 結(jié)束語

隧道風(fēng)井是用于內(nèi)減少火災(zāi)事故影響的一個系統(tǒng)性的設(shè)計，信號系統(tǒng)在隧道防火災(zāi)方面能夠通過控制列車的運行來降低該影響。但是，乘坐軌道交通是人們主要的出行方式之一，隧道乘坐人數(shù)的不斷增加，對運營效率的要求也越來越高。信號系統(tǒng)提供的解決方案可能會遇到瓶頸。要更解決這一問題是地鐵設(shè)計人員在設(shè)計初期需要考慮的系統(tǒng)性問題。