重慶鐵路樞紐東環(huán)線CTCS-2信號列控系統(tǒng)貫通方案研究

周志輝

(中鐵二院重慶勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司, 重慶 400023)

1 工程概述

新建鐵路重慶樞紐東環(huán)線(簡稱：東環(huán)線)位于重慶市主城區(qū)，國家電氣化I級客貨雙線鐵路，最高旅客列車設(shè)計速度為160 km/h，是一條連接重慶樞紐內(nèi)重慶北、重慶西、重慶東、沙坪壩等大型車站及干線鐵路的重要環(huán)線，工程分為東環(huán)線正線、機(jī)場支線、黃茅坪支線3個部分[1]。

(1)東環(huán)線正線

線路南起于渝黔鐵路珞璜南站，向北經(jīng)珞璜、南彭、重慶東、東港、廟壩(與渝懷線交叉連接)、龍盛、統(tǒng)景、木耳、水土，止于磨心坡北場接入襄渝線，線路全長約158.666 km。

(2)黃茅坪支線

線路起于東環(huán)線水土車站，向南沿金山大道東側(cè)前行至福特三工廠，設(shè)黃茅坪站(工業(yè)站)，正線全長20.378 km。

(3)機(jī)場支線

線路起于重慶北站(通過區(qū)間重慶北線路所接入)，向北經(jīng)江北機(jī)場(地下車站)，沿渝鄰高速東側(cè)前行至渝北區(qū)郭家鎮(zhèn)，在郭家線路所和東環(huán)線統(tǒng)景方向聯(lián)通，正線全長28.502 km。

2 東環(huán)線主要相關(guān)動車組交路 [2-7]

根據(jù)現(xiàn)行鐵路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，東環(huán)線正線及黃茅坪支線采用CTCS-0級列控系統(tǒng)(簡稱C0)，機(jī)場支線考慮渝宜高速鐵路接入，采用CTCS-2級列控系統(tǒng)(簡稱C2)。裝備C0車載設(shè)備的列車在東環(huán)線全線均可運行，但裝備CTCS-3級列控系統(tǒng)(簡稱C3)車載設(shè)備的列車不可在東環(huán)正線受控運行，因此，渝湘高速鐵路列車若通過東環(huán)線直接到達(dá)重慶北站，其裝備C3車載設(shè)備的動車組運行將會受到影響，故本文主要研究裝備C2、C3車載設(shè)備動車組的交路。

按照規(guī)劃設(shè)計，渝湘高速鐵路列車到達(dá)重慶東站后，會繼續(xù)向西北順序到達(dá)重慶站和沙坪壩站，但沒有去重慶北站的交路。從既有運行情況看，高速鐵路進(jìn)入大型樞紐后，實現(xiàn)各大型客站的到發(fā)，對提高旅客舒適性及便捷性具有重要意義。因此，筆者認(rèn)為，渝湘高速鐵路到達(dá)重慶北站和渝萬高速鐵路到達(dá)重慶西站的需求應(yīng)充分考慮，需增加以下動車組交路。

(1)渝湘高速鐵路至重慶北站動車組交路

①渝懷交路

經(jīng)巴南、趙家灣線路所、重慶東站東環(huán)場、馮家灣線路所、東港、皂角樹線路所、渝懷聯(lián)絡(luò)線、果園港線路所、魚嘴、唐家沱、重慶北線路所、重慶北渝懷場，其中重慶北渝懷場將在其它工程中改造為C2級列控系統(tǒng)。因本交路經(jīng)皂角樹線路所側(cè)向通過后借道渝懷線，簡稱“渝懷交路”。

②東環(huán)—機(jī)場交路

經(jīng)巴南、趙家灣線路所、重慶東站東環(huán)場、馮家灣線路所、東港、皂角樹線路所、廟壩、龍盛、統(tǒng)景、郭家線路所、郭家、江北機(jī)場、重慶北線路所、重慶北渝懷場。因本交路經(jīng)皂角樹線路所直向通過后，先后借道東環(huán)正線、機(jī)場支線，簡稱“東環(huán)—機(jī)場交路”。

(2)渝萬高速鐵路至重慶西站動車組交路

經(jīng)重慶東站渝萬場，連接?xùn)|環(huán)線線路所(現(xiàn)未規(guī)劃)、南彭、珞璜東、珞璜南、重慶西站。目前正在建設(shè)的渝昆高速鐵路在進(jìn)入重慶西前，通過九龍坡站到達(dá)重慶東站聯(lián)絡(luò)線，這條交路能滿足渝昆高速鐵路到達(dá)重慶東站的需求，但不能解決渝萬高速鐵路到達(dá)重慶西站的需求。若利用東環(huán)線聯(lián)通重慶西站和重慶東站，則不僅能使渝萬高速鐵路到達(dá)重慶東站和重慶西站，也能使渝昆高鐵到達(dá)重慶西站后，再利用此通道到達(dá)和重慶東站，并可取消正在建設(shè)的重慶西至重慶東聯(lián)絡(luò)線，節(jié)省投資和占地。同時，東環(huán)線160km/h的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也完全能夠支撐高速鐵路的運營需求。

(3)東環(huán)線動車組交路

經(jīng)渝貴鐵路珞璜南、珞璜東、南彭、樵坪山線路所、重慶東站東環(huán)場、馮家灣線路所、東港、皂角樹線路所、廟壩、龍盛、統(tǒng)景、郭家線路所、郭家、江北機(jī)場、重慶北線路所、重慶北渝懷場，簡稱“東環(huán)交路”交路示意如圖1所示。

圖1 東環(huán)交路示意圖

3 東環(huán)線與相關(guān)線路列控系統(tǒng)配置及設(shè)計情況

(1)在建渝湘高速鐵路正線采用C3級列控系統(tǒng)，引入樞紐的巴南站(不含)-趙家灣線路所-重慶東站(渝黔江場)段采用C2級列控系統(tǒng)。

(2)既有渝貴鐵路(已開通運營)采用C2級列控系統(tǒng)。

(3)既有成渝高速鐵路成都東至沙坪壩(含)段采用C3列控系統(tǒng)，沙坪壩(不含)-重慶站-重慶東站(渝黔江場)段采用C2列控系統(tǒng)。

(4)既有襄渝線、渝懷線為客貨共線普速鐵路，采用C0列控系統(tǒng)。

(5)擬建渝萬高速鐵路-青云山線路所(不含)采用C3級列控系統(tǒng)，青云山線路所(含)-重慶東站(渝萬場)段采用C2列控系統(tǒng)。

4 存在的主要問題

(1)渝湘、渝萬高速鐵路列車不能在東環(huán)線運行，降低了高速鐵路運行的靈活性

渝湘、渝萬高速鐵路以開行配置C3級列控車載設(shè)備的動車組為主，開行少量配置C2級列控車載設(shè)備的動車組。東環(huán)線采用C0級列控系統(tǒng)，裝備C2車載設(shè)備的動車組經(jīng)C2/C0級間轉(zhuǎn)換后，可按LKJ控車運行。裝備C3車載設(shè)備的動車組，正常情況下不能在東環(huán)線上運行，特殊情況下，經(jīng)司機(jī)操作后，可按機(jī)車信號模式(CS)運行，但因采用人工控車，列車安全缺乏設(shè)備監(jiān)控，且 CS模式不可控因素較多，對樞紐內(nèi)運輸組織干擾較大[8]，故不予推薦使用。由此，渝湘、渝萬高速鐵路多數(shù)動車組不能經(jīng)過東環(huán)線到達(dá)重慶北站或重慶西站，降低了高速鐵路運行的靈活性。

(2)樞紐內(nèi)級間轉(zhuǎn)換點增多，接口風(fēng)險增加

渝貴鐵路、渝萬高速鐵路、渝湘高速鐵路開行的裝備C2車載設(shè)備的動車組，經(jīng)東環(huán)線去往重慶東站、重慶西站、重慶北站等主要大型車站時，均要進(jìn)行列車控制系統(tǒng)等級C2/C0、C0/C2的多次轉(zhuǎn)換，影響列車運行的安全性。同時，多種列車等級的存在，也不利于電務(wù)部門的維護(hù)。不滿足鐵總建設(shè)[2018]19號《高速鐵路信號聯(lián)鎖和列控設(shè)備質(zhì)量控制若干措施的通知》[9]的要求。高速鐵路信號系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)盡量實現(xiàn)列控等級貫通設(shè)計，減少列控等級差異，減少等級轉(zhuǎn)換設(shè)計，降低接口風(fēng)險。

5 CTCS-2級列控系統(tǒng)貫通方案研究

“東環(huán)交路”本身存在兩處級間轉(zhuǎn)換點，若渝湘高速鐵路跨線動車組經(jīng)“渝懷交路”運行至重慶北站渝懷場，則須將該交路涉及的東環(huán)線、渝懷線部分線路和車站地面信號系統(tǒng)由C0等級改造為C2等級。兩條交路疊加后，將產(chǎn)生4處C2/C0級間轉(zhuǎn)換，分別位于珞璜南-珞璜東區(qū)間(“級轉(zhuǎn)1”)、樵坪山線路所-重慶東東環(huán)場區(qū)間(“級轉(zhuǎn)2”)、皂角樹線路所-廟壩區(qū)間(“級轉(zhuǎn)3”)、郭家線路所-郭家區(qū)間(“級轉(zhuǎn)4”)。

根據(jù)運輸組織安排，重慶北至重慶西之間有動車組運行，故本文建議將珞璜南(不含)-重慶東東環(huán)場(不含)約40 km線路地面信號系統(tǒng)由C0改造為C2等級后，這樣不僅可實現(xiàn)C3車載的動車組在重慶樞紐內(nèi)的環(huán)狀運行，還可消除“級轉(zhuǎn)1”和“級轉(zhuǎn)2”兩處轉(zhuǎn)換點。但此時機(jī)場支線開行的C2車載動車組仍須先后經(jīng)“級轉(zhuǎn)4”C2/C0、“級轉(zhuǎn)3”C0/C2才能運行至重慶東東環(huán)場。因此，建議將郭家線路所(含)-廟壩站(含)約40 km線路地面信號系統(tǒng)也由C0等級改造為C2等級，消除“級轉(zhuǎn)3”和“級轉(zhuǎn)4”。至此，樞紐內(nèi)存在的4處級間轉(zhuǎn)換點均全部消除。

目前，與東環(huán)正線接軌的擬建渝合鐵路處于擱置狀態(tài)，黃茅坪支線“單線改雙線I類變更”也僅預(yù)留橋、隧、路基等土建工程，仍按單線鐵路鋪軌，增開動車組客運的計劃尚未可知。因此，建議郭家線路所(不含)-老柏溝線路所(含)約30 km線路維持既有C0等級，暫不進(jìn)行改造。將唐家沱-胡豆堡線路所的聯(lián)絡(luò)線(約6 km)地面信號系統(tǒng)由C0等級改造為C2等級，則渝利線動車組可由此聯(lián)絡(luò)線經(jīng)唐家沱站貫通運行至重慶北渝懷場。

綜上所述，若要實現(xiàn)CTCS-2級列控系統(tǒng)貫通，需將東環(huán)線珞璜南(不含)-重慶東東環(huán)場(不含)-廟壩站(含)、郭家線路所(含)-廟壩站(含)信號系統(tǒng)及渝懷線唐家沱-胡豆堡線路所聯(lián)絡(luò)線的列控系統(tǒng)由C0等級改造為C2等級，并納入在建東環(huán)線工程同步實施，提高線路運用的靈活性，也減少了將來既有線路實施改造的安全風(fēng)險。涉及站點有珞璜東、南彭、樵坪山線路所、重慶東東環(huán)場、馮家灣線路所、東港、皂角樹線路所、廟壩、龍盛、統(tǒng)景、郭家線路所；渝懷線果園港線路所、魚嘴、唐家沱和胡豆堡線路所，共計15個站(所)。

6 列控系統(tǒng)主要設(shè)備修改方案

結(jié)合調(diào)度臺劃分方案，可在重慶東東環(huán)場新設(shè)重慶4臺(管轄東環(huán)線)臨時限速服務(wù)器(TSRS)，對重慶4臺管轄范圍內(nèi)的C2區(qū)段下達(dá)臨時限速命令[10]。各車站設(shè)置列控中心設(shè)備(TCC)，并對既有渝利線胡豆堡線路所TCC設(shè)備進(jìn)行適應(yīng)性修改。

(1)列控中心功能

在建東環(huán)線、既有渝懷線均為四顯示自動閉塞制式，地面設(shè)通過信號機(jī)，區(qū)間采用ZPW-2000系列移頻軌道電路，站內(nèi)采用25 Hz軌道電路，均采用繼電編碼方式。東環(huán)線采用區(qū)間綜合監(jiān)控系統(tǒng)完成方向電路、站間信息透傳以及區(qū)間邏輯檢查三大功能；渝懷線采用電纜傳輸方向電路和站間信息，由區(qū)間綜合監(jiān)控系統(tǒng)完成邏輯檢查功能。增設(shè)TCC只需實現(xiàn)應(yīng)答器報文控制功能，邏輯檢查等功能維持既有方式。

(2)遠(yuǎn)程冗余LEU設(shè)置

皂角樹線路所、果園港線路所TCC集中設(shè)置于廟壩站信號樓內(nèi)，馮家灣線路所TCC集中設(shè)置于重慶東東環(huán)場信號樓內(nèi)，因其應(yīng)答器控制電纜均超過2.5 km，分別在室外合適位置設(shè)遠(yuǎn)程冗余型LEU機(jī)柜，TCC至遠(yuǎn)程LEU柜設(shè)置不同物理徑路的8芯光纖，用于數(shù)據(jù)通信。

(3)應(yīng)答器設(shè)置

珞璜東、重慶東東環(huán)場、統(tǒng)景應(yīng)在進(jìn)站信號機(jī)處設(shè)置JZ有源應(yīng)答器組，各側(cè)線股道應(yīng)設(shè)置CZ有源應(yīng)答器組。重慶東東環(huán)場站正線考慮動車組轉(zhuǎn)線作業(yè)，需設(shè)置有源應(yīng)答器組，其余辦理動車組列車通過進(jìn)路的車站，僅需在進(jìn)站信號機(jī)處設(shè)置JZ有源應(yīng)答器組。車載ATP應(yīng)通過應(yīng)答器信息鎖定相關(guān)載頻，完成樞紐內(nèi)2處載頻切換。區(qū)間每間隔1個閉塞分區(qū)設(shè)置區(qū)間無源應(yīng)答器組，兼顧動車組列車自動過分相功能。

(4)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)

信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)應(yīng)滿足TB/T 3547-2019《鐵路信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)》[11]的要求。改造范圍內(nèi)沿鐵路左、右線分別敷設(shè)8芯光纖構(gòu)成信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)，其中4芯光纖采用線路一側(cè)光纜提供，另4芯光纖采用線路另一側(cè)光纜提供。每側(cè)光纜中另各預(yù)留4芯光纖作為信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)的備用光纖。

7 聯(lián)鎖及電碼化主要方案

(1)接近鎖閉區(qū)段長度

樞紐東環(huán)線按最大常用制動距離進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計，具體長度結(jié)合各站/區(qū)間情況，并考慮速度、坡度等因素分別確定，避免ATP出現(xiàn)提前起模。正/反向接近鎖閉區(qū)段長度均以閉塞分區(qū)為單元，反向運行時，直向接近鎖閉長度與發(fā)碼范圍保持一致。

(2)1LQ區(qū)段長度

根據(jù)工程經(jīng)驗，將東環(huán)線相關(guān)車站/線路所1LQ長度調(diào)整至700 m以上，以滿足動車組由道岔側(cè)向允許速度80 km/h制動到0 km/h的距離要求。當(dāng)條件受限無法滿足動車組制動距離要求時，可采用側(cè)向發(fā)車進(jìn)路補(bǔ)碼的方式，使進(jìn)路側(cè)向區(qū)段與1LQ累計長度超過700 m。

(3)警沖標(biāo)、信號機(jī)、應(yīng)答器距離關(guān)系

東環(huán)線動車組運行進(jìn)路范圍內(nèi)，信號機(jī)(車站、調(diào)車)與警沖標(biāo)的距離按不小于5 m設(shè)置?？紤]動車組通過進(jìn)路，既有渝懷線魚嘴、唐家沱站的警沖標(biāo)與信號機(jī)距離調(diào)整至不小于5m。應(yīng)答器根據(jù)Q/CR769-2020《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用技術(shù)條件》[12]要求進(jìn)行配置，靠近站臺，遠(yuǎn)離警沖標(biāo)，并盡量對齊設(shè)置。

(4)電碼化設(shè)置方案

①最高碼序

根據(jù)TB 10007-2017《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》[13]第9.0.7條內(nèi)容：CTCS-2級區(qū)段追蹤碼序的最高信息碼可根據(jù)線路實際情況選擇。東環(huán)正線、渝懷線設(shè)計最高速度均為120 km/h，但樞紐內(nèi)部分地段限速值低于120 km/h(如重慶北渝懷場至唐家沱區(qū)間)，因此，在確保動車組列車安全舒適運行前提下，綜合考慮工程造價，通過增加繼電器的方式，并修改相關(guān)電路，調(diào)整最高編碼至L3碼。

②反向碼序

根據(jù)TB 10007-2017《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》第9.0.8條內(nèi)容，本次C0改C2范圍內(nèi)，動車組反向按自動站間閉塞運行時，車站/區(qū)間貫通發(fā)送JC碼。車載ATP根據(jù)進(jìn)、出站端應(yīng)答器提供的C3信息包，默認(rèn)前方進(jìn)站信號機(jī)關(guān)閉，生成完全監(jiān)控曲線，監(jiān)控列車安全運行。當(dāng)動車組運行至接近區(qū)段時，接收軌道電路信息，并生成新的監(jiān)控曲線。

③USU碼序

當(dāng)發(fā)車進(jìn)路有經(jīng)18號道岔的側(cè)向進(jìn)路時，股道可發(fā)送USU碼序，其編碼用的UUS繼電器由聯(lián)鎖直接驅(qū)動，但列控中心與聯(lián)鎖實時通信，當(dāng)前方出現(xiàn)限速信息時，列控中心將向聯(lián)鎖下達(dá)降級命令。

8 結(jié)束語

經(jīng)分析研究，東環(huán)線采用C2列控系統(tǒng)不僅有利于高速鐵路列車?yán)脰|環(huán)線實現(xiàn)樞紐內(nèi)主要大型車站的到發(fā)，還可減少樞紐內(nèi)級間轉(zhuǎn)換的次數(shù)，有利于提高列車運行的安全性和舒適度。鑒于東環(huán)線正在建設(shè)，建議其按C2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，減少將來既有線改造帶來的安全風(fēng)險和投資增加。同時，建議樞紐內(nèi)的線路均采用C2列控系統(tǒng)，將C3列控區(qū)布置于樞紐之外，既滿足C3、C0、C2列車的運行需求，又可減少C3進(jìn)入樞紐后，因線路改造而導(dǎo)致數(shù)據(jù)修改工作量增加。