淺談信號(hào)系統(tǒng)側(cè)沖防護(hù)在城市軌道交通中的應(yīng)用

劉德偉

在城市軌道交通項(xiàng)目建設(shè)中，基于靈活組織運(yùn)營的考慮，每間隔幾公里都應(yīng)布置道岔設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)列車的折返。使用最多的有單動(dòng)道岔、單渡線道岔、交叉渡線道岔等。使用的道岔越多，存在側(cè)面沖突的場景也就越多。對(duì)側(cè)面沖突的防護(hù)（簡稱側(cè)防）是指為避免列車在道岔交匯點(diǎn)的兩個(gè)方向同向或逆向運(yùn)行時(shí)的側(cè)面沖撞。因此，需要根據(jù)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的特點(diǎn)對(duì)側(cè)沖區(qū)域進(jìn)行安全防護(hù)。

城市軌道交通中信號(hào)系統(tǒng)多采用基于通信的列車控制系統(tǒng)（簡稱CBTC 系統(tǒng)），需要防護(hù)的列車主要分為通信列車和非通信列車（含非裝備CBTC 系統(tǒng)列車）兩大類。CBTC 系統(tǒng)可以對(duì)通信列車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防護(hù)，但對(duì)于非通信列車，則需要進(jìn)行人工防護(hù)。本文介紹的側(cè)沖防護(hù)，主要是防止通信列車與非通信列車之間的側(cè)面沖突，重點(diǎn)探討如何通過系統(tǒng)技術(shù)手段對(duì)側(cè)沖區(qū)域進(jìn)行防護(hù)。

1 側(cè)沖場景

軌道交通線路的存車線、折返線等一般都需要存放非通信列車，同時(shí)正線區(qū)域也需要具備通信列車與非通信列車共線運(yùn)營的功能。例如，在道岔區(qū)域就可能存在非通信列車與通信列車發(fā)生側(cè)沖的情況。如圖1 所示，非通信列車處于T1 軌，通信列車經(jīng)由進(jìn)路S1-S3 運(yùn)行。由于信號(hào)系統(tǒng)無法檢測到非通信列車的運(yùn)行狀態(tài)，因此系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為非通信列車的運(yùn)行狀態(tài)未知，從故障導(dǎo)向安全的角度考慮，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為非通信列車隨時(shí)可能移動(dòng)。在通信列車越過信號(hào)機(jī)S1 之前，假如非通信列車移動(dòng)越過信號(hào)機(jī)S2，由于侵限，S1 會(huì)變?yōu)榻剐盘?hào)，阻止通信列車越過S1，不會(huì)有側(cè)沖的風(fēng)險(xiǎn)。但當(dāng)通信列車已經(jīng)越過信號(hào)機(jī)S1，此時(shí)非通信列車突然移動(dòng)，就會(huì)存在側(cè)面沖撞的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 側(cè)沖的場景

2 側(cè)沖防護(hù)原則

在確保安全的前提下，對(duì)道岔區(qū)域進(jìn)行側(cè)沖防護(hù)，可確保不發(fā)生沖撞現(xiàn)象，同時(shí)還應(yīng)兼顧運(yùn)營效率。

1）側(cè)沖防護(hù)應(yīng)優(yōu)先采用物理隔離的方式予以避免，如雙動(dòng)道岔處于定位時(shí)，可保證不會(huì)發(fā)生側(cè)面沖突的可能，對(duì)于存車線應(yīng)優(yōu)先采用這種方式。

2）當(dāng)側(cè)沖防護(hù)無法采用物理隔離的方式進(jìn)行防護(hù)時(shí)，如渡線道岔處于反位或單渡線道岔區(qū)段，需要對(duì)進(jìn)路中的這些道岔區(qū)段中非進(jìn)路征用部分的可能側(cè)沖的區(qū)域進(jìn)行防護(hù)。

同時(shí)，應(yīng)采用ATP 對(duì)可能發(fā)生的側(cè)沖進(jìn)行防護(hù)。當(dāng)側(cè)沖區(qū)域被非通信列車占用時(shí)，應(yīng)防止CBTC 模式下ATP 防護(hù)的列車進(jìn)入該道岔區(qū)域或在該區(qū)域以ATP 模式運(yùn)行。

3）對(duì)因無法實(shí)現(xiàn)物理隔離或ATP 防護(hù)的存車線存放非通信列車的側(cè)沖防護(hù)需求，可采用信號(hào)機(jī)對(duì)側(cè)沖區(qū)域進(jìn)行有限防護(hù)。此為備選方案。

3 側(cè)沖區(qū)域定義

3.1 側(cè)沖緩沖區(qū)域

非通信列車與通信列車側(cè)面對(duì)向運(yùn)行時(shí)，為保證通信列車不與非通信列車發(fā)生側(cè)面沖突，非通信列車與通信列車需間隔最小距離所覆蓋的計(jì)軸區(qū)域，如圖2 所示。

圖2 側(cè)沖區(qū)域定義

3.2 側(cè)沖防護(hù)區(qū)域

當(dāng)非通信列車進(jìn)入側(cè)沖緩沖區(qū)域時(shí)，為防止通信列車進(jìn)入非通信列車運(yùn)行路徑上的側(cè)沖區(qū)域且與非通信列車產(chǎn)生側(cè)沖風(fēng)險(xiǎn)，在非通信列車非征用區(qū)域形成側(cè)沖防護(hù)區(qū)域，以阻止通信列車的進(jìn)入，如圖2 所示。

4 側(cè)沖防護(hù)方案

4.1 ATP 側(cè)沖防護(hù)方案

當(dāng)ATP 系統(tǒng)檢測到道岔區(qū)域的側(cè)沖緩沖區(qū)有非通信列車占用時(shí)，將通過產(chǎn)生側(cè)沖防護(hù)區(qū)的方式實(shí)時(shí)對(duì)可能發(fā)生側(cè)沖的區(qū)域進(jìn)行防護(hù)，阻止CBTC模式下的ATP 防護(hù)列車進(jìn)入側(cè)沖防護(hù)區(qū)域。

當(dāng)單渡線道岔處于反位位置時(shí)，若列車1（非通信列車）進(jìn)入可能發(fā)生道岔側(cè)面沖突的緩沖區(qū)域時(shí)（如圖3 中所示），ATP 會(huì)立即產(chǎn)生側(cè)沖防護(hù)區(qū)域。若列車2（通信列車）已進(jìn)入了側(cè)沖防護(hù)區(qū)域，則列車2 將立即觸發(fā)緊急制動(dòng)停車，以防止和列車1發(fā)生側(cè)面沖突；若列車2 未進(jìn)入側(cè)沖防護(hù)區(qū)域，ATP 系統(tǒng)會(huì)將列車2 的移動(dòng)授權(quán)回撤至側(cè)沖防護(hù)區(qū)域的外方，列車2 會(huì)根據(jù)列車距離側(cè)沖防護(hù)區(qū)域的長度采取制動(dòng)措施（常用制動(dòng)或緊急制動(dòng)）。

圖3 單渡線反位側(cè)沖防護(hù)應(yīng)用場景

渡線道岔在反位、交叉渡線中的一條渡線在定位且另一條在反位時(shí)的場景，與單渡線道岔處于反位的場景一致。

當(dāng)?shù)啦碓诙ㄎ粫r(shí)，若列車1（非通信列車）進(jìn)入可能發(fā)生道岔側(cè)面沖突的緩沖區(qū)域時(shí)（如圖4 中所示區(qū)域），ATP 會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的側(cè)沖防護(hù)區(qū)域，此時(shí)若列車2 已進(jìn)入了側(cè)沖防護(hù)區(qū)域，則列車2 將立即觸發(fā)緊急制動(dòng)停車，以防止和列車1 發(fā)生側(cè)面沖突。若列車2 未進(jìn)入側(cè)沖防護(hù)區(qū)域，ATP 系統(tǒng)會(huì)將列車2 的移動(dòng)授權(quán)回撤至側(cè)沖防護(hù)區(qū)域的外方，列車2 會(huì)根據(jù)列車距離側(cè)沖防護(hù)區(qū)域的距離采取制動(dòng)措施（常用制動(dòng)或緊急制動(dòng)）。

圖4 單渡線定位側(cè)沖防護(hù)應(yīng)用場景

4.2 信號(hào)機(jī)側(cè)沖防護(hù)方案

在降級(jí)模式下，整個(gè)道岔區(qū)域作為一個(gè)計(jì)軸區(qū)段來處理，側(cè)沖防護(hù)通過聯(lián)鎖檢查侵限條件進(jìn)行防護(hù)。但在CBTC 模式下，基于移動(dòng)閉塞的原理，進(jìn)路及信號(hào)機(jī)的開放不應(yīng)檢查進(jìn)路內(nèi)方區(qū)段的空閑。因此在道岔侵限區(qū)域，需要采用以下方案對(duì)側(cè)沖進(jìn)行防護(hù)。

1）在CBTC 模式下，道岔區(qū)域被劃分為3 個(gè)邏輯區(qū)段，分別為B_1 （岔后）、B_2 （岔前）、B_3（反位）。當(dāng)列車占用進(jìn)路上征用道岔的側(cè)沖防護(hù)區(qū)域時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)將防護(hù)該進(jìn)路的信號(hào)機(jī)變?yōu)橄拗茽顟B(tài)，信號(hào)機(jī)前方的列車將該信號(hào)機(jī)作為限制點(diǎn)，以限制列車?yán)^續(xù)運(yùn)行。當(dāng)計(jì)軸因故障被系統(tǒng)旁路后，信號(hào)機(jī)只檢查進(jìn)路上道岔的非進(jìn)路征用分支區(qū)域的空閑狀態(tài)，可保證列車正常運(yùn)行通過該進(jìn)路時(shí)不會(huì)受到計(jì)軸故障的影響。

2）當(dāng)?shù)啦鞵1 處于反位時(shí)，系統(tǒng)將B_1 的區(qū)段狀態(tài)納入進(jìn)路S1-S3 及S3-S1 的進(jìn)路建立及信號(hào)開放檢查條件中。當(dāng)B_1 區(qū)段狀態(tài)為占用時(shí)，進(jìn)路S3-S1 和進(jìn)路S1-S3 將無法建立，信號(hào)機(jī)S1 和S3禁止開放；若S3 或S1 信號(hào)機(jī)已開放，則開放的信號(hào)機(jī)將立即變?yōu)橄拗茽顟B(tài)，如圖5 所示。

3）當(dāng)?shù)啦鞵1 處于定位時(shí)，系統(tǒng)將B-3 的區(qū)段狀態(tài)納入進(jìn)路S3-S2 及S2-S3 的進(jìn)路建立及信號(hào)開放檢查條件中。當(dāng)B_3 區(qū)段狀態(tài)為占用時(shí)，進(jìn)路S3-S2 和S2-S3 將無法建立，信號(hào)機(jī)S2 和S3 禁止開放；若S2 或S3 信號(hào)機(jī)已經(jīng)開放，則開放的信號(hào)機(jī)將立即變?yōu)橄拗茽顟B(tài)，如圖5 所示。

圖5 信號(hào)機(jī)側(cè)沖防護(hù)應(yīng)用場景

由于信號(hào)機(jī)側(cè)沖防護(hù)是通過信號(hào)機(jī)的限制狀態(tài)來進(jìn)行的，因此不能做到實(shí)時(shí)防護(hù)。如列車已經(jīng)進(jìn)入進(jìn)路內(nèi)方，此時(shí)側(cè)沖緩沖區(qū)再被占用，在此種場景下，系統(tǒng)將無法實(shí)現(xiàn)側(cè)沖防護(hù)功能，需要人工來確保側(cè)沖區(qū)域的安全。因此，信號(hào)機(jī)側(cè)沖防護(hù)方式僅作為備選方案。

5 總結(jié)

側(cè)沖防護(hù)關(guān)系到城市軌道交通列車運(yùn)行的安全，因此，在信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)有可能產(chǎn)生側(cè)沖風(fēng)險(xiǎn)的各種場景進(jìn)行分析，在確保安全風(fēng)險(xiǎn)可控的條件下兼顧運(yùn)營效率。建議優(yōu)先采用系統(tǒng)防護(hù)方式中的ATP 側(cè)沖防護(hù)方案進(jìn)行全方位技術(shù)防護(hù)。在安全風(fēng)險(xiǎn)人為可控的情況下，也可采用信號(hào)機(jī)側(cè)沖防護(hù)的方式進(jìn)行有限的技術(shù)防護(hù)。