城市軌道交通雙層車場信號聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案研究

趙建

摘 要：本研究以城市軌道交通雙層場段的獨(dú)特站場布局特征為基礎(chǔ)，緊密結(jié)合聯(lián)鎖系統(tǒng)信號平面設(shè)計(jì)的核心原則，以及對出入段列車運(yùn)能的深入剖析，系統(tǒng)探討了雙層車場在進(jìn)行信號平面布置時(shí)必須關(guān)注的若干關(guān)鍵議題。這些研究成果將為未來雙層車場的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參照和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通 雙層車場 聯(lián)鎖系統(tǒng)

我國城市軌道交通體系近年來呈現(xiàn)出蓬勃態(tài)勢，車場作為列車停放、日常調(diào)度、后期維護(hù)保養(yǎng)及后勤支持的核心樞紐，其在軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的地位舉足輕重。面對城市化進(jìn)程加速導(dǎo)致市區(qū)土地資源日益緊俏的現(xiàn)實(shí)，尤其是車場所需大面積用地的特性，車場選址與布局時(shí)常受限于土地供應(yīng)的局限[1]。在此背景下，國內(nèi)眾多城市軌道交通項(xiàng)目已越來越多的轉(zhuǎn)向采納雙層車場的創(chuàng)新布局模式，以期在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的土地資源利用率。然而，雙層結(jié)構(gòu)的車場無疑對聯(lián)鎖系統(tǒng)信號設(shè)備的平面布置提出了新的挑戰(zhàn)。本文以廣州地鐵某一具體車場建設(shè)工程為案例，深入剖析在雙層車場環(huán)境下信號設(shè)備平面布置過程中遭遇的關(guān)鍵問題及其應(yīng)對策略。

1 調(diào)車延續(xù)進(jìn)路

雙層車場內(nèi)部連接上下兩層的橋梁因其陡峭坡度，會導(dǎo)致行駛車輛制動距離顯著增加[2]。若沿用常規(guī)聯(lián)鎖設(shè)計(jì)理念進(jìn)行此類特殊場景的信號系統(tǒng)規(guī)劃，恐將埋下安全隱患。參照《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（建標(biāo)104-2008）第八章第75條第8款之規(guī)定：“信號系統(tǒng)應(yīng)確保車輛段內(nèi)調(diào)車作業(yè)以及列車進(jìn)出車輛段的安全運(yùn)行，并與正線列車運(yùn)行密度保持協(xié)調(diào)?！边@一條款明確了車場在確保行車調(diào)度安全性的前提下，還須充分考慮其出入車場的效率。而《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB-50517-2013）中規(guī)定“列車在段內(nèi)宜按調(diào)車進(jìn)路控制，聯(lián)鎖設(shè)備可根據(jù)段內(nèi)運(yùn)營作業(yè)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖條件檢查”[3]，可見對于對于國鐵中設(shè)置延續(xù)進(jìn)路的條件，不能盲目按照6‰設(shè)置照搬，需要領(lǐng)會其“故障-安全”的理念，靈活運(yùn)用與地鐵場段聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。

如下圖一所示，為廣州某在建線路的停車場站場布置示意圖。該車場分上下兩層，各8股道，一層至二層采用一座33‰坡度的鐵路橋連接，信號機(jī)S8～S15為停車列檢庫一層的發(fā)車信號機(jī)，信號機(jī)S16～S23為停車場二層的發(fā)車信號機(jī)。Xc、Xr和Sc、Sr為入場和出場信號機(jī)，中間設(shè)置Xc1～Xc3和Xr1～Xr3為接車方向的進(jìn)路分割信號機(jī)，Sc1～Sc3和Sr1～Sr3為發(fā)車方向的進(jìn)路分割信號機(jī)。在聯(lián)鎖系統(tǒng)中，進(jìn)路分割信號機(jī)用來分割較長的運(yùn)行交路以達(dá)到快速解鎖占用區(qū)段的目的，這樣就可以更快排列下一趟列車的進(jìn)路，提高列車的運(yùn)行效率。根據(jù)這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)之初首先在接、發(fā)車進(jìn)路中能夠停車的位置處，均設(shè)置了分割信號機(jī)，再根據(jù)現(xiàn)場條件逐一核實(shí)其實(shí)施可行性。

首先， 針對車場二層鐵路橋33‰長大坡道的安全性考慮，從聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)角度考慮可以借鑒“延續(xù)進(jìn)路”的理念。根據(jù)國鐵信號專業(yè)的具體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，對下坡道超過6‰的車站，對接車進(jìn)路的配置提出了更為嚴(yán)格的要求，即必須增設(shè)延續(xù)進(jìn)路。這種進(jìn)路設(shè)計(jì)是對常規(guī)接車進(jìn)路的延伸，它沿著下坡方向繼續(xù)向前直至到達(dá)一個(gè)具備足夠安全保障的位置，例如另一咽喉區(qū)的安全線、牽出線終端、專用線入口處的進(jìn)站信號機(jī)或站界標(biāo)志等。設(shè)置延續(xù)進(jìn)路旨在確保即使在最高速度下列車制動完全失效，也能夠在延續(xù)進(jìn)路的全長范圍內(nèi)安全停止；同時(shí)，通過設(shè)立延續(xù)進(jìn)路，預(yù)防列車在制動故障或制動效能不足的狀態(tài)下，誤入相鄰線路、咽喉區(qū)或其他高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，這些嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)定旨在應(yīng)對高下坡道車站接車過程中可能出現(xiàn)的特殊風(fēng)險(xiǎn)，通過科學(xué)布置安全設(shè)施、嚴(yán)格把控行車組織，最大限度地減少列車因制動問題引發(fā)的失控風(fēng)險(xiǎn)，有力保障車站及周邊線路的安全運(yùn)營，維護(hù)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的整體安全性與穩(wěn)定性。

根據(jù)延續(xù)進(jìn)路的安全理念，Sc2和Sr2前停車的列車，前方是33‰的長大坡道，需要對以Sc2和Sr2為終點(diǎn)的進(jìn)路進(jìn)行“延續(xù)”，將進(jìn)路終端向前延伸至下一個(gè)同方向信號機(jī)處。因此，如果想要保留Sc2和Sr2必須在繪制聯(lián)鎖表時(shí)確保其延續(xù)進(jìn)路也同時(shí)不被占用。因此，在這一安全理念下，是否設(shè)置Sc2和Sr2占用的線路資源是一致的。

2 長大坡道停車

如果需要保留鐵路橋前設(shè)置的兩個(gè)出場方向的信號機(jī)Sc1、Sr1和Xr2、Xc2，就會出現(xiàn)需要在鐵路橋長大坡道停車的問題。長大坡道上停放列車時(shí)，由于重力作用可能導(dǎo)致列車在無制動狀態(tài)下自行下滑，存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，針對長大坡道上的列車停車有嚴(yán)格的規(guī)定和操作規(guī)程，以確保列車安全穩(wěn)定。

現(xiàn)代地鐵列車常配備電子防溜系統(tǒng)，如停放制動或保持制動，地鐵列車在長大坡道停車時(shí)駕駛員應(yīng)確保該系統(tǒng)已正確啟用。列車停穩(wěn)后，駕駛員應(yīng)按規(guī)定啟動列車的手制動系統(tǒng)，確保其處于有效制動狀態(tài)。在必要時(shí)，特別是在坡度較大或地面濕滑等特殊條件下，還可能使用鐵鞋（或止輪器）作為輔助防溜措施，增加列車停放的穩(wěn)定性。對于電動列車，應(yīng)利用再生制動系統(tǒng)保持一定的制動力，防止列車因重力下滑。同時(shí)，要注意監(jiān)控接觸網(wǎng)電壓，防止再生制動導(dǎo)致電壓過高。若列車在坡道上出現(xiàn)意外移動跡象，駕駛員應(yīng)立即啟動緊急制動，并通知調(diào)度中心。根據(jù)實(shí)際情況，可能需要請求救援。再啟動時(shí)，駕駛員需要精確控制牽引力和制動力的配合，防止因牽引力過大導(dǎo)致列車突然加速，或者因制動力過大引起乘客不適。在坡道上啟動時(shí)，對駕駛員的操作技能和心理素質(zhì)要求較高。

因此，建議在此種情況下取消分割信號機(jī)Sc1、Sr1和Xr2、Xc2，避免列車在鐵路橋上停車，消除安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患。

根據(jù)以上分析，綜合考慮后，確定在二層發(fā)車方向上取消信號機(jī)Sc2、Sr2、Xr2、Xc2和Sc1、Sr1，聯(lián)鎖系統(tǒng)室外布置示意圖如下圖二所示。

3 列車接發(fā)車能力分析

場段內(nèi)列車接發(fā)車能力的定量或定性評價(jià)，是為場段運(yùn)營優(yōu)化、設(shè)備升級、作業(yè)流程改進(jìn)及聯(lián)鎖系統(tǒng)布置等提供數(shù)據(jù)支持和決策的重要依據(jù)。

接車方向上，當(dāng)列車在Xr/Xc信號機(jī)前完成駕駛模式轉(zhuǎn)換后，越過Xr/Xc信號機(jī)駛?cè)胲噲鰞?nèi)向前行駛，當(dāng)列車越過Xc1/Xr1信號機(jī)后即可進(jìn)行下一趟接車作業(yè)。因此只需計(jì)算列車從Xr/Xc信號機(jī)到越過Xc1/Xr1解鎖相應(yīng)區(qū)段的時(shí)間就是列車的接車能力。

根據(jù)現(xiàn)場條件，以信號樓為坐標(biāo)原點(diǎn)可以計(jì)算出Xr/Xc信號機(jī)的坐標(biāo)值為932，Xc1/Xr1信號機(jī)的坐標(biāo)值為774。列車從段內(nèi)運(yùn)行的最大速度按照25km/h考慮，列車從轉(zhuǎn)換軌上停車切換駕駛模式的登記和啟動時(shí)間約為13s，列車車長為118m，列車常用制動率為0.8m/s?，列車速度從0→25km/h（6.94m/s?）的平均加速度為0.87m/s?，進(jìn)路辦理時(shí)間及道岔轉(zhuǎn)換時(shí)間為10s，列車反應(yīng)時(shí)間為2s。因此，利用速度公式推出：

t=（Vt-V0）/a? ? ? ? （1）

其中：t表示時(shí)間（s），Vt表示末速度，V0表示初速度；a表示加/減速度。

由此可以計(jì)算出列車速度從0→25km/h用時(shí)約8s，走行距離可用以下公式計(jì)算得出：

S=V0t+（at?）/2? ? ? ? （2）

其中：t表示時(shí)間（s），V0表示初速度；a表示加/減速度。

計(jì)算得出列車速度從0→25km/h是走形的距離約為27.85m。因此列車經(jīng)過加速后勻速行駛的接車距離（以Xc和Xc1為例）約為（Xc-Xc1+車長-27.85）得251米，此段距離列車走行的時(shí)間為37s。因此，列車越過Xc1并出清的總時(shí)間為45s。

另外當(dāng)列車越過Xc/Xr信號機(jī)并出清后，下一趟車即可到達(dá)轉(zhuǎn)換軌指定位置，進(jìn)行列車駕駛模式切換，等到辦理接車進(jìn)路了。即列車走行118m后即可，通過計(jì)算出清時(shí)間約為21s。因此，列車的接車作業(yè)橫道圖如圖3所示。

理論計(jì)算得出列車入場的接車能力能達(dá)到57s，滿足與正線接車能力相適應(yīng)的要求。

同理可計(jì)算列車出場的發(fā)車能力，但因一層和二層發(fā)車作業(yè)行駛的距離不同，將逐一對其進(jìn)行分析。

對于停車場一層的列車，列車從車庫發(fā)車越過進(jìn)路分割信號機(jī)Sc3/Sr3后，即可辦理下一趟發(fā)車進(jìn)路。但因Sc3/Sr3距離出場信號機(jī)Sc/Sr的距離較遠(yuǎn)，是否等待出場需要進(jìn)行具體的計(jì)算。

由圖4結(jié)果可以看出，列車從Sc3/Sr3繼續(xù)行駛出清Sc/Sr的時(shí)間是66s，小于列車從辦理發(fā)車進(jìn)路開始到出清Sc3/Sr3的時(shí)間，因此，一層列車的發(fā)車間隔為76s，同樣滿足與正線發(fā)車能力相適應(yīng)的要求。

對于停車場二層的列車，因中途沒有進(jìn)路分割信號機(jī)，則列車需要出清Sc/Sr信號機(jī)才能辦理下一趟車的發(fā)車作業(yè)，具體的分析計(jì)算見下表所示。

由圖5結(jié)果可以看出，從二層發(fā)車的發(fā)車間隔為124s，無法與正線的行車間隔109s相適應(yīng)。

如果將一層列車和二層列車的發(fā)車作業(yè)交替進(jìn)行，如圖6所示，列車的最大發(fā)車間隔因?yàn)槭滋塑嚢l(fā)車時(shí)的間隔，為103s，此后發(fā)車間隔將因首層列車至分割信號機(jī)Sc3/Sr3不受二層列車至信號機(jī)Sc/Sr，可以同時(shí)進(jìn)行而遞減。因此，間隔發(fā)車的能力滿足與正線行車間隔相匹配的要求。

4 結(jié)論

本研究以城市軌道交通雙層場段這一獨(dú)特構(gòu)造為研究背景，緊密貼合聯(lián)鎖系統(tǒng)信號平面設(shè)計(jì)的根本法則，對列車進(jìn)出雙層場段的運(yùn)能特性進(jìn)行了深入細(xì)致的探討。成果表明在雙層場段聯(lián)鎖系統(tǒng)的室外設(shè)備布置設(shè)計(jì)時(shí)不僅需要考慮調(diào)車延續(xù)進(jìn)路的設(shè)計(jì)和長大坡道停車的風(fēng)險(xiǎn)，更應(yīng)注意列車出入場能力對信號機(jī)布置的影響。研究的成果不僅對雙層停車場的信號平面布置提供了理論指導(dǎo)，而且對國內(nèi)雙層停車場的聯(lián)鎖系統(tǒng)室外設(shè)備布置具有直接的實(shí)踐價(jià)值，對我國城市軌道交通雙層停車場的建設(shè)和運(yùn)營具有重要的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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