城際鐵路信號系統與防淹門系統接口設計研究

吳　茜,程　梁

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京　100055)

防淹門是防止外部洪水涌入地下車站與區間隧道的密閉設施[1]。防淹門系統作為地鐵的防災設備，主要應用在水系復雜、常年蓄水或地處海域海島的地區，如地處珠江三角洲的廣州、長江三角洲的上海、海島的香港。《城際鐵路設計規范》(TB 10623—2014)明確提出，城際鐵路下穿河流和湖泊等水域的隧道出現損壞水體可能危及兩端其他區段安全時，應在隧道下穿水域的兩端設置防淹門或采取其他防水淹措施[2]；《地鐵設計規范》提出，在靠近隧道洞口或臨近江河岸邊的地下車站，應設防淹門，目的是萬一發生水淹時，可以采取緊急隔斷措施[3]。

地鐵隧道防淹門主要用于隧道意外進水時隧道及車站的人員及設備的保護，故地鐵隧道防淹門的操作方式主要以自動控制為主，手動控制為輔[4](此時防淹門多與人防門結合設計)。自動控制又分為“信號參與聯動”與“信號不參與聯動”兩種控制方式。目前運營的地鐵系統(如廣州地鐵1號線、2號線)一般采取“信號參與聯動”的方式，即當水域出現泄漏且不可控時，信號系統通過與防淹門系統實施聯動控制[5]，系統將防淹門狀態作為信號聯鎖檢查和區間排列發車進路的條件，由此保障針對防淹門的操作不影響行車安全。

目前，地鐵信號系統一般采用CBTC系統，通過車-地通信構成無線雙向的閉環控制，以無線方式完成移動授權，運營上以提高效率為主要目的[6-8]；城際鐵路信號系統一般采用CTCS-2或CTCS-2+ATO列控系統[9]，通過車對地構成單向的開環控制，以軌道電路+應答器方式完成移動授權，運營上兼顧了城市軌道交通和國鐵客運專線的特點?？紤]城際鐵路與地鐵在信號系統和運營模式等方面存在一定差異，地鐵系統中關于防淹門的操控方式并不完全適用于城際軌道交通系統，需針對性地設計接口電路模式。

1　城際鐵路信號系統與防淹門系統接口控制模式

信號系統與防淹門系統的接口控制可考慮兩種模式，即“信號參與防淹門關閉控制模式”和“信號不參與防淹門關閉控制模式”。

1.1　信號參與防淹門關閉控制模式分析

1.1.1接口設計原則

(1)信號系統不對防淹門的開、關進行控制，信號系統僅決定災害情況下防淹門的關閉時機。

(2)防淹門不處于開啟狀態時，信號系統應對區間向防淹門方向運行的列車進行防護，同時不再允許向防淹門所在區間排列發車進路。

(3)防淹門接近區段無車，或有車但已采取制動措施停下且未冒進，同時防淹門防護區域內無車，上述經人工確認后，才允許關閉防淹門。

1.1.2接口信息

(1)信號系統向防淹門系統傳遞的信息

①防淹門同意關閉信息(安全信息)；

②區間列車位置信息。

(2)防淹門系統向信號系統傳遞的信息

①防淹門狀態信息，分為完全開啟/完全關閉/故障狀態(安全信息)；

②防淹門請求關閉信息(安全信息)。

1.1.3控制過程分析

防淹門系統與信號系統的接口主要存在兩種實現方式。

一是僅僅通過列控中心系統(TCC)實現。當防淹門系統判斷水域出現泄漏至不可控時，防淹門系統向信號系統發送防淹門請求關閉信息，TCC系統通過安全繼電接口獲知。此后，TCC系統將控制防淹門所在的相關區段軌道電路發送“H”碼，防護使已在區間行駛的列車不得越過防淹門；在列車停下且并未冒進防淹門時，由調度指揮列車退回上一車站；對于已在防淹門防護區域運行的列車，應結合災害發生的位置及列車的實際位置，同樣由調度人工干預，指導列車到達下一車站或退回至上一車站。

二是TCC系統與聯鎖系統(CI)同時與防淹門系統存在接口關系。當CI系統介入時，可考慮在防淹門系統的兩端設置防護信號機。具體可考慮在防淹門前方適當位置設置遮斷信號機作為防護信號機；如防淹門鄰近車站，或利用鄰近車站對應的出站信號機進行防護。防護信號機常態滅燈，當防淹門不處于“完全開啟”狀態時，防護信號機亮紅燈。TCC系統對于相關軌道區段做“H”碼防護。這種方式實現起來較為復雜，但相對更為可靠。因災害情況下，可能出現軌道電路紅光帶甚至故障，列車也可能轉為人工模式控車；此時，考慮到未在ATP模式下運營的車輛及未裝備ATP的非運營車輛，設置防護信號機保障安全，是相對必要的。

兩種方式下防淹門系統與信號系統的接口關系如圖1所示。防淹門系統側提供給信號聯鎖系統“防淹門狀態”信息和“請求關門”信息，信號聯鎖系統向防淹門系統提供“允許關門”信息[10-11]。

圖1　防淹門系統與信號系統的接口關系示意

1.1.4接口詳細說明

信號系統與防淹門系統的接口位置位于防淹門系統的控制柜配線架的出線端(位于防淹門設備室內)，配線架以外電纜由信號系統實施。接口界面示意如圖2所示。

圖2　信號系統與防淹門系統接口界面示意

信號系統與防淹門系統接口電路通過安全繼電器實現，電路通過硬線相互連接[12]，每個信號均由獨立的雙切觸點組成。接口電路設計為“故障-安全”電路，具體要求如下。

(1)防淹門狀態：由防淹門系統提供FYJ繼電器，防淹門開啟時，FYJ吸起；落下或故障時，FYJ落下，如圖3所示。

圖3　信號系統與防淹門系統聯系局部電路

(2)請求關閉信息：由防淹門系統提供兩組常閉接點，當請求關閉防淹門時，接點斷開。

(3)同意關閉信息：由信號系統接口電路提供兩組常開接點，當信號系統同意關閉防淹門時，接點閉合。

1.1.5運營場景分析

在防淹門系統請求“關閉防淹門”時，信號系統需根據不同的情況作出判斷。

(1)如果沒有列車在防淹門防護區段及防淹門接近區段，信號系統發送“允許關閉防淹門”信息；同時，已在防淹門涉及區間中運行但未駛入防淹門封閉/接近區段的列車，在由行車調度人員指揮后，駛往臨近安全的車站。

(2)如果此時已有列車進入防淹門防護區段，行車調度人員根據列車的實際位置，指揮列車前進或后退，出清防淹門防護區段，并人工確認，信號系統才可向防淹門系統發送“允許關閉防淹門”信息。

(3)如果此時有列車進入防淹門接近區段，由于此時TCC系統已向相關區段發“H”碼，其他區段碼序遞推，列車處于減速停車階段，經過一定時間t秒(需結合具體車輛參數計算)之后，如果此時列車沒有越過防淹門并在防淹門前停下，經人工確認，信號系統可向防淹門系統發送“允許關閉防淹門”信息；如果列車剎車后列車仍然越過防淹門，處理方式同(2)。

針對上述的3種情況，信號CI系統均需同時關閉往防淹門所在區間的發車進路。

1.2　信號不參與防淹門關閉控制模式分析

此模式中，信號系統采取“不參與防淹門關閉控制”的邏輯。即信號系統不對防淹門的開、關進行控制，也不決定災害情況下防淹門的關閉時機。如防淹門系統需要，可設置信號CTC行車復示終端，供防淹門值班員參考行車情況，防淹門系統值班員可結合監視終端顯示的列車位置，自行決定防淹門關閉時機。

防淹門關閉后，信號系統應對區間向防淹門方向運行的列車進行防護，同時不允許向防淹門所在區間排列發車進路。對于已在區間行駛的列車，采用人工調度方式指揮列車駛往臨近車站。

此模式下，防淹門系統向信號系統傳遞防淹門狀態信息，信號系統不向防淹門系統傳遞任何信息。

2　各種模式特點比較

若采用信號參與防淹門關閉的控制模式，接口方式相對復雜。這種方式借鑒了城市軌道交通地鐵系統中的處理方式，但又與地鐵系統不盡相同。目前地鐵系統一般采用CBTC信號系統，車地通信信息量較大，控制精度較高[13]，同時，列車運行速度也相對較低，易于進行與防淹門系統的接口控制。而在城際軌道交通系統中，CTCS-2或CTCS2+ATO為開環控制系統，系統對于列車的定位只能依賴于軌道電路，而不能像地鐵系統中能精確于某一點。這就造成了災害情況下當防淹門需要關閉時，對于處于防淹門接近區段列車的具體位置和速度，信號系統不易確定，需要人工介入判斷，從而增加了系統的復雜性。另一方面，采用此方式需修改TCC系統軟件[14]和CI系統軟件，TCC和CI系統之間信息交互的時延也需要考慮。

若采用信號不參與防淹門關閉的控制模式，僅依靠人工控制防淹門關閉，接口簡單，但存在一定風險。這種方式需結合運營組織作業情況，制定詳細的防淹門關閉控制管理辦法，以確保行車安全。該模式目前已在珠三角開通運營的東莞至惠州城際鐵路(采用CTCS2+ATO系統)成功應用。莞惠城際鐵路在下穿東江水域時設置了防淹門，信號只參與防淹門關閉后的防護，不參與關閉前的控制，而是通過其他系統(BAS)對防淹門系統進行持續監控，對防淹門操作按鈕采取了防誤動舉措，以此保障安全。

3　結語

《城際鐵路設計規范》[2]與《城際鐵路CTCS2+ATO列控系統暫行總體技術方案》(鐵總科技[2013]79號)[15]均指出防淹門關閉時，信號系統需進行防護，但未明確信號系統是否需介入防淹門系統的控制。本文提出了兩種適用于城際鐵路的信號系統與防淹門系統的接口設計模式，兩種模式均能夠滿足城際軌道交通信號系統和防淹門系統之間接口控制的要求。在實際工程中，應結合實際工程情況，綜合考慮防淹門設置的位置、防淹門的結構、操控方式、運營安全設計和與信號的接口連接關系等因素，盡可能地優化兩個系統間的接口設計，提高災害下的運營及疏散效率，保障車站、列車和旅客的安全。

參考文獻：

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