套軌鐵路信號設計中若干關鍵技術問題的探討

周 赟 楊啟武 趙東鋒 邢明照 黃 晶

(1. 中鐵上海設計院集團有限公司， 上海 200070；2. 中國港灣工程有限責任公司， 北京 100027)

為推進我國標準軌鐵路與“一帶一路”沿線國家鐵路的接軌，研究套軌鐵路成套技術勢在必行。目前，國內尚無完整配套套軌鐵路的信號定型設備和相關標準設計資料。將套軌鐵路道岔納入聯鎖中控制，首先要解決道岔的集中控制與檢測；其次要考慮列車輪對的軌道占用檢查技術；再者，為保證列車的安全運行，還需考慮車地信息傳輸，即涉及到站內電碼化的問題。針對套軌鐵路的不同形式(三軌、四軌)，信號系統需要進行專項研究設計。本文根據套軌鐵路的特點，對其中若干關鍵技術進行研究探討。

1 套軌的信號系統

傳統的鐵路信號系統是由各類信號、軌道電路、道岔轉轍裝置等主體設備及有關附屬設施構成的一個完整的“信號、聯鎖、閉塞”體系。套軌鐵路信號系統國內外現狀不一，有采用信號集中聯鎖控制方式的，也有采用人工扳道、人工指揮列車運行方式的。

鄭新鐵路新鄭至馬寨段采用50 kg/m 鋼軌，1 435 mm標準軌距和762 mm窄軌距2種軌距形式，將2 種線路相互嵌套，共用軌枕和路基形成套軌(三軌)線路，車站采用計算機聯鎖集中控制全站信號設備，站間采用計軸站間閉塞。

中俄邊境滿洲里站站內有部分寬軌與準軌嵌套，形成四軌和三軌方式套軌線路，套軌區段不設置信號集中聯鎖裝置，由扳道員人工扳動道岔，依靠扳道員、司機人工確認道岔位置，保證行車安全。

越南河內—老街、河內—同登 、河內—Quan Trieu等線路采用米軌與標準軌混合，其信號設備由調度監督及信號集中監測，自動站間閉塞、中國6502 電氣集中聯鎖集中控制全站信號設備。

2 聯鎖方案選擇

雖然套軌鐵路在同一線路不同軌距上運行不同類型的列車，但是在時間上仍然是有間隔的，即同一時段在同一進路上只能運行一列列車。由此可見，套軌鐵路仍然可以采用與標準軌鐵路一致的聯鎖系統。

為保證列車運行安全，聯鎖系統應完成以下主要功能[1]：

(1)凡與進路有關的道岔應與防護該進路的信號機互相聯鎖。進路上道岔位置不正確，道岔尖軌與基本軌不密貼時，防護該進路的信號機不得開放，信號機開放后，與該進路有關的道岔被鎖閉。

(2)同一路徑范圍內的兩條進路之間應互相照查。已經建立的進路未解鎖或照查條件不符合時，與之有沖突的信號機不得開放，防護進路的信號機開放后，與之有沖突的信號機不得開放。

(3)聯鎖設備應保證車站值班人員對列車、調車進路及信號機開放與關閉的控制。進路的解鎖必須在信號關閉后進行。鎖閉的進路隨著列車或車列的正常運行自動解鎖或通過人工解鎖手續后解鎖。已鎖閉的進路不應受軌道電路的異常故障錯誤解鎖。

3 套軌鐵路道岔控制方案

3.1 國內外套軌道岔轉轍裝置現狀

經調查，河南鄭新鐵路、廣西憑祥套軌鐵路、越南鐵路河內至同登線套軌鐵路、孟加拉帕德瑪大橋鐵路連接線鐵路等的套軌道岔轉轍設備大多數采用 ZD6 系列直流電動轉轍機。鄭新鐵路道岔轉轍裝置如圖1所示。

圖1 新鄭至馬寨套軌鐵路道岔轉轍裝置圖

3.2 套軌道岔布置形式

本文研究項目擬采用12號準軌套米軌三線單開道岔。準軌軌距為 1 435 mm，米軌軌距為 1 000 mm。該道岔分為左共用軌和右共用軌兩種類型。尖軌采用彈性可彎式藏尖式結構，兩點牽引。轍叉為高錳鋼固定轍叉，米軌轍叉為曲線型，準軌轍叉為直線型，兩固定轍叉相連接，右共用軌在直內股上相連，左共用軌在曲外股上相連。右共用軌道岔導曲線中部，因準軌道岔導曲線外軌與米軌道岔直基本軌相交，形成類似于可動心軌的活動部分。套軌公用軌側左開道岔平面如圖2所示。

圖2 套軌公用軌側左開道岔平面示意圖(mm)

3.3 轉轍裝置選擇

根據12號道岔的布置形式，尖軌采用三軌同步聯動模式，轉轍裝置采用GA型道岔桿件，在其窄軌尖軌位置增設連接裝置。尖軌兩個牽引點采用國產ZD6-E/J型電動轉轍機牽引，可動心軌采用ZD6-D型電動轉轍機牽引。每個牽引點設1臺電動轉轍機及內鎖閉道岔安裝裝置。利用ZD6型電動轉轍機提供的鎖閉力將道岔鎖閉在規定位置。道岔轉換與鎖閉應滿足如下條件[2]：

(1)轉換設備應保證道岔的正常轉換、可靠鎖閉和正確表示。

(2)尖軌(心軌)刨切范圍內應與基本軌(翼軌) 密貼，道岔第一牽引點處，尖軌與基本軌間、心軌與翼軌間有4 mm及以上水平間隙時，道岔不應鎖閉及接通道岔表示。

(3)尖軌、心軌密貼段應設置表示桿，并準確表示尖軌或心軌的實際位置，道岔安裝裝置方正。

(4)套軌鐵路接通轉轍機電源后，按切斷原表示電路-解鎖道岔-轉換道岔-鎖閉道岔-接通新表示電路的順序自動完成其功能。

越南河內-同登線三軌道岔安采用ZD6-D型電動轉轍機，尖軌安裝總圖如圖 3所示，心軌安裝總圖如圖 4所示[3]。安裝裝置采用120 mm×80 mm×10 mm鍍鋅不等邊角鋼、GTM型密貼調整桿、GL型連接桿和GA型尖端桿。

圖3 尖軌安裝總圖(mm)

圖4 心軌安裝總圖(mm)

目前，ZD6型轉轍機單機牽引電路普遍采用四線制道岔控制電路，即定反位控制(兼作表示)各一線，表示回線、控制回線各一線。雙機牽引電路采用六線制道岔控制電路，即在上述四線基礎上，增加第二機的定反位動作各一線。道岔控制電路需完成[4]按照操作員的意志動作、在鎖閉狀態不得動作、道岔一經啟動必須轉換到底、因故不能轉換到底應能經操縱后轉回原位、電機故障不應轉換、道岔轉換完畢應自動切斷動作電路和采用防輕車跳動措施等功能。

4 軌道占用檢查裝置

軌道占用檢查可采用軌道電路，也可采用計軸軌道占用檢查裝置[1]。由于軌道電路除能實現鋼軌占用檢查功能外，還方便實現車地信息的傳輸，因此，若線路條件滿足軌道電路要求[5]，應優先考慮軌道占用檢查采用軌道電路方式。當既有線路道床電阻低、軌枕和扣件均不能滿足絕緣要求時，軌道電路漏泄電流較大，不能采用軌道電路作為軌道占用檢查設備，需采用計軸設備作為軌道占用檢查裝置。

4.1 軌道電路方式

套軌線路采用三軌或四軌時，增加了鋼軌作為并聯傳輸通道，鋼軌電阻降低；同時增加了軌底與道床的接觸面積，減小了道床電阻。當采用交流軌道電路時，還需考慮同極性鋼軌間分布電容的增加和渦流的形成。因此，采用軌道電路時，應針對具體線路合理進行軌道連接線及鋼軌絕緣的設置，并應實測其軌道參數，給出特定的軌道電路調整表。

在軌道和道床滿足條件的情況下，套軌采用軌道電路方式，在非電化區段可采用工頻交流軌道電路，在電化區段可采用97型25 Hz 相敏軌道電路(亦可用于非電化區段)。上述兩種設備均為國內成熟的軌道電路產品，25 Hz相敏軌道電路因具有較好的頻率選擇性和相位選擇性，且抗干擾能力較強，在國內普遍應用[6]。因此，當套軌鐵路區段采用軌道電路時，建議采用97型25 Hz相敏軌道電路制式的設備。

(1) 三軌軌道電路

三軌區段共用軌為軌道電路一極性，另外兩條軌利用跳線連通為軌道電路另一極性。由于比準軌條件下的軌道電路多增加了一條軌道，軌道電路的漏泄電阻降低，同時鋼軌間距離縮小，感抗等影響增加。因此，需要結合現場實際，由軌道電路研制單位對軌道電路的各項參數進行相應的調整，并給出特殊調整表，確保軌道電路可靠工作。三軌區段軌道電路示意如圖 5 所示。

圖5 三軌區段軌道電路示意圖

(2) 四軌軌道電路

四軌區段準(寬)軌和米軌同側軌為軌道電路一端極性，并同側軌增設加強跳線連通。四軌區段軌道電路示意如圖6所示。

圖6 四軌區段軌道電路示意圖

套軌線路采用軌道電路制式作為軌道占用檢查設備時，與軌道和道岔的處理難點在道岔區段。需要結合道岔的具體結構，對道岔區段的絕緣和跳線進行詳細設計，盡量縮短“死區段”的長度，保證軌道電路的可靠工作。

4.2 計軸占用檢查裝置

道床電阻不適宜設置軌道電路的區段可采用計軸設備方案[7]。計軸設備安裝在軌道上(或軌道邊)，對軌道電氣特性無特殊要求，其缺點是不能向機車傳遞地面信息。計軸設備應滿足符合故障-安全原則、正確計數并識別列車運行方向、能對折返運行進行正確檢測和具備自診斷功能等條件。

計軸設備由室內計軸主機、傳輸電纜、軌旁車軸檢測器等設備組成。

(1) 三軌計軸設備

對于三軌區段，室外計軸設備(車軸檢測器)設于軌道區段端口處的共用軌側，采集輪軸信息并記錄車列駛入和駛出所監視區段的輪軸數，通過計軸電纜傳送輪軸和鑒別車列走行方向信息至計軸主機，計軸主機輸出軌道區段的占用或空閑信息。三軌計軸設備布置示意如圖7所示。

圖7 三軌計軸設備布置示意圖

(2) 四軌計軸設備

四軌區段室外計軸設備(車軸檢測器)分別設于寬軌與準軌軌道區段端口處(寬軌與準軌端口設于同一坐標位置)，兩套計軸設備分別采集輪軸信息并記錄車列駛入和駛出所監視區段的輪軸數，通過計軸電纜傳送輪軸和鑒別車列走行方向信息至計軸主機，計軸主機通過判定所接收的輪軸信息，輸出軌道區段的占用或空閑信息。四軌計軸設備布置示意如圖8所示。

圖8 四軌計軸設備布置示意圖

5 列車運行控制系統

CTCS-0級中國列車運行控制系統機車上設有機車信號接收裝置和列車運行監控裝置。機車信號接收線圈接收地面的移頻信號后，除將信息在司機室復示地面信號機上顯示外，還可將該信息傳給列車運行監控裝置，實現對列車運行的安全監控，保障列車運行安全。對于能夠實施軌道電路方案的套軌區段，應考慮疊加移頻電碼化設備，以適應裝有CTCS-0級車載設備的機車在該區段運行。

電碼化設備應該在各種載頻情況下滿足以下要求[8]：(1)系統應滿足故障-安全原則；(2)不應降低原有軌道電路基本技術性能；(3)提供的機車信號信息正確；(4)具有良好的防干擾措施；(5)入口電流應滿足機車信號線圈接收要求。

在計軸區段，機車信號設備無法接收地面移頻信號，需考慮其它方式(如無線方式)向機車傳送信息。國內在調車作業中采用的無線調車監控裝置、駝峰無線機車信號等均采用無線方式，但尚未在列車運行中使用。

歐洲鐵路中使用的ETCS列車運行控制系統采用查詢應答器或歐洲環線向車載設備發送地面信息，其列車完整性檢查可由軌道電路設備或計軸設備完成，靈活性較大。

6 結束語

本文針對套軌鐵路的不同形式(三軌、四軌)，對套軌鐵路道岔納入聯鎖控制、列車輪對的軌道占用檢查技術、車地信息傳輸等問題開展了專項研究，得出以下主要結論：

(1)套軌鐵路可采用與標準軌鐵路一致的聯鎖控制設備。

(2)道岔應根據其布置形式研制相應的轉轍設備。

(3)選用軌道電路時，應重點研究鋼軌參數變化對軌道電路特性的影響。

(4)對于不能采用軌道電路的線路，還需研究如何向車載設備傳遞地面信息的方式。