新型復式交分道岔在CBTC車輛段的應用與研究

劉樂霞，薛 強，朱劍峰，馬 崢

隨著城市軌道交通的快速發展，在很多城市的公共交通中，城軌交通已成為骨干交通網絡，發揮著越來越重要的作用［1］。面對城市軌道交通建設及運營里程的快速增長，城市軌道交通用地形勢日趨緊張，尤其是建設在地面上的車輛段或停車場。因此，為縮小站場占用面積，采用更加集約化和多功能于一體的軌道設備勢在必行。

眾所周知，軌道復式交分道岔是縮短咽喉區長度、減少占地面積、節約金屬材料、提高調車作業效率的重要設備［2?4］。雖然復式交分道岔的長度略長于單開道岔，但其功能卻相當于2 組對向單開道岔，加之開向多，特別是在停車場或車輛段的咽喉區設置，可明顯提高站場內列車和調車的作業效率，因此在城市軌道交通地面場段應用中具有較大優勢。

目前，在國家鐵路編組場中，復式交分道岔應用較多［5］，但在城市軌道交通，特別是基于通信的列車控制（Communication Based Train Con?trol，CBTC）制式的場段中應用較少，主要原因是結構復雜、邏輯處理困難，缺少實際參考的應用經驗。為此，在保證運營安全、高效的前提下，本文主要對復式交分道岔在城市軌道交通CBTC制式下的應用進行重點研究。

1 傳統復式交分道岔設計形式

傳統復式交分道岔可實現4 個方向的進路開通［6］，如圖1（a）中的A→B、A→D、C→B、C→D，并可代替4 組單開道岔使用。圖1（a）中4 根岔尖軌用1 臺轉轍機拉動，2 根活動心軌用另一臺轉轍機拉動，即1 組交分道岔需設置4 組轉轍機，分別用4、6、8、10 編號。以活動心軌式轍叉來代替固定式轍叉是為了保證安全和減少磨耗，1 組復式交分道岔的作用相當于2 組對向鋪設的單開道岔。為更加清楚地了解復式交分道岔，現排列4 種不同進路，具體尖軌的運動方向見表1。當2 組復式交分道岔連續鋪設時，還會構成如圖1（b）所示的4組道岔。

表1 進路開通方向和尖軌運動方向關系

圖1 傳統復式交分道岔結構

由表1 可知：排列A→D 和C→B 區間進路時，不經過活動心軌4和10，它們的位置狀態（定位還是反位）與A→D 和C→B 進路無關，只有在排列A→B 和C→D 進路時，才要求4 和10 活動心軌處于相應的位置。如此一來，只要把牽引活動心軌的轉轍機設計成隨著牽引尖軌的轉轍機聯動即可。為方便表示，目前推薦4 隨6，10 隨8 轉換［7］，原因是這種方式比較統一，且容易表達。

由于決定開通B 和D 方向的是6 號尖軌，4 號是跟隨動作，故形成2/4/6 三聯動（室內由1 套雙動道岔控制電路來控制室外的3 臺轉轍機，排列進路時符合定位時全定位，符合反位時全反位），表示為2/6；10 號可隨8 號動作，稱為假雙動（室內用1 套單動道岔控制電路來控制室外的2 臺轉轍機），表示為8/（10）。

基于以上傳統復式交分道岔的結構原理，下文將結合臺州市域鐵路S1 線項目中復式交分道岔的設置，提出一種新型復式交分道岔在CBTC 車場的應用場景，并對其展開研究。

2 新型復式交分道岔的應用場景

臺州市域鐵路S1線一期工程起自臺州中心站，終至城南站，正線全長52.396 km，共設車站15座（其中地下站7 座，高架站8 座），全線設城南車輛段1 處，內設維修中心及培訓中心，全線初期4 輛編組，遠期6輛編組。其中城南車輛段為CBTC 車場，其全自動控制區域（CBTC車輛段區域）納入ATS子系統的監控范圍。

城南車輛段道岔咽喉區由于受站場土建條件的限制，為滿足運營作業需求，在與出入段相銜接的CBTC 道岔咽喉區設計了復式交分道岔，詳見圖2。圖2 中，由W0301S/M、W0304S/M、W0302、 W0303 和 W0101S/M、 W0104S/M、W0102、W0103 分別組成2 組常規的復式交分道岔，并與交叉渡線相結合。該復式交分道岔是由定型圖《92 改進型50 kg/m 鋼軌9 號5.0 m 間距交叉渡線》［8］（CZ2210）和《50 kg/m 鋼軌9 號復式交分道岔》［9］（CZ2214）組合而成。與傳統復式交分道岔不同之處在于：設計結合常規的復式交分道岔與交叉渡線。

圖2 城南車輛段復式交分道岔平面示意

由于該復式交分道岔設置在CBTC 區域咽喉處，無法使用現有的復式交分道岔處理邏輯，且界面顯示存在一定的難度，故需要結合項目需求、道岔原理、道岔邏輯、列車控制方式、項目維護等因素，提出新型復式交分道岔的邏輯化處理方式，以便滿足信號邏輯處理的要求。

3 新型復式交分道岔控制原理

如圖2所示，基于傳統復式交分道岔的原理，結合進路開通方向和尖軌動作方向，可以看出第1組由W0301S/M、W0304S/M、W0302、W0303 組成的復式交分道岔排列A→E 和B→F 進路時，不經過W0302 和W0303，即W0302 和W0303 無論在定位還是反位，都與這2 條進路無關，只有在排列A→F 和B→E 進路時，才要求W0302 和W0303 處于相應的位置。

由此可見，新型復式交分道岔W0301S/M、W0302、W0303、W0304S/M 相當于圖1（a）中的6、4、10、8，可采用推薦組合方式，即W0302隨W0301S/M，W0303 隨W0304S/M 聯動；另外一組W0101S/M、W0104S/M、W0102、W0103的動作原理相同， 即W0102 隨W0101S/M，W0103 隨W0104S/M 聯動。其中W0101 與W02 構成雙動道岔，W0301 與W04 構成雙動道岔。其中W 表示道岔點，（W0101）表示道岔點W0101 位于反位，W0101 表示道岔點W0101 位于定位。則A-F、A-E、B-F、B-E、D-E、D-F、C-E、C-F的進路防護道岔表示如下。

1）A-F 進路經過（W0301S/M）、（W0302）、（W0303）、（W0304S/M）、（W04），對應進路的防護道岔為：（W0301/W0302）、（W0303/W0304）、（W04）。

2） A-E 進路經過轉轍機W0301、W0304、W02，與活動心軌無關，對應進路的防護道岔為：W0301/W0302、（W0303/W0304）、W02。

3）B-F 進路經過轉轍機（W0301）、W0304、（W04），對應進路的防護道岔為：（W0301/W0302）、W0303/W0304、（W04）。

4）B-E進路經過轉轍機W0301S/M、W0302、W0303、W0304S/M、W02，對應進路的防護道岔為：W0301/W0302、W0303/W0304、W02。

5）D-E 進路經過（W0101S/M）、（W0102）、（W0103）、（W0104S/M）、（W02），對應進路的防護道岔為：（W0101/W0102）、（W0103/W0104）、（W02）。

6） D-F 進路經過轉轍機W0101、W0104、W04，與活動心軌無關，對應進路的防護道岔為：W0101/W0102、（W0103/W0104）、W04。

7）C-E 進路經過轉轍機（W0101）、W0104、（W02），對應進路的防護道岔為：（W0101/W0102）、W0103/W0104、（W02）。

8）C-F進路經過轉轍機W0101S/M、W0102、W0103、W0104S/M、W04，對應進路的防護道岔為：W0101/W0102、W0103/W0104、W04。

4 新型復式交分道岔邏輯處理

結合新型復式交分道岔的控制原理，目前臺州市域鐵路S1 項目在工程設計方面采用的方案為：道岔W0301S/W0301M 和W0304S/W0304M 均采用1 臺轉轍機，雙動作桿方式，即1 組復式交分道岔可以劃分為W0301/W0302、W0303/W0304 2 組道岔。

1）W0301/W0302 和單動W04 組成1 組雙動，表示為W0301（W0302）/W04，室內用1 套雙動道岔控制電路來控制室外的3臺轉轍機。

2） 另外一組復式交分道岔為W0101（W0102）/W02，控制電路及轉轍機設置同W0301（W0302）/W04。

3）組成的雙動道岔W0301（W0302）/W04和W0101（W0102）/W02，滿足排列進路時符合定位時全定位，反位時全反位的要求。

從控制分析角度出發，該新型復式交分道岔可以拆分成以下4 組道岔：SW0304、SW0301_04、SW0101_02、 SW0104， 其中道岔SW0304 和SW0104 為單動道岔，SW0301_04 和SW0101_02為雙動道岔。

在控制分析和邏輯簡化的基礎上，結合轉轍機組合的設計，并參考《TJ.DW-2016 車站計算機聯鎖操作顯示技術規范》（鐵總運〔2016〕147 號）“為防止相鄰2 個道岔的單鎖標識重疊，復式交分道岔宜拉開顯示”的要求［10］，將城南車輛段CBTC區域的復式交分道岔簡化為圖3形式。

圖3 簡化后的新型復式交分道岔

簡化后的聯鎖邏輯處理參考常規道岔，W0101與W02、W0301 與W04 分別構成雙動道岔，同時2 組雙動道岔構成復式交分道岔，在聯鎖邏輯中進行互查；而W0304、W0104 按照單動道岔處理，具體邏輯處理方式見表2。

表2 新型復式交分道岔的邏輯處理

5 新型復式交分道岔列車控制方式

在移動閉塞情況下，列車的運行是根據ATP/ATO 系統周期性地發送列車位置信息來計算的。在降級模式（CBTC故障等）下，列車移動距離根據計軸占用狀態、道岔位置和進路狀態來計算。正常情況下，系統應能檢測列車占用、行進、反向行駛和出清等基本的移動類型。當計軸故障或車站系統故障時，可采取切除跟蹤顯示，以保證列車的正常跟蹤。

ATO 輔助ATP 工作，接收來自ATP 的信息，包括ATP 速度指令、列車實際速度和列車走行距離等。而列車的走行距離是基于列車的定位控制信息。該處列車實際走行的距離需要與車場土建的實際距離、中心界面上顯示的走行距離保持一致。當列車運行至復式交分道岔處，為避免在道岔區域范圍內丟失定位，需要對道岔距離進行簡化，以保證列車定位的準確性。為此在列車運行控制中，針對新型復式交分道岔叉尖的設置進行優化，具體如下。

1）分別將道岔點W0301、W0304、W0101、W0104 的坐標，采用新型復式交分道岔簡化前W0304M 或 W0304S、 W0301M 或 W0301S、W0104M 或W0104S、W0101M 或W0101S 的岔尖所在坐標。

2） 從W04 岔尖到W0301 岔尖的軌道長度（D_W04_W0301），采用新型復式交分道岔簡化前W04 岔尖到W0304M 岔尖的軌道長度作為設計長度。

3） 從W02 岔尖到W0101 岔尖的軌道長度（D_W0101_W02），采用新型復式交分道岔簡化前W02岔尖到W0104M岔尖的軌道長度作為設計長度。

即：

D_W04_W0304=MAX （D_W04_W0301M， D_W04_W0301S，D_W04_W0303，D_W04_W0302，D_W04_W030 4M，D_W04_W0304S）

D_W04_W0301=D_W04_W0304M

D_W02_W0104=MAX （D_W02_W0101M， D_W02_W0101S，D_W02_W0103，D_W02_W0102，D_W02_W010 4M，D_W02_W0104S）

D_W02_W0101=D_W02_W0104M

其中：D_W04_W0304 表示道岔W04 岔尖到道岔W0304岔尖的距離，其他類似。

簡化后的新型復式交分道岔的操作及顯示界面更清晰、簡潔，既成功解決了新型復式交分道岔存在的邏輯復雜和道岔控制復雜的問題，又降低了數據配置的風險性。當然對于系統設計，還需要根據具體道岔的結構屬性及參數，確定不能布置信標的道岔范圍，避免在復式交分道岔區域范圍內列車丟失定位，出現ATP 無法自動檢測列車實際運行位置的情況。

6 結束語

在城市軌道交通項目中，隨著城市的發展，城市土地資源稀缺，后續會有越來越多的CBTC 車場會應用到類似城南車輛段CBTC 區域的新型復式交分道岔，即使是在土建限制的情況下，也可以采用復式交分道岔，以滿足作業效率的要求。本文從臺州市域鐵路S1 線工程應用的經驗出發，在滿足聯鎖子系統的邏輯要求和信號設計原則的前提下，提出了一種CBTC 區域內復式交分道岔和交叉渡線相結合的處理方式，實現了CBTC 系統對復示交分道岔進行簡化管理的目標，保障了運營作業效率，并為其他采用類似新型復式交分道岔的項目提供參考和借鑒。