有轨电车道岔控制方案及安装方式研究

王国军，贾利生，韩 晓

(1.铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251;2.天津滨海快速交通发展有限公司，天津 300457

近年来，以汽车为主导的城市交通模式所带来的问题日益严重，能源危机、环境污染、土地紧缺、交通拥堵等问题迫使各城市将大容量的轨道交通作为发展城市公共交通的重点［1］。公共汽车由于与其他汽车共享路面，速度不能得到很大的提高;而地铁建设成本高昂，在市郊使用也不经济;在此情况下，电力牵引有轨电车的优点逐渐明显:无污染、客运能力大、速度高(郊区或专有路权地段)、弹性灵活、舒适新颖［2］、投资较低［3］。

有轨电车在特大城市可以作为大运量轨道交通系统的补充，作为大运量轨道交通在卫星城和新城内的延伸线;在一些中小城市或城市经济活动密集的中心区域，现代有轨电车不仅能够提供便利的交通服务，而且能够提供舒适的乘车环境。有轨电车可以作为快速轨道交通在城市中心人流密集区域的加密，在城市外围串接、加密和接驳不同大容量快速轨道交通线路，并且在未来随着公共交通需求的增长以及城市机动车交通问题的出现，有轨电车必将得到进一步的推广和发展［1］。

道岔是有轨电车重要的基础设施之一，针对有轨电车道岔控制方案进行研究，提出适合于有轨电车项目的道岔控制方案。

1 有轨电车道岔控制方式

总体来讲，道岔控制可分为手动(非电动)控制及电动控制两种控制方式。

1.1 手动(非电动)方式

有轨电车项目道岔号码较小、运营速度较低且运行交路固定。为减少工程投资，部分道岔可以采用由人直接或间接操纵机械转换设备或采用弹性可挤机械式转辙器完成道岔的转换。

1.1.1 采用顺向弹性可挤式道岔

当工程采用该类型道岔时，折返站可不设置道岔转辙机(器)，利用道岔自身结构特点及附带的弹簧装置，在电车车轮侧向力的作用下，自动完成道岔直向和侧向转换，使有轨电车完成转线作业。如图1所示。

图1 有轨电车站后折返示意

长春54路即采用上述折返方式。在折返站设置弹性可挤式道岔，道岔常态为开通侧向位置，电车从站台位置开始由岔后直向通过道岔时，道岔被挤到直向位置，电车通过道岔进入折返线后，道岔恢复至原位，然后电车从折返线进入另一侧站台位置，完成折返。图2是长春54路折返站道岔图片。该方式下是由电车将道岔“挤”到直向位置的，适用于固定折返方式的折返站。

图2 顺向弹性可挤式道岔

1.1.2 采用弹性可挤机械式转辙器

与上述采用弹性可挤式道岔类似，在普通道岔岔尖处安装弹性可挤机械式转辙机器以实现相似功能。如图3所示(图中201路、202路仅为举例说明，表示两条不同的有轨电车线路):

图3 有轨电车线路汇合示意

该方式在欧洲有轨电车线路上被广泛应用。该转辙器不需电动控制，当电车从岔后经过时，通过电车轮对的侧向力，将道岔岔尖挤到需要的位置。根据所处线路配置形式和道岔设置位置的不同，转辙器可调节为自动恢复原位和不恢复两种状态，如图3所示的线路交汇处使用，则不需自动恢复原位，如在图1所示的折返道岔处应用，则可设置为自动恢复原位(原位设置为开通道岔侧向)。

此外，在线路上设置的不需要经常搬动的道岔，如临时折返道岔，当正常运行方式为电车从岔后通过时，则大多可以配置此类转辙器。由于该类转辙器不需要设置集中控制系统，故可以降低工程投资。建议在正线的车站配线设计时，折返渡线尽量按电车从岔后通过为正常的运行方向进行设计，这样就可以采用此类转辙器以降低工程投资。

图4为弹性可挤式转辙器的现场安装图。该转辙器可以人工对道岔进行扳动，如在临时折返道岔处，当电车因故临时反向(或面向岔尖)运行时，如果此时道岔开通位置不正确，则可由司机通过专用的铁尺深入转辙器的缝隙(如图4钢板中间所示)，将道岔扳到所需位置。该类转辙器可装在普通的道岔上，道岔不需特殊设计，且道岔转到需要的位置时有锁闭功能，可保证电车安全通过。

图4 弹性可挤式转辙器

1.2 电动方式

电动控制方式有控制中心自动控制、司机遥控控制、轨旁现地自动控制、轨旁现地手动控制、调度室手动控制等方式。

1.2.1 控制中心自动控制方式

有轨电车信号系统赋予每列车一个独一无二的车次号，当电车接近道岔区域时将电车车次号信息发送给轨旁道岔控制系统。道岔控制系统结合道岔接近区段、道岔区段和离去区段的电车占用情况判断道岔区域进路是否解锁。如果解锁则根据车次号信息及控制中心道岔控制命令扳动相应道岔，并开放允许信号。

控制中心自动控制方式下，需要在道岔区域(含接近区段和离去区段)设置轨道电路或计轴器。同时，为了实现控制中心进路控制命令的下达，应将轨旁道岔控制系统与控制中心调度指挥系统接入同一通信网络(以无线或有线方式);另外，信号系统应将每列车的车次号信息实时传输至控制中心，以便根据车次号信息办理相应的进路。

1.2.2 电车司机遥控方式

国内有轨电车项目多数采用司机遥控道岔方式［4，5］，信号系统配置车载道岔控制设备。车载道岔控制设备人机界面设置请求控制权、定位操作、反位操作等道岔操作命令按钮，设置道岔实际位置、电车处于道岔控制区域、获取控制权等状态表示灯。当电车位于道岔控制区域并取得对道岔的控制权时，司机可根据需要对道岔进行操纵;当道岔实际位置与预期位置一致时，司机驾驶电车越过道岔。

为实现车载道岔控制设备与轨旁道岔控制系统设备的通信并确保安全，在电车进入道岔区域之前沿线敷设车－地通信环线或其他车地双向通信设备，完成道岔控制权的交接;同时在道岔区及其接近、离去位置配置环线、计轴器或专用轨道电路，确保道岔区无车时才能完成控制权交接并转换道岔。

大连201、202路有轨电车，上海张江有轨电车，沈阳浑南有轨电车［6］信号系统提供了司机遥控道岔的功能。

1.2.3 轨旁现地自动控制方式

该方式下轨旁及车载道岔控制设备配置与“电车司机遥控方式”类似。电车司机在出车辆段时，通过司机室的人机界面输入线路号(或运行目的地号)。当电车接近道岔时，通过埋设于道岔岔前适当位置的车－地通信环线，将电车的线路号传给设置于轨旁的道岔控制系统。道岔控制系统则根据自身存储的线路号与道岔位置的对应关系，自动将道岔转到所需位置。在道岔区及接近、离去区段设置环线、计轴器或专用轨道电路，用于保证只有前行电车出清道岔后，道岔控制系统才能为后续向不同方向运行的电车转换道岔。

该种控制方式在欧洲现代有轨电车控制中应用比较广泛［6］，由于司机只需在进入正线前或需临时变更运行线路时输入线路号，正常情况下，在线路上运行时不再需要做任何控制道岔的操作，因此比起国内采用的司机遥控道岔方式更加简单和有效，值得我们借鉴。

1.2.4 轨旁现地手动控制方式

有轨电车轨旁设置轨旁道岔控制系统，可以局部集中控制一组或多组道岔。在轨旁设置道岔或进路操作按钮(盘)，通过道岔控制系统可以实现人工单独操作道岔或选择相应的电车运行进路功能，之后道岔将转换至预期位置。该控制方式用于当车地通信异常或轨旁道岔控制系统与中心通信中断时采用，为防止误动作，对操作按钮盘可设锁防护。

该种控制方式在欧洲有轨电车的车辆段内有应用。正常情况下，车辆段行车控制室内的调度员集中控制进路;当调度员权利下放时，则可由司机在现场操作信号机机柱上的道岔或进路操作按钮自行设置进路，开放相应信号机，从而达到减员增效的目的。

1.2.5 调度室手动控制方式

部分有轨电车项目在折返站设置调度室，调度室内调度员负责对折返站道岔进行操作。鉴于道岔较短且瞭望条件良好，道岔区可不设置轨道电路，调度员可以根据现场运营实际情况对道岔进行操作，使得电车完成折返作业。

该控制方式与轨旁现地手动控制方式类似，只是将道岔控制箱移至折返站调度室。

目前大连有轨电车部分折返站采用了“调度室控制”方式［6］。

2 有轨电车道岔控制原理

有轨电车项目的道岔采用电动控制方式时，系统配置联锁、转辙机、电车占用检查设备、进路表示器，完成对道岔的控制。

为了保证电车在道岔区的运行安全，道岔接近区域、道岔区段以及道岔离去区段须设置可靠的电车位置检查设备［7］。进路的解锁须满足相应的技术条件，同时当道岔所在进路处于解锁状态且道岔区域无车占用时才能完成控制权交接并完成道岔转换［8］;基于车载设备对道岔实现遥控的功能需求，为了实现电车接近道岔区域时实现“电车获取道岔控制权”功能，还需在道岔前一定范围内设置相应的车地双向通信设备［9］;基于不同目的地电车运行需要，当控制中心实现“进路自动办理”功能时，还需要配置数据通信设备［2］，确保电车车次号可靠传输至轨旁道岔控制系统。

有轨电车道岔控制系统结构可按如图5所示配置。结构中，道岔区以计轴器为电车占用检查设备，系统通过地面敷设的车—地通信环线或基于自由空间传输的无线通信设备来实现电车接近道岔控制区域的检测、获取道岔控制权、道岔的控制等功能。

道岔控制系统的核心是轨旁控制箱，内含道岔控制单元、计轴控制单元、进路表示器控制单元、环线控制单元或无线通信单元。此外道岔控制系统设备配置道岔或进路操作按钮(盘)，当轨旁控制箱与控制中心及电车通信中断时，可由司机或其他相关人员人工转换道岔。

3 有轨电车道岔转辙机安装方式

有轨电车道岔转辙机除了必须确保道岔正常转换、完成必要的密贴检查并锁闭［10］外，还必须满足高强度、高承载力、抗冲击、耐寒、防水、防油污、防腐蚀等要求，其安装装置必须有足够的强度和刚度，应采用防松螺栓、螺母。在混合路权地段，转辙机须采用埋入式安装方式。

目前国内有轨电车项目如沈阳浑南新区有轨电车项目正线转辙机安装在两根钢轨中间(即“轨枕式”安装)，该方式可以减小有轨电车项目对路面的占用，但是维护时对有轨电车运营有一定的影响;大连有轨电车项目正线转辙机采用侧式安装方式，该安装方式占用较多的路面空间，但是维护时对有轨电车运营影响小(但可能会影响与有轨电车相邻道路的正常通行)。如果采用的转辙机可靠性高、平均无故障时间很长且每次的维护时间很短，维护时对电车的运营影响则会降低，此时为了减少对路面的占用，可以采用“轨枕式”安装方式。

图5 有轨电车道岔控制系统示意

欧洲现代有轨电车采用混合路权的地段比较多，由于路面空间所限，转辙机大多采用“轨枕式”安装方式。与尖轨直接连接的转辙机是由槽形轨构成的精度高、噪声低、振动小、转换时间短的高可靠性转辙机，已作为标准件采用。

在国内的有轨电车设计时，转辙机是采用轨枕式还是侧式安装方式，需结合项目用地空间限制情况、选用转辙机的可靠性、转辙机的维护时间和频率等因素综合考虑确定。

4 结论

在折返线和临时折返道岔处采用“弹性可挤道岔”或“弹性可挤式转辙器”方案下，可以大大简化有轨电车项目建设投资，减少设备维护量，更加突出了有轨电车“更节能、无污染、运量较大、投资较低”的特点，但该种方案并不适合所有道岔，需结合道岔设置形式和作用来综合考虑选用。

当采用电动转辙机时，须配置符合一定安全要求的道岔控制系统。

本文提出了一种针对有轨电车的道岔电动控制系统方案，该方案以车－地通信环线为车地通信媒介、以计轴为电车占用检查设备、以道岔控制箱为核心控制单元，在转辙机和进路表示器协同配合下为司机安全通过道岔提供技术保障。

基于车－地通信环线的车地通信方式可用于有轨电车的道岔控制系统，与其他定位方式相比，感应环线其优势在于可以实现环线范围内连续的车地通信功能，除了实现定位外，还可以实现车次号、线路号、目的地号等电车运行相关参数的传递，为进路的自动办理提供基础信息。

轨旁控制箱是有轨电车道岔控制系统的核心，是现代有轨电车特有的设备之一，该产品相当于一个小型的电子联锁装置，能够通过通信传输通道接收电车或控制中心的进路操作命令，与计轴、进路表示器、转辙机、环线等设备有相应的接口关系。产品设计时必须考虑到其在室外工作的特点，全面考虑防水、防潮、防盗、防雷电侵害等措施。

［1］王灏，田振清，等.现代有轨电车系统研究与实践［M］.北京:中国建筑工业出版社，2011.

［2］薛美根，杨立峰，程杰.现代有轨电车主要特征与国内外发展研究［J］.城市交通，2008(11):88-91.

［3］左忠义，苗彦英，刘岩.现代有轨电车系统技术特性的研究［C］.大连城市轨道交通发展研讨会，2003:177-182.

［4］唐贾言.现代有轨电车的运营控制系统［J］.自动化应用，2010(12):61-65.

［5］北京城建设计研究总院有限责任公司.沈阳浑南新区现代有轨电车工程可行性研究报告［R］.北京:北京城建设计研究总院有限责任公司，2012.

［6］铁道第三勘察设计院集团有限公司.欧洲现代有轨电车考察报告［R］.天津:铁道第三勘察设计院集团有限公司，2013.

［7］巫伟军.有轨电车系统特点及应用前景研究［J］.铁道标准设计，2007(8):122-125.

［8］TB/T10071—2000，铁路信号站内联锁设计规范［S］.

［9］TB/T3027—2002，计算机联锁技术条件［S］.

［10］德萝森.西门子交通技术集团的现代有轨电车(轻轨)理念［J］.地铁与轻轨，2002(2):21-25.

［11］TB10007—2006，铁路信号设计规范［S］.