信号系统在隧道防火灾运行效率方面的应用

胡超林

（浙江众合科技股份有限公司，浙江杭州 310000）

1 区间风井的设计

目前，城市地铁线路大部分采用地下线路设计，地下隧道中因地铁隧道结构复杂、环境密闭、连通地面的疏散出口较少，一旦发生火灾，很难及时救援、造成群死群伤等问题。对于较长的区间会在站台外侧区域及区间根据区间线路的长短设计若干个区间风井。站台风机正转送风，区间风机反转吸风，从而让隧道中的烟气直接从风口吸入风道中，使其顺着风亭排入地面。但为了实现运行的效率，在区间风井之间存在两列车的下，当其中一列车发生火灾时，另外一列车和发生火灾的列车处于同一个风井区间，且发生火灾列车的烟气排放的方向上时，可能对未发生火灾列车上的人员造成伤亡事故。为了解决这一问题，下面结合具体具备车站站形进行分析说明。

2 信号系统在设计中的应用

2.1 未考虑火灾发生的设计

在如图1所示的隧道线路中，车站01-车站02之间为过江隧道，此区间全长2.720 km，为防止因线路限速或列车故障在过江隧道停车时，当其中一列车发生火灾，对于地铁隧道线路中较长的区段，可能存在两列及以上的列车运行时两风井间有可能运行多于一列列车，信号系统通过ATS子系统弹性设置；由运营人员对车站01-车站02之间的隧道内两个风井间是否运行一辆列车进行限制设置或取消。ATS系统默认开启该区间两风井之间仅允许一辆列车运行的功能。即当运营人员取消区间风井间列车运行限制设置时，系统按列车正常追踪情况自动排列进路，允许多辆列车进入区间风井；当运营人员对区间风井间列车运行限制设置后，系统仅为一列车自动排列进路，允许该列车进入区间两风井间，在前车未出清区间风井范围前系统不会为后续列车自动排列进路，但人工排列进路功能不受该限制。这种设计限制了列车的运行效率，不能达到一般的120 s的运行间隔的要求。

图1 原设备布置图

图2 优化后的设备布置图

2.2 优化设计方案

在车站01和车站02之间有3个区间风井时，为实现在ATS系统上弹性设置过江隧道内两风井间仅允许一列车运行功能，通过将区间信号机X0105挪动至车站01的进站位置，即A02计轴处，同时删除A01计轴（参考图1）。设计改变后如图2所示。

信号系统针对图2中设备位置的调整，按进路进行设置列车运行的限制，确保在CBTC模式下进路自动触发时，仅允许一辆列车进入两风井之间。按图2所示，车站02-车站01有3个风井，其中风井2为区间中间的风井。

（1）在列车运行下行方向时

风井1与风井2之间：ATS系统判断当X0206-＞X0101进路内方有一辆列车时，不再自动请求开放X0206信号，防止后车进入该风井之间；

风井2与风井3之间：ATS系统判断当X0101-＞X0105进路内方有一辆列车时，不再自动请求开放X0101信号，防止后车进入该风井之间。

（2）同样，在列车运行上行方向时

风井3与风井2之间：ATS系统判断当S0109-＞S0202进路内方有一辆列车时，不再自动请求开放S0109信号，防止后车进入该风井之间；

风井2与风井1之间：ATS系统判断当S0202-＞S0203进路中有一辆列车占用时，不再自动请求开放S0202信号，防止后车进入该风井之间。

上述情况中，系统虽不会自动触发进路，但在人工介入，并事先有事故预判的情况下，仍然支持人工手动排列进路。

2.3 功能说明

在地铁线路的设计上，只对特殊线路条件下才做该特殊功能的设置。一般线路套件线路上列车运行数量限制按站间范围生效，在车站02-车站01仍保留区列车运行数量按照站间控制的功能，当这两站间同时设置两种限制列车运行数量时，这两种限制是同时生效，系统按照最严格的标准限制执行。

信号系统对上述风井之间的列车运行限制是通过进路的始端信号机进行设置，可分别独立对处在每个风井间进路进行设置；信号系统默认开启该区间两风井之间仅允许一辆列车运行的这功能；当列车限制功能设置后，相应区间两风井间进路仅允许一列车运行限制功能生效；当操作人员取消该设置后，区间风井间进路按正常追踪逻辑自动请求，允许进入多辆列车进入同相邻两风井区间；因该操作命令为安全命令，操作人员在取消该限制的操作时，ATS系统对该操作按照安全命令处理，在操作指令下发后，界面会弹出口令确认窗口，需要操作人员输入正确的数字口令后，取消设置方能生效。

2.4 风险分析

由于信号系统为非安全系统，上述方案中所描述功能通过ATS系统进行运行限制弹性设置，存在如下风险：

当ATS系统故障时，该功能的设置失效；当系统切换为LCW（本地控制工作站）控制时，进路仍会被人工、Fleeting（自动通过进路）请求开放，该功能设置失效；当该站间信号机被设置为Fleeting（自动通过进路）时，进路在满足相应的联锁条件后，由联锁自动请求开放，该功能设置失效；当人工排列进路时，进路会开放，不受该功能限制。

在上述风险下，均有可能出现多辆列车进入两个风井之间的情况，需要操作人员通过相关的制度保证，确保功能设置的有效性。当然信号系统在设计上也采取冗余处理，可靠性也有一定的保证。

3 运行能力计算

3.1 牵引计算结果

图3 124.34s追踪间隔示意图

图4 120s追踪间隔示意图

计算原理后车追踪前车时，后车速度不受前车位置影响。如下图所示，当前车驶出进路X0101-S0105时，后车运行至无扰点位置，后车的运行速度不受前车影响，如图3所示。

根据能力分析仿真结果，对于CBTC追踪间隔：过江隧道X0101-X0105进路中列车运行追踪间隔为124.34s，大于CBTC最小设计追踪间隔120s；对于点式ATP追踪间隔：S0202-S0203（如图2）进路为过江隧道四个进路中最大追踪间隔，间隔为141.11 s，满足点式ATP最小设计间隔153 s。

3.2 120 s间隔方案优化

计算原理：若要把全线最小列车追踪间隔缩小至120s，可通过减小列车追踪距离实现，当前车车尾驶出进路X0101-X0105时，后车追踪前车已驶过无扰点位置，列车按照ATP速度曲线降速继续运行5-6s，前车出清进路X0101-X0105进路后，后车移动授权MA向前延伸，列车加速运行，速度不再受前车影响。如图4所示。

按照120s最小追踪间隔，列车全线追踪过程中，只有前车在进路X0101-X0105内时，后车运行速度受前车影响，线路其他位置追踪不受影响。

3.3 运行图影响

若编制间隔大于124.34 s的运行图，后车运行速度可不受前车影响；若编制间隔为120 s的运行图，前车运行在X0101-X0105进路内时，后车运行速度会受到前车影响，其他位置后车运行速度不受前车影响。

4 结束语

隧道风井是用于内减少火灾事故影响的一个系统性的设计，信号系统在隧道防火灾方面能够通过控制列车的运行来降低该影响。但是，乘坐轨道交通是人们主要的出行方式之一，隧道乘坐人数的不断增加，对运营效率的要求也越来越高。信号系统提供的解决方案可能会遇到瓶颈。要更解决这一问题是地铁设计人员在设计初期需要考虑的系统性问题。