兰州西动车所咽喉区及存车线信号机设置方案优化研究

袁俊喜

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

1 概述

兰州西动车运用所工程于2014年12月开通运营，共33条股道，其中动1～动4道为踏面诊断及外包走行股道，动5～动8道为临修不落轮库、外皮洗刷库、融冰除雪库股道，其余为动车组存放股道。动车运用所与高速场、普速场间采用调车方式，其场间按调车场联设计。动车所采用车务-机务-电务合署办公方式实现动车所集中管理。

中卫至兰州高铁引入兰州枢纽配套工程在动车所南侧增加11条股道，其中动44道为外皮洗刷库股道，其余10条为动车组存放股道。本次扩能改造动车运用所与高速场、普速场间(三线)由调车改为列车方式，其动车走行线按双方向自动闭塞设计，动车进出动车所采用CTCS-2级列控系统按列车方式办理[1]，如图1所示。

图1 兰州西动车所信号平面布置示意

兰州西高、普速场与动车所之间每条走行线单方向按两个闭塞分区设计，具备列车追踪运行的能力。动车所改造完成后存车线不同股道可以排列经动1道至普速场动走线、经动2道至高速场上动走线、经动3道(动4道)至高速场下动走线的3条平行出所发车进路。总体上提高了动车所与高、普速场间列车运行速度和运输效率。兰州西动车所站场规模大、道岔衔接关系复杂，具有咽喉区较长和股道有效长较短等特点。因此，动车出入所作业方式由调车改为列车及动车所扩能改造后如何尽可能提高运输效率、缩短列车追踪间隔时分，提高动车出入所能力是信号设计的关键[2]，特别是咽喉区接发车进路信号机及存车线信号机的设置，需结合行车组织及存车线有效长进行深入分析研究。

2 咽喉区进路信号机设置

2.1 进路信号机设置的必要性

在动车所距离最外方道岔50 m设置进站信号机，在股道设置出站信号机基本上能够满足目前动车组进出段所的运输需求。按此设置动车所进站信号机至出站信号机距离约为2.1 km，出站信号机至动车走行线一离去通过信号机距离约为1.9 km。由于兰州西动车所接发车咽喉区较长，致使动车所接发车列车追踪间隔时分较大。在动车所Ⅲ-23G～Ⅲ-33G向高速场股道进出所作业时无平行进路，限制了动车组出入所能力，对密集到发的动车组进出所作业造成一定的影响。因此，有必要在咽喉区设置接发车进路信号机。

2.2 进路及进站信号机设置方案

为了尽可能缩短接发车进路内信号机之间的距离，同时满足同方向信号机之间距离大于800 m的规定(小于800 m需要红灯重复)[3-6]，接车进路信号机应尽量设置在进站信号机至同方向出站信号机的中间部位，发车进路信号机应尽量设置在距离出站信号机较近的位置。按这种思路，兰州西动车所接发车进路信号机位于咽喉道岔密集区。由于咽喉道岔为19号、112号道岔，且道岔衔接紧密，一方面接进路信号机外方设置的应答器组将位于道岔岔心或岔根处，应答器无法安装，另一方面接发车进路信号机外方制动距离范围内的轨道电路区段需连续发码，由于道岔侧向轨道电路区段长度短，当动车组列车连续通过道岔侧向时，存在收不到发码信息触发紧急制动的情况。因此，可在动1道～动4道两端分别设置接车进路信号机XL1～XL4和总出站信号机SZ1～SZ4。动车组出所以SZ1～SZ4信号机为节点，可以同时排列动车所Ⅲ-9G～Ⅲ-22G至Ⅲ-2G和Ⅲ-23G～Ⅲ-33G至Ⅲ-3G两条平行出所进路。同时在Ⅲ-1G可以提前停放经普速动车走行线的出所短编组动车组。在出所繁忙时段，可以同时排列Ⅲ-1G至普速场动走线、Ⅲ-2G至高速场上动走线、Ⅲ-3G(Ⅲ-4G)至高速场下动走线3条平行出所进路。入所作业同理不再赘述。

若进站信号机仍设在距最外方道岔50 m处，进站信号机与增设的接车进路信号机之间的距离应不足800 m，所以进站信号机需向站外方向移动设于距最外方道岔200 m处，并根据进站信号机位置重新计算3条动车走行线区间通过信号机位置。

设置总出站信号机SZ1～SZ4后，原Ⅲ-7G～Ⅲ-44G上行出站信号机改为发车进路信号机。S7、S8、S44发车进路信号机距SZ1～SZ4总出站信号机距离均不足800 m，需将S7、S8、S44发车进路信号机向动车所内方向移设，但是移设后存在Ⅲ-7G、Ⅲ-8G、Ⅲ-44G股道有效长度不满足动车组整列接入股道的问题，因此，S7、S8、S44发车进路信号机采取“红灯重复”的方案，即当SZ1～SZ4总出站信号机开放时，S7、S8、S44发车进路信号机才能开放。设置总出站信号机SZ1～SZ4后与区间通过信号机间隔距离发生变化，需要对3条动走线上的区间通过信号机位置重新计算。

由于动2、动4道内设有轮对踏面诊断装置，在Ⅲ-1G～Ⅲ-4G两端增设接车进路信号机和总出站信号机后，动车组列车在接车或总出站信号机外方停车时，有可能停在“轮对踏面诊断装置”处，造成轮对踏面诊断装置无法正常工作，影响检测数据的真实性。因此，必要时可在《车站行车工作细则》中进行相关规定。

2.3 进路信号机相关设计

2.3.1 信号机机构选择

接车进路信号机信号机构按TB1007-2017《铁路信号设计规范》规定执行，发车进路信号机信号机构的选择如下。

(1)动车所与高、普速场间的3条动走线按四显示自动闭塞设计，SZ1～SZ4总出站信号机应有绿、绿黄显示。为满足信号显示要求，SZ1～SZ4总出站信号机采用双机构五灯位信号机，设置三方向进路表示器[7]。

(2)S7～S44发车进路信号机可以选择双机构信号机或单机构信号机[7]。既有兰州西动车所内存车线最小间距为4.2 m，双机构信号机无法安装，只能采用单机构信号机。根据信号显示，单机构信号机可选择三灯位或四灯位信号机。

单机构四灯位信号机可以显示绿、绿黄，符合自动闭塞显示关系。但四灯位信号机与三灯位信号机相比机构高度更高，若采用单机构四灯位信号机，受存车线最小间距影响，不能按标准安装，需进行特殊处理，如降低安装基础高度等[8]。安装后存在最底部调车白灯辨识困难、显示不良的情况。动1道、动4道上设置的SZ1、SZ4总出站信号机开放的进路均经道岔侧向，发车进路信号机只能点黄灯。动2道、动3道上设置有“车轮故障及受电弓动态检测系统”，一般检测时限速8～12 km/h，不检测时设备保护限速不超过30 km/h[9]，因此经动2道、动3道的列车不能按正常线路设计速度运行。在保证安全不影响效率的情况下，发车进路信号机应降级显示黄灯。因此，发车进路信号机选择单机构三灯位“红、黄、白”信号机。

2.3.2 轨道电路

列车信号机外方一定范围内的轨道电路区段应连续发码，否则无论信号机开放与否列控速度曲线的目标点均为信号机位置，列车无法运行。根据TB1007—2017《铁路信号设计规范》第9.0.5条规定，CTCS-2级区段仅运行动车组列车的进路，进路信号机的接近发码起点应符合按设计速度运行的列车采用最大常用制动至本信号机停车的要求[7]。按照运行速度50 km/h计算，做报文用列车的最大常用制动距离为324 m。因此，Ⅲ-1G、Ⅲ-2G、Ⅲ-3G、Ⅲ-4G、323DG、327-329DG、401DG、335DG、335/407WG、321DG、325-331DG、333DG、337-343DG、343/353WG、319DG、319/341WG、339-341DG、401/403WG、309WG、307-309DG、307/317WG、317DG、303DG、305-311DG、311/313WG、313DG、301DG、301/315WG、315DG等区段均需发码。原25Hz轨道电路无法实现道岔侧向叠加电码化，所以上述区段需改为ZPW-2000轨道电路。

修改轨道电路制式的同时，按照ZPW-2000站内轨道电路最小长度应大于60 m的要求[10]，检查或调整上述轨道电路区段。另外，兰州西站动态检测期间发现200H、300S型ATP动车组在高普联络线上运行时存在ATP接收轨道电路信息异常，触发B7制动的问题，分析其原因为列车以一定的速度通过45 m和48 m两个连续短区段时受车载逻辑反应时间限制所致。由于兰州西动车所内采用19号、112号道岔，道岔布置密集，为避免此问题的出现，需对既有短区段进行适当的调整。经计算既有319DG和321DG相邻区段较短，所以XL1信号机设于319号岔前25 m处，以延长319DG区段长度。

3 存车线信号机设置

3.1 兰州西动车所存车线动车存放需求

既有动车所采用调车出入所作业方式，动车所存车线有效长度按照存放1列16辆编组或1列8辆编组动车组设计。本次改造后，动车组进出动车所作业方式由调车改为列车，为了提高动车组存放能力，存车线股道要求接发2列8辆编组或1列16辆编组动车组。

3.2 兰州西动车所存车线有效长度情况

兰州西动车所改造后，存车线有效长度(信号机至信号机)详见表1。

表1 存车线有效长度

3.3 动车组存车线有效长度分析

3.3.1 现行规范对存车线有效长的有关规定

TB10621—2014《高速铁路设计规范》第17.2.3中规定“存车线有效长应根据动车组长度、安全距离和信号设置要求确定。兼顾普速列车存放的存车线有效长应为550 m”[10]。

3.3.2 影响存车线有效长度有关因素的分析

影响动车存车线有效长的主要因素有动车组出入段(所)运输组织、动车组长度、安全防护距离、应答器组位置[11]及信号机至警冲标的距离等。

(1)运输组织的影响

动车组存车线有效长与运输组织密切相关，动车组出入段(所)一般采用列车作业方式，根据需要也可采用调车作业方式。如以列车作业方式接入存车线且一次停车到位，则列控车载设备需要安全保护距离。一条存车线通过中间设置分隔信号机划分为两段后，如果要同一股道既能满足存放2列8辆编组动车组，又能满足存放1列16辆编组动车组，则每一段均需要安全保护距离，因此存车线有效长相对较长。

(2)车载安全保护距离的影响

列车作业方式下动车组走行线及动车段(所)接发车进路通常采用CTCS-2级列控系统。动车组以C2模式出入动车段(所)时，由于测速、测距产生的误差，车载ATP根据测速、测距得到的列车位置与列车实际位置存在偏差，为消除偏差产生的控车安全影响，原铁道部关于印发铁运[2012]211号《CTCS-3级列控车载设备技术规范(暂行)》的通知[12]第7.4.3.2条规定CTCS-2级车载控制模式站内需考虑最大60 m的安全保护距离。

(3)股道设置调车防护应答器组的影响

股道设置的调车应答器组主要起调车防护功能，当调车信号关闭时，如车列越过该应答器将触发紧急制动，从而对动车组冒进信号提供有限防护。应答器组一般设在信号机外方距信号机20 m处，停车时不应越过该应答器组，以免触发紧急制动[13]。

3.3.3 动车组存车线信号机设置及有效长度计算

存车线有效长主要由出站信号机至警冲标距离、动车组车列长度、应答器至出站信号机距离、车载安全保护距离等组成[14]。

按现行有关规定其计算参数如下。

出站信号机至距警冲标距离为5 m；8辆编组动车组车长为215 m，16辆编组动车组车长为430 m；应答器距出站信号机距离为20 m[15]，应答器距尽头线土挡距离为25 m[13]；安全防护距离为60 m；停车余量为10 m。

按照上述取值，以尽端式存车线按照列车作业方式为例，信号机设置及存车线有效长分析如下。

(1)满足1列16辆编组动车组存放要求的存车线信号机、应答器组及警冲标布置情况如图2所示，存车线有效长为：警冲标至挡车器距离535 m(其中信号机之间的距离为525 m)。

图2 满足1列16辆编组动车存放的存车线有效长示意(单位：m)

(2)满足2列8辆编组动车组存放要求的存车线信号机、应答器组及警冲标布置情况如图3所示，存车线有效长为：警冲标至挡车器距离630 m。

图3 满足2列8辆编组动车存放的存车线有效长示意(单位：m)

考虑到CTCS-2级列控系统控制闭口停车的情况下可不考虑列车冒进防护[16]，存车线可不设应答器组，但考虑到存车线调车作业的需要，存车线设置应答器对动车组冒进信号提供有限防护，一般情况存车线应设置应答器组，因此上述计算未考虑存车线不设应答器的情况。

3.4 兰州西动车所存车线信号机布设方案

根据作业性质，兰州西动车所存车线动5道、动6道分别为临修及不落轮镟库股道，动7道、动8道、动44道为外皮洗刷库股道，每一股道只要求接入1列16辆编组动车组或1列8辆编组动车组，信号机及应答器按图2进行设置。其中动8道、动44道有效长满足图2存车线有效长要求，动5道～动7道不满足。由于动5道～动7道均无立折作业，列车接入股道后即转为调车方式进入临修库或外皮洗刷库，所以列车停稳后车体可以占压咽喉区段，不足之处是其占用的咽喉区段会对其他相关进路的排列产生影响。由于动5道～动7道处于站区外侧，以及进路采用分段解锁等因素，总体上来说对动车所运输效率不会产生较大影响。

兰州西动车所存车线动9～动33道为动车存放股道，为提高动车组停放能力，要求每一股道既要接入1列16辆编组动车又能接入2列8辆编组动车。按照图3存车线有效长度计算结果，其存车线股道有效长应为630 m，而动9道～动43道存车线有效长在532～535 m(表1)，按照常规设计股道有效长度明显不足。

需要1条存车线放2列8辆编组动车组的动车(段)所，通常是在股道中设置分割信号机以满足存车需求，列车以C2完全监控模式进入动车段(所)。为此设置了短进路和长进路两种方式，其中短进路开通进站至股道中部信号机进路，长进路开通进站至股道端部信号机进路[17]。根据影响存车线有效长度有关因素的分析，由于动车组车列长度是固定的，所以应从应答器设置和安全防护距离等影响因素入手，对短进路和长进路的设置进行分析，制定存车线信号机的设置方案。

为满足一条存车线存放2列8辆编组动车的需求，如果考虑不设置长进路，8辆编组动车仅按照短进路接入股道中部，再开放调车信号接至股道端部，可将原长进路的安全防护距离减少为调车应答器防护距离，相应缩短了存车线的有效长度，如图4所示。信号机至信号机之间的距离仍需585 m，远大于兰州西动车所存车线最短532 m的有效长度。

图4 采用短进路方式信号机布设示意(单位：m)

CTCS-2级列控系统为了消除由于测速、测距产生的误差设置了安全保护距离，结合各厂家车载设备各种测速测距误差及实际操作水平，一般在工程上按60 m考虑[18]。由于测速、测距产生的误差已在车列进入股道时通过反向出站应答器进行了校正，且C2等级下为闭口列控方式，所以此偏差很小，结合已开通运营高铁车站动车组的运行情况，60 m安全保护距离有些过长，据了解目前车载设备参数已调整为40 m。因此，本次安全保护距离仍按60 m取值，停车余量由10 m调整为5 m。

TJ/DW164-2014《动车段(所)调车防护系统技术条件》规定，动车组以ATP车载设备调车模式运行时，调车防护系统应对动车组冒进信号提供有限防护；动车段(所)动车组调车作业以地面信号显示作为行车凭证，调车防护系统是动车段(所)动车组调车作业防护的辅助系统[13]，因此为实现一条存车线停放2列动车组，可仅在G1设置调车防护应答器，在G2不设调车防护应答器。

按上述方案，Ⅲ-9G～Ⅲ-43G的有效长度具备停放2列8辆编组动车组的条件，优化后信号机布置见图5。

图5 优化后信号机布设示意(单位：m)

为了不影响进出所汽车的通行，通常情况下出站信号机设于站场道路的股道侧。条件允许时也可将出站信号机设于道路的咽喉侧，使道路位于信号机与应答器之间。由于动车组停车后正常情况下不会越过应答器，所以站场道路也是畅通的。因此，兰州西动车所可将出站信号机移到站场道路咽喉侧设置(两侧出站信号机可向站外方向各移约15 m)，存车线长度可增加约30 m。有效长度延长后，即可在端头信号机前方设置调车防护应答器组，以对向咽喉区调车的动车组冒进信号提供有限防护，如图6所示。

图6 出站信号机设于道路咽喉侧布设示意(单位：m)

由于每个股道与道岔的衔接关系各不相同，加之信号机移设后大部分处于线路曲线地段，所以需实地测量，在保证信号机与警冲标距离大于5 m的前提下，满足信号机安装限界、信号显示后确定是否采用。

基于上述确定的信号机布设方案，对于16辆编组动车的接入方式进行以下分析。

方案Ⅰ：按照短进路接入股道中部，再开放调车信号接至股道端部

与8辆编组动车接入方式相同，即动车组以列车模式在G1一次停车到位，停稳后转为调车模式进入G2。本方案16辆编组动车组接入G1停车后会占用咽喉区部分区段，只有在停车后以调车模式进入G2，才能出清咽喉区；8辆编组和16辆编组动车组在G1、G2上共用停车标；对于8辆编组和16辆编组动车组列车作业方式统一，无需区分长编组和短编组列车。

方案Ⅱ：按照长进路一次接入至股道端部

动车组以列车模式在G2一次停车到位。本方案16辆编组动车组接入股道停车后不占用咽喉区区段；8辆编组和16辆编组的动车组在G2不能合用停车标，需分别设置；8辆编组动车组必须固定接入G1，而16辆编组动车组必须固定接入G2，因此须区分长编组和短编组列车，办理相应的接车进路。

对于方案Ⅰ，16辆编组动车组接入G1停车后，部分车辆仍占压咽喉区，接车进路无法全部解锁。为此，可对所有的存车线进行合理分配、固定使用，即选定一部分股道中间不设分割信号机仅接发16辆编组动车组，其余股道中间设分割信号机接发2列8辆编组动车组。这种方案虽然接入股道后的列车不占用咽喉区，但也带来了存车线利用率低、作业不灵活、调度管理复杂等问题。

对于方案Ⅱ，接车时需要区分是8辆编组动车还是16辆编组动车。兰州西动车所配置调度集中CTC系统和控制集中CCS系统，采用车务-机务-电务合署办公方式实现动车所集中管理，在技术上为实现长编组和短编组动车的区分提供可能[19-20]，但在实际运行时由于长短编组动车作业方式不统一，存在无法确认入所动车组为短编或长编的问题。另外，由于8辆编组和16辆编组的动车组在G2不能合用停车标[21]，引起登乘梯、上下水设备、排污设备等不能合用的问题。

根据中国铁路兰州局的意见，动车组为分批、限速入所，存车线线间条件差，为减少股道间安装过多的停车标、登乘梯等设备，避免后续存在过多的侵限安全隐患，故不考虑长编组动车一次进入G2的条件。由于列车进路和调车进路通过调度集中系统或控制集中系统自动触发，而且进路采用分段解锁方式，所以16辆编组动车仅接入第一段存车线对动车所的运输效率影响有限，特别是在咽喉区设置了接车进路信号机后，本身对入所能力有了较大的提高。因此，设计采用方案Ⅰ，即16编组动车组列车先接入G1的方式。

4 结语

动车段(所)作业性质决定了它的特殊性，具有作业量大、早晚运输繁忙的特点，使得动车段(所)的行车组织更为复杂。动车段(所)一般都规模大、站区长，特别是纵深较长的动车段(所)较大地限制了动车组进出段(所)的能力。因此，一方面站场设计应尽量优化站型布置，另一方面信号设计应合理设置信号设备，尽可能缩短列车追踪间隔时分，以满足动车组密集到发的运输需求。

动车段(所)内动车组出站均在股道一端的出站信号机处出发，并未设计由股道中部的发车进路，由此估计，一般情况下长编组和短编组动车均采取短进路接车的方法可以满足动车段(所)的运输需求。动车组均按列车方式接入股道中部，再以调车方式接至股道端部的行车模式，有效地解决了兰州西动车所股道有效长不足的问题，大大地提高了动车组的存放能力。可结合兰州西动车所的运用情况，考虑缩短动车段(所)股道长度，动车段(所)均按短进路接车方式接入动车的设计和应用。

关于缩短股道有效长，除调整行车组织外，仍可对其他参数进一步优化。由于列车作业在C2等级下为闭口列控方式，且动车组通过出站应答器的校正，测速测距误差很小，安全防护距离可由60 m调整为40 m。应答器接收天线距离车头约8 m的距离(各种车型应答器接收天线安装位置不尽相同)，如果车列越过了应答器，由于速度很低，在短距离内可安全停车，可考虑紧急制动距离的长度，应答器至信号机之间的距离由20 m调整为15 m。股道有效长度的缩短有利于压缩动车段(所)内行车时间，同时缩短了咽喉区长度，便于动车所位置选择和工程投资的节省。