新型复式交分道岔在CBTC车辆段的应用与研究

刘乐霞，薛 强，朱剑峰，马 峥

随着城市轨道交通的快速发展，在很多城市的公共交通中，城轨交通已成为骨干交通网络，发挥着越来越重要的作用［1］。面对城市轨道交通建设及运营里程的快速增长，城市轨道交通用地形势日趋紧张，尤其是建设在地面上的车辆段或停车场。因此，为缩小站场占用面积，采用更加集约化和多功能于一体的轨道设备势在必行。

众所周知，轨道复式交分道岔是缩短咽喉区长度、减少占地面积、节约金属材料、提高调车作业效率的重要设备［2−4］。虽然复式交分道岔的长度略长于单开道岔，但其功能却相当于2 组对向单开道岔，加之开向多，特别是在停车场或车辆段的咽喉区设置，可明显提高站场内列车和调车的作业效率，因此在城市轨道交通地面场段应用中具有较大优势。

目前，在国家铁路编组场中，复式交分道岔应用较多［5］，但在城市轨道交通，特别是基于通信的列车控制（Communication Based Train Con⁃trol，CBTC）制式的场段中应用较少，主要原因是结构复杂、逻辑处理困难，缺少实际参考的应用经验。为此，在保证运营安全、高效的前提下，本文主要对复式交分道岔在城市轨道交通CBTC制式下的应用进行重点研究。

1 传统复式交分道岔设计形式

传统复式交分道岔可实现4 个方向的进路开通［6］，如图1（a）中的A→B、A→D、C→B、C→D，并可代替4 组单开道岔使用。图1（a）中4 根岔尖轨用1 台转辙机拉动，2 根活动心轨用另一台转辙机拉动，即1 组交分道岔需设置4 组转辙机，分别用4、6、8、10 编号。以活动心轨式辙叉来代替固定式辙叉是为了保证安全和减少磨耗，1 组复式交分道岔的作用相当于2 组对向铺设的单开道岔。为更加清楚地了解复式交分道岔，现排列4 种不同进路，具体尖轨的运动方向见表1。当2 组复式交分道岔连续铺设时，还会构成如图1（b）所示的4组道岔。

表1 进路开通方向和尖轨运动方向关系

图1 传统复式交分道岔结构

由表1 可知：排列A→D 和C→B 区间进路时，不经过活动心轨4和10，它们的位置状态（定位还是反位）与A→D 和C→B 进路无关，只有在排列A→B 和C→D 进路时，才要求4 和10 活动心轨处于相应的位置。如此一来，只要把牵引活动心轨的转辙机设计成随着牵引尖轨的转辙机联动即可。为方便表示，目前推荐4 随6，10 随8 转换［7］，原因是这种方式比较统一，且容易表达。

由于决定开通B 和D 方向的是6 号尖轨，4 号是跟随动作，故形成2/4/6 三联动（室内由1 套双动道岔控制电路来控制室外的3 台转辙机，排列进路时符合定位时全定位，符合反位时全反位），表示为2/6；10 号可随8 号动作，称为假双动（室内用1 套单动道岔控制电路来控制室外的2 台转辙机），表示为8/（10）。

基于以上传统复式交分道岔的结构原理，下文将结合台州市域铁路S1 线项目中复式交分道岔的设置，提出一种新型复式交分道岔在CBTC 车场的应用场景，并对其展开研究。

2 新型复式交分道岔的应用场景

台州市域铁路S1线一期工程起自台州中心站，终至城南站，正线全长52.396 km，共设车站15座（其中地下站7 座，高架站8 座），全线设城南车辆段1 处，内设维修中心及培训中心，全线初期4 辆编组，远期6辆编组。其中城南车辆段为CBTC 车场，其全自动控制区域（CBTC车辆段区域）纳入ATS子系统的监控范围。

城南车辆段道岔咽喉区由于受站场土建条件的限制，为满足运营作业需求，在与出入段相衔接的CBTC 道岔咽喉区设计了复式交分道岔，详见图2。图2 中，由W0301S/M、W0304S/M、W0302、 W0303 和 W0101S/M、 W0104S/M、W0102、W0103 分别组成2 组常规的复式交分道岔，并与交叉渡线相结合。该复式交分道岔是由定型图《92 改进型50 kg/m 钢轨9 号5.0 m 间距交叉渡线》［8］（CZ2210）和《50 kg/m 钢轨9 号复式交分道岔》［9］（CZ2214）组合而成。与传统复式交分道岔不同之处在于：设计结合常规的复式交分道岔与交叉渡线。

图2 城南车辆段复式交分道岔平面示意

由于该复式交分道岔设置在CBTC 区域咽喉处，无法使用现有的复式交分道岔处理逻辑，且界面显示存在一定的难度，故需要结合项目需求、道岔原理、道岔逻辑、列车控制方式、项目维护等因素，提出新型复式交分道岔的逻辑化处理方式，以便满足信号逻辑处理的要求。

3 新型复式交分道岔控制原理

如图2所示，基于传统复式交分道岔的原理，结合进路开通方向和尖轨动作方向，可以看出第1组由W0301S/M、W0304S/M、W0302、W0303 组成的复式交分道岔排列A→E 和B→F 进路时，不经过W0302 和W0303，即W0302 和W0303 无论在定位还是反位，都与这2 条进路无关，只有在排列A→F 和B→E 进路时，才要求W0302 和W0303 处于相应的位置。

由此可见，新型复式交分道岔W0301S/M、W0302、W0303、W0304S/M 相当于图1（a）中的6、4、10、8，可采用推荐组合方式，即W0302随W0301S/M，W0303 随W0304S/M 联动；另外一组W0101S/M、W0104S/M、W0102、W0103的动作原理相同， 即W0102 随W0101S/M，W0103 随W0104S/M 联动。其中W0101 与W02 构成双动道岔，W0301 与W04 构成双动道岔。其中W 表示道岔点，（W0101）表示道岔点W0101 位于反位，W0101 表示道岔点W0101 位于定位。则A-F、A-E、B-F、B-E、D-E、D-F、C-E、C-F的进路防护道岔表示如下。

1）A-F 进路经过（W0301S/M）、（W0302）、（W0303）、（W0304S/M）、（W04），对应进路的防护道岔为：（W0301/W0302）、（W0303/W0304）、（W04）。

2） A-E 进路经过转辙机W0301、W0304、W02，与活动心轨无关，对应进路的防护道岔为：W0301/W0302、（W0303/W0304）、W02。

3）B-F 进路经过转辙机（W0301）、W0304、（W04），对应进路的防护道岔为：（W0301/W0302）、W0303/W0304、（W04）。

4）B-E进路经过转辙机W0301S/M、W0302、W0303、W0304S/M、W02，对应进路的防护道岔为：W0301/W0302、W0303/W0304、W02。

5）D-E 进路经过（W0101S/M）、（W0102）、（W0103）、（W0104S/M）、（W02），对应进路的防护道岔为：（W0101/W0102）、（W0103/W0104）、（W02）。

6） D-F 进路经过转辙机W0101、W0104、W04，与活动心轨无关，对应进路的防护道岔为：W0101/W0102、（W0103/W0104）、W04。

7）C-E 进路经过转辙机（W0101）、W0104、（W02），对应进路的防护道岔为：（W0101/W0102）、W0103/W0104、（W02）。

8）C-F进路经过转辙机W0101S/M、W0102、W0103、W0104S/M、W04，对应进路的防护道岔为：W0101/W0102、W0103/W0104、W04。

4 新型复式交分道岔逻辑处理

结合新型复式交分道岔的控制原理，目前台州市域铁路S1 项目在工程设计方面采用的方案为：道岔W0301S/W0301M 和W0304S/W0304M 均采用1 台转辙机，双动作杆方式，即1 组复式交分道岔可以划分为W0301/W0302、W0303/W0304 2 组道岔。

1）W0301/W0302 和单动W04 组成1 组双动，表示为W0301（W0302）/W04，室内用1 套双动道岔控制电路来控制室外的3台转辙机。

2） 另外一组复式交分道岔为W0101（W0102）/W02，控制电路及转辙机设置同W0301（W0302）/W04。

3）组成的双动道岔W0301（W0302）/W04和W0101（W0102）/W02，满足排列进路时符合定位时全定位，反位时全反位的要求。

从控制分析角度出发，该新型复式交分道岔可以拆分成以下4 组道岔：SW0304、SW0301_04、SW0101_02、 SW0104， 其中道岔SW0304 和SW0104 为单动道岔，SW0301_04 和SW0101_02为双动道岔。

在控制分析和逻辑简化的基础上，结合转辙机组合的设计，并参考《TJ.DW-2016 车站计算机联锁操作显示技术规范》（铁总运〔2016〕147 号）“为防止相邻2 个道岔的单锁标识重叠，复式交分道岔宜拉开显示”的要求［10］，将城南车辆段CBTC区域的复式交分道岔简化为图3形式。

图3 简化后的新型复式交分道岔

简化后的联锁逻辑处理参考常规道岔，W0101与W02、W0301 与W04 分别构成双动道岔，同时2 组双动道岔构成复式交分道岔，在联锁逻辑中进行互查；而W0304、W0104 按照单动道岔处理，具体逻辑处理方式见表2。

表2 新型复式交分道岔的逻辑处理

5 新型复式交分道岔列车控制方式

在移动闭塞情况下，列车的运行是根据ATP/ATO 系统周期性地发送列车位置信息来计算的。在降级模式（CBTC故障等）下，列车移动距离根据计轴占用状态、道岔位置和进路状态来计算。正常情况下，系统应能检测列车占用、行进、反向行驶和出清等基本的移动类型。当计轴故障或车站系统故障时，可采取切除跟踪显示，以保证列车的正常跟踪。

ATO 辅助ATP 工作，接收来自ATP 的信息，包括ATP 速度指令、列车实际速度和列车走行距离等。而列车的走行距离是基于列车的定位控制信息。该处列车实际走行的距离需要与车场土建的实际距离、中心界面上显示的走行距离保持一致。当列车运行至复式交分道岔处，为避免在道岔区域范围内丢失定位，需要对道岔距离进行简化，以保证列车定位的准确性。为此在列车运行控制中，针对新型复式交分道岔叉尖的设置进行优化，具体如下。

1）分别将道岔点W0301、W0304、W0101、W0104 的坐标，采用新型复式交分道岔简化前W0304M 或 W0304S、 W0301M 或 W0301S、W0104M 或W0104S、W0101M 或W0101S 的岔尖所在坐标。

2） 从W04 岔尖到W0301 岔尖的轨道长度（D_W04_W0301），采用新型复式交分道岔简化前W04 岔尖到W0304M 岔尖的轨道长度作为设计长度。

3） 从W02 岔尖到W0101 岔尖的轨道长度（D_W0101_W02），采用新型复式交分道岔简化前W02岔尖到W0104M岔尖的轨道长度作为设计长度。

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岔尖的距离，其他类似。

简化后的新型复式交分道岔的操作及显示界面更清晰、简洁，既成功解决了新型复式交分道岔存在的逻辑复杂和道岔控制复杂的问题，又降低了数据配置的风险性。当然对于系统设计，还需要根据具体道岔的结构属性及参数，确定不能布置信标的道岔范围，避免在复式交分道岔区域范围内列车丢失定位，出现ATP 无法自动检测列车实际运行位置的情况。

6 结束语

在城市轨道交通项目中，随着城市的发展，城市土地资源稀缺，后续会有越来越多的CBTC 车场会应用到类似城南车辆段CBTC 区域的新型复式交分道岔，即使是在土建限制的情况下，也可以采用复式交分道岔，以满足作业效率的要求。本文从台州市域铁路S1 线工程应用的经验出发，在满足联锁子系统的逻辑要求和信号设计原则的前提下，提出了一种CBTC 区域内复式交分道岔和交叉渡线相结合的处理方式，实现了CBTC 系统对复示交分道岔进行简化管理的目标，保障了运营作业效率，并为其他采用类似新型复式交分道岔的项目提供参考和借鉴。