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摘 要：针对一种尽头折返站，在W4号道岔故障情况下，研究列车的折返过程，从土建条件、信号系统配置、车辆参数等方面分析制约折返能力的因素，提出优化措施，并提出信号系统可选择折返模式方案，并评估对应方案的折返能力。结合实际运行需求，考虑允许道岔故障情况下保护区段外置，可以提高站前折返能力。
关键词：道岔故障;折返方式;城市轨道交通
中图分类号：U284.48 文献标识码：A
0 引言
折返站的折返能力是决定城市轨道交通的行车能力的关键基础。折返站道岔故障，会直接影响折返效率，进而影响全线行车能力。本文分析研究的折返站站后道岔故障情况下，影响信号系统控制列车折返效率问题。
1 问题的提出
本次研究的A站是有站前站后折返功能车站，如图1所示，W4号道岔为站后折返时必经的道岔，当这组道岔故障时列车的折返形式及效率。
W4号道岔为站后折返列车必经且不是必须转动的道岔故障，组织站前单渡线折返;本次研究的重点是W4号道岔故障时，信号系统进行站前折返形式及效率。
2 折返过程
根据站型和道岔位置关系，在CTC模式下，W4号道岔故障时，列车进行站前折返走行过程是通过X3信号机，经W1、W3反位至站台4G，于X12信号机前停车点停准停稳。当W4号道岔故障时，有以下两种折返过程：
（1）列车从下行X3信号机至上行站台4G进路不能开放，列车于X3信号机前停车，由司机转RM模式控制列车进站手动对标停车。
（2）列车从下行X3信号机至上行站台4G进路部分开放，道岔W1、W3开通侧向，X3信号机点黄灯，保护区段位于X12信号机外方，列车通过X3信号机、经道岔W1、W3侧向后，停在保护区段外方，即站台区域，司机转RM模式控制列车进站手动对标停车。
3 影响因素分析
在站前折返走行過程中，接车进站时间、停站上下客时间，发车出站时间构成了折返效率的组成要素。影响折返效率的因素有多方面。
3.1 土建条件
本次分析的站型是一种尽头式的侧式站台车站，站后同时还接车辆段，车辆段出入库作业与正线运行列车折返作业形成敌对关系。本次研究的侧式站台股道间距离较短，道岔区长度比岛式站台也短，有利于提高折返效率。不同的道岔型号侧向过岔速度不同，道岔号越大的道岔，列车侧向通过速度越高。
3.2 信号系统配置
列车折返过程中，信号系统设置的保护区段长度是关键的配置之一，在CBTC模式下，ATP防护的安全停车点位于保护区段末端，而出站信号机前方的停车点是非安全停车点。保护区段的长度设置应能保证列车在ATP防护下，进站过程中以一次制动的方式停准停稳。而过长的保护区段长度虽能满足停车要求，但会影响站后道岔区段长度，对折返效率有一定影响，也增加了土建投资。不同厂家的保护区段长度设置各有不同，无岔区段或道岔锁闭在直向时的保护区段长度比保护区段为道岔锁闭在侧向时要长。
道岔转动时间和进路办理时间以及CBTC系统参数及特性对折返效率也有影响。
3.3 车辆参数
列车长度直接影响出清站台及折返线的时间;车辆切断牵引延迟时间、紧急制动施加延迟时间、列车加减速度均会影响列车折返时间。
4 对策分析
4.1 优化措施
在土建条件已确定情况下，针对信号系统的优化设计，可以提高折返能。
（1）合理选择信号参数。主要包括ATP系统限制速度和ATO运行速度、制动率调整等。
线路允许最高运行速度可作为列车最高运行速度，信号系统可以此速度控制列车巡航运行。对于设计速度80 km/h城市轨道交通线路来说，列车运行最高限制速度设为87 km/h，列车最高运行速度（ATO）为80 km/h较为符合设计需求。同时，9号曲尖轨道岔侧向列车最高运行速度可调整为35 km/h，列车运行最高限制速度设置为40 km/h。对于折返站来说，提高列车侧向过岔时的列车运行最高限制速度，相应的提升ATP系统限制速度和ATO运行速度可缩短列车在道岔的走行时间，进而有效缩短折返间隔，提高折返效率。
列车ATO常用制动减速率是可调整的参数，需要考虑乘客舒适度以及停车精准度的要求，同时需要考虑安全防护距离的长度，才能起到提高运行效率的目的。
（2）允许道岔故障情况下保护区段外置。W4号道岔故障情况下，站前折返保护进路为4DG不能开放，X3至4G的接车进路无法建立，这是目前多数工程实施中的常规做法。W4道岔定位为开通直向，即使W4道岔故障情况下，保护区段仍然建立，即4DG当做无岔区段，列车可按常规方式进站。该措施可实现正常的站前折返能力。
（3）优化保护区段长度。列车进站停车时，安全停车点位于保护区段末端，非安全停车点位于站台停车点。由于列车常用制动率低于列车紧急制动率，为了保证列车的实际运行曲线不受列车的保护速度影响，在进站过程中以一次制动的方式停车，保护区段应有一定的长度。最小保护区段长度应不小于列车位置不确定性、列车安全制动裕量与最小安全保护距离之和。
4.2 折返能力分析
根据以上措施，站前折返示意如图2所示。W4号道岔时，可以采取的驾驶方式可以有多种，对折返能力有不同的影响。
图2 站前折返示意图
（1）方案一：司机以RM模式驾驶列车自X3信号机始，至站台停车，停准停稳，站台上下客，以ATO模式启动列车尾部出清3DG。
（2）方案二：司机以ATO模式驾驶列车自X3信号机始，至站台驶列车停准停稳，站台上下客，以ATO模式启动列车尾部出清3DG。
（3）方案三：司机以ATO模式驾驶列车自X3信号机始，至站台中部P4点停车，后切换RM模式，人工驾驶至站台端部停准停稳，站台上下客，以ATO模式启动列车尾部出清3DG。 4.3 结果分析
根据不同的驾驶模式，结合车辆ATO常用制动减速率：-0.7 m/s2，折返点最小列车换端时间：13 s等参数，分别计算各方案下的折返能力，如表1所示。
通过上述计算分析，在W4道岔故障情况下，相对于从X3信号机开始司机以RM模式进行站前折返，以ATO模式进站更效率更高。该站最小的追踪间隔时间为102.9 s。
如果提高車辆的过岔速度至30 km/h，有一定的提升效果，如表2所示。车辆在道岔区域走行时间更短，且出口速度也有一定提升，提高过岔速度，对于提升折返能力有一定效果。结合上述计算结果，允许道岔故障情况下保护区段外置对于提高站前折返能力有一定效果。
5 结束语
作为控制列车安全高效运行的关键基础设备，道岔故障情况下，对运营有较大的影响。综合权衡安全和效率要求，在前期土建建筑规划中，信号系统应提前综合行车、线路、建筑、工艺等专业，仔细研究折返站站型配线，及时反馈信号专业的检算结果，科学决策，设计更符合运营需求的线路。对于土建条件已经确定的折返站，可通过信号系统优化设计，适当提高线路的折返效率。
参考文献：
[1]苗沁，周天星.城市轨道交通折返站折返能力分析[J].城市轨道交通研究，2010（11）：57-61+64.
[2]曹宏丽.城市轨道交通站后折返能力影响分析及优化[J].铁道通信信号，2018（3）：93-95.
[3]刘秋生.信号专业折返站折返能力估算与提升措施[J].铁道通信信号，2016（3）：69-71.
[4]城市轨道交通列车通信与运行控制国家重点实验室.城市轨道交通列车运行速度控制导则[S].2017.
[5]陈虹.CBTC中联锁对保护进路分类及处理方法[J].铁路通信信号工程技术，2018（8）：47-50.
[6]郑晓民.广州地铁5号线终点站道岔故障模式下的行车组织[J].城市轨道交通研究，2016（8）：78-82.
[7]张增勇，毛保华，蒋玉混，等.基于牵引计算的城市轨道交通站后折返站能力计算方法[J].系统工程理论与实践，2013（2）：450-455
[8]马琳，陈德旺.基于单车仿真和作图解析的城轨折返能力分析方法[J].系统仿真技术，2011（4）：288-293.
[9]国家铁路局.TBT3027-2015铁路车站计算机联锁技术条件[S].北京：中国铁道出版社，2015.
关键词：道岔故障;折返方式;城市轨道交通
中图分类号：U284.48 文献标识码：A
0 引言
折返站的折返能力是决定城市轨道交通的行车能力的关键基础。折返站道岔故障，会直接影响折返效率，进而影响全线行车能力。本文分析研究的折返站站后道岔故障情况下，影响信号系统控制列车折返效率问题。
1 问题的提出
本次研究的A站是有站前站后折返功能车站，如图1所示，W4号道岔为站后折返时必经的道岔，当这组道岔故障时列车的折返形式及效率。
W4号道岔为站后折返列车必经且不是必须转动的道岔故障，组织站前单渡线折返;本次研究的重点是W4号道岔故障时，信号系统进行站前折返形式及效率。
2 折返过程
根据站型和道岔位置关系，在CTC模式下，W4号道岔故障时，列车进行站前折返走行过程是通过X3信号机，经W1、W3反位至站台4G，于X12信号机前停车点停准停稳。当W4号道岔故障时，有以下两种折返过程：
（1）列车从下行X3信号机至上行站台4G进路不能开放，列车于X3信号机前停车，由司机转RM模式控制列车进站手动对标停车。
（2）列车从下行X3信号机至上行站台4G进路部分开放，道岔W1、W3开通侧向，X3信号机点黄灯，保护区段位于X12信号机外方，列车通过X3信号机、经道岔W1、W3侧向后，停在保护区段外方，即站台区域，司机转RM模式控制列车进站手动对标停车。
3 影响因素分析
在站前折返走行過程中，接车进站时间、停站上下客时间，发车出站时间构成了折返效率的组成要素。影响折返效率的因素有多方面。
3.1 土建条件
本次分析的站型是一种尽头式的侧式站台车站，站后同时还接车辆段，车辆段出入库作业与正线运行列车折返作业形成敌对关系。本次研究的侧式站台股道间距离较短，道岔区长度比岛式站台也短，有利于提高折返效率。不同的道岔型号侧向过岔速度不同，道岔号越大的道岔，列车侧向通过速度越高。
3.2 信号系统配置
列车折返过程中，信号系统设置的保护区段长度是关键的配置之一，在CBTC模式下，ATP防护的安全停车点位于保护区段末端，而出站信号机前方的停车点是非安全停车点。保护区段的长度设置应能保证列车在ATP防护下，进站过程中以一次制动的方式停准停稳。而过长的保护区段长度虽能满足停车要求，但会影响站后道岔区段长度，对折返效率有一定影响，也增加了土建投资。不同厂家的保护区段长度设置各有不同，无岔区段或道岔锁闭在直向时的保护区段长度比保护区段为道岔锁闭在侧向时要长。
道岔转动时间和进路办理时间以及CBTC系统参数及特性对折返效率也有影响。
3.3 车辆参数
列车长度直接影响出清站台及折返线的时间;车辆切断牵引延迟时间、紧急制动施加延迟时间、列车加减速度均会影响列车折返时间。
4 对策分析
4.1 优化措施
在土建条件已确定情况下，针对信号系统的优化设计，可以提高折返能。
（1）合理选择信号参数。主要包括ATP系统限制速度和ATO运行速度、制动率调整等。
线路允许最高运行速度可作为列车最高运行速度，信号系统可以此速度控制列车巡航运行。对于设计速度80 km/h城市轨道交通线路来说，列车运行最高限制速度设为87 km/h，列车最高运行速度（ATO）为80 km/h较为符合设计需求。同时，9号曲尖轨道岔侧向列车最高运行速度可调整为35 km/h，列车运行最高限制速度设置为40 km/h。对于折返站来说，提高列车侧向过岔时的列车运行最高限制速度，相应的提升ATP系统限制速度和ATO运行速度可缩短列车在道岔的走行时间，进而有效缩短折返间隔，提高折返效率。
列车ATO常用制动减速率是可调整的参数，需要考虑乘客舒适度以及停车精准度的要求，同时需要考虑安全防护距离的长度，才能起到提高运行效率的目的。
（2）允许道岔故障情况下保护区段外置。W4号道岔故障情况下，站前折返保护进路为4DG不能开放，X3至4G的接车进路无法建立，这是目前多数工程实施中的常规做法。W4道岔定位为开通直向，即使W4道岔故障情况下，保护区段仍然建立，即4DG当做无岔区段，列车可按常规方式进站。该措施可实现正常的站前折返能力。
（3）优化保护区段长度。列车进站停车时，安全停车点位于保护区段末端，非安全停车点位于站台停车点。由于列车常用制动率低于列车紧急制动率，为了保证列车的实际运行曲线不受列车的保护速度影响，在进站过程中以一次制动的方式停车，保护区段应有一定的长度。最小保护区段长度应不小于列车位置不确定性、列车安全制动裕量与最小安全保护距离之和。
4.2 折返能力分析
根据以上措施，站前折返示意如图2所示。W4号道岔时，可以采取的驾驶方式可以有多种，对折返能力有不同的影响。
图2 站前折返示意图
（1）方案一：司机以RM模式驾驶列车自X3信号机始，至站台停车，停准停稳，站台上下客，以ATO模式启动列车尾部出清3DG。
（2）方案二：司机以ATO模式驾驶列车自X3信号机始，至站台驶列车停准停稳，站台上下客，以ATO模式启动列车尾部出清3DG。
（3）方案三：司机以ATO模式驾驶列车自X3信号机始，至站台中部P4点停车，后切换RM模式，人工驾驶至站台端部停准停稳，站台上下客，以ATO模式启动列车尾部出清3DG。 4.3 结果分析
根据不同的驾驶模式，结合车辆ATO常用制动减速率：-0.7 m/s2，折返点最小列车换端时间：13 s等参数，分别计算各方案下的折返能力，如表1所示。
通过上述计算分析，在W4道岔故障情况下，相对于从X3信号机开始司机以RM模式进行站前折返，以ATO模式进站更效率更高。该站最小的追踪间隔时间为102.9 s。
如果提高車辆的过岔速度至30 km/h，有一定的提升效果，如表2所示。车辆在道岔区域走行时间更短，且出口速度也有一定提升，提高过岔速度，对于提升折返能力有一定效果。结合上述计算结果，允许道岔故障情况下保护区段外置对于提高站前折返能力有一定效果。
5 结束语
作为控制列车安全高效运行的关键基础设备，道岔故障情况下，对运营有较大的影响。综合权衡安全和效率要求，在前期土建建筑规划中，信号系统应提前综合行车、线路、建筑、工艺等专业，仔细研究折返站站型配线，及时反馈信号专业的检算结果，科学决策，设计更符合运营需求的线路。对于土建条件已经确定的折返站，可通过信号系统优化设计，适当提高线路的折返效率。
参考文献：
[1]苗沁，周天星.城市轨道交通折返站折返能力分析[J].城市轨道交通研究，2010（11）：57-61+64.
[2]曹宏丽.城市轨道交通站后折返能力影响分析及优化[J].铁道通信信号，2018（3）：93-95.
[3]刘秋生.信号专业折返站折返能力估算与提升措施[J].铁道通信信号，2016（3）：69-71.
[4]城市轨道交通列车通信与运行控制国家重点实验室.城市轨道交通列车运行速度控制导则[S].2017.
[5]陈虹.CBTC中联锁对保护进路分类及处理方法[J].铁路通信信号工程技术，2018（8）：47-50.
[6]郑晓民.广州地铁5号线终点站道岔故障模式下的行车组织[J].城市轨道交通研究，2016（8）：78-82.
[7]张增勇，毛保华，蒋玉混，等.基于牵引计算的城市轨道交通站后折返站能力计算方法[J].系统工程理论与实践，2013（2）：450-455
[8]马琳，陈德旺.基于单车仿真和作图解析的城轨折返能力分析方法[J].系统仿真技术，2011（4）：288-293.
[9]国家铁路局.TBT3027-2015铁路车站计算机联锁技术条件[S].北京：中国铁道出版社，2015.