張大濤

（湖南中車時(shí)代通信信號(hào)有限公司 北京分公司，北京 100079）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中以通信技術(shù)為基礎(chǔ)的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（communication based train control system，CBTC）[1]得到了廣泛應(yīng)用，成為一種重要的運(yùn)營(yíng)制式。CBTC 系統(tǒng)顯著提高了城軌交通的運(yùn)營(yíng)效率，縮短了運(yùn)營(yíng)間隔時(shí)間，提高了自動(dòng)化水平，是軌道交通信號(hào)領(lǐng)域技術(shù)的重大進(jìn)步。

CBTC 信號(hào)系統(tǒng)由列車自動(dòng)監(jiān)控子系統(tǒng)（automatic train supervision，ATS）、列車自動(dòng)防護(hù)/自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)（automatic train protection/automatic train operation，ATP/ATO）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖子系統(tǒng)（computer interlocking，CI）和數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)（data communication system，DCS）組成[2]，各子系統(tǒng)協(xié)同保障列車運(yùn)行安全。CI 是CBTC 的核心基礎(chǔ)設(shè)備，其通過建立進(jìn)路以保證行車安全。在CBTC 系統(tǒng)中，CI 既要設(shè)置傳統(tǒng)的進(jìn)路，還需設(shè)置保護(hù)區(qū)段，以實(shí)現(xiàn)列車高速安全運(yùn)行和精確停車。在CBTC 模式和后備模式下運(yùn)行時(shí)，均須設(shè)置保護(hù)區(qū)段，其長(zhǎng)度依據(jù)列車運(yùn)行速度和線路條件進(jìn)行計(jì)算。保護(hù)區(qū)段一般由主進(jìn)路阻擋信號(hào)機(jī)內(nèi)方的一個(gè)或多個(gè)物理區(qū)段構(gòu)成；物理區(qū)段含有道岔的，則根據(jù)道岔開通位置設(shè)有多個(gè)保護(hù)方向。在信號(hào)系統(tǒng)中合理設(shè)置保護(hù)區(qū)段，對(duì)保障安全、提高效率有很大的作用；若設(shè)置不合理，雖仍能保障安全，但會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)效率造成很大的影響。為此，本文對(duì)各種線路場(chǎng)景進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)置保護(hù)區(qū)段的原則進(jìn)行約定，為信號(hào)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

1 保護(hù)區(qū)段的作用

CBTC 系統(tǒng)中ATS 下發(fā)建立保護(hù)區(qū)段的命令，CI鎖閉保護(hù)區(qū)段后發(fā)送信息給ATP，ATP 將其狀態(tài)信息作為超速防護(hù)計(jì)算的依據(jù)，使列車安全運(yùn)行并精確停車[3]。保護(hù)區(qū)長(zhǎng)度為以進(jìn)路終端信號(hào)機(jī)所對(duì)應(yīng)的計(jì)軸磁頭為起點(diǎn)、以信號(hào)機(jī)內(nèi)方為終點(diǎn)的區(qū)間距離[4]。對(duì)該距離的計(jì)算綜合考慮了系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間、司機(jī)反應(yīng)時(shí)間、通信延時(shí)、線路限速和列車制動(dòng)率等因素。保護(hù)區(qū)段的作用主要有：

（1）使列車快速進(jìn)站。在ATO 曲線和ATP 曲線的控制下，列車快速進(jìn)站，則ATO 曲線的制動(dòng)點(diǎn)在出站信號(hào)機(jī)外方、ATP 防護(hù)曲線制動(dòng)點(diǎn)在出站信號(hào)機(jī)內(nèi)方，ATO 制動(dòng)點(diǎn)與ATP 制動(dòng)點(diǎn)之間的區(qū)域就是保護(hù)區(qū)段。保護(hù)區(qū)段若被設(shè)置得過短，則會(huì)降低ATO 速度，影響進(jìn)站效率；保護(hù)區(qū)段若被設(shè)置得過長(zhǎng)，則會(huì)延遲列車進(jìn)站時(shí)機(jī)，降低運(yùn)營(yíng)效率并增加建設(shè)成本。

（2）使列車靠近站臺(tái)終端停車。ATO 曲線制動(dòng)點(diǎn)一般為運(yùn)營(yíng)停車點(diǎn)，在出站信號(hào)機(jī)外方。若不設(shè)置保護(hù)區(qū)段，則ATP防護(hù)曲線制動(dòng)點(diǎn)將出現(xiàn)在出站信號(hào)機(jī)外方，ATO 曲線制動(dòng)點(diǎn)則遠(yuǎn)離信號(hào)機(jī)，從而使列車無法在停車點(diǎn)處停車；若設(shè)置保護(hù)區(qū)段，則ATP 防護(hù)曲線制動(dòng)點(diǎn)出現(xiàn)在出站信號(hào)機(jī)內(nèi)方，ATO曲線制動(dòng)點(diǎn)將靠近信號(hào)機(jī)，使得列車能夠在靠近停車點(diǎn)處停車。

（3）列車冒進(jìn)信號(hào)機(jī)的安全防護(hù)。在主進(jìn)路辦理成功后，鎖閉保護(hù)區(qū)段，對(duì)設(shè)備元素（如區(qū)段、道岔）加設(shè)保護(hù)鎖。司機(jī)駕駛時(shí)根據(jù)信號(hào)行車，一旦出現(xiàn)冒進(jìn)信號(hào)，系統(tǒng)將通過保護(hù)鎖禁止道岔動(dòng)作、敵對(duì)進(jìn)路不能建立等限制條件來保障列車安全[5]。

（4）車門與屏蔽門的精確對(duì)準(zhǔn)。保護(hù)區(qū)段鎖閉可使列車高速進(jìn)站、靠近停車點(diǎn)處停車，便捷地實(shí)現(xiàn)列車精確停車，保證車門和屏蔽門安全高效地聯(lián)動(dòng)[6]。

2 保護(hù)區(qū)段設(shè)置原則和原理分析

保護(hù)區(qū)段長(zhǎng)度依據(jù)列車運(yùn)行速度、制動(dòng)率、列車重量及線路限速等條件進(jìn)行計(jì)算，其原則上不少于50 m。在CBTC 模式下，CI 根據(jù)ATP 發(fā)送的邏輯區(qū)段狀態(tài)信息鎖閉保護(hù)區(qū)段；在后備模式下，CI 根據(jù)物理區(qū)段狀態(tài)信息鎖閉保護(hù)區(qū)段。為使兩種模式下保護(hù)區(qū)段的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，統(tǒng)一保護(hù)區(qū)段設(shè)置并采用物理區(qū)段長(zhǎng)度，其設(shè)置原則上須滿足以下要求：

（1）保護(hù)區(qū)段長(zhǎng)度不小于50 m；若小于50 m，則需降低列車接近速度。

（2）所采用的物理區(qū)段長(zhǎng)度需滿足ATP 要求；若單一物理區(qū)段長(zhǎng)度不滿足要求，則需增加本區(qū)段長(zhǎng)度或把臨近區(qū)段長(zhǎng)度并入[7]。

（3）列車需在站臺(tái)軌、折返軌等區(qū)域進(jìn)行精確停車，其保護(hù)區(qū)段長(zhǎng)度至少應(yīng)為50 m，列車可高速接近停車點(diǎn)。

（4）保護(hù)區(qū)段有道岔的，需根據(jù)道岔開通位置信息設(shè)置多個(gè)保護(hù)方向。

基于以上原則，分別對(duì)正線的區(qū)間、站臺(tái)、折返軌、停車線、段/場(chǎng)與正線銜接的轉(zhuǎn)換軌處進(jìn)行分析,制定出合理的保護(hù)區(qū)段設(shè)置原則，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)。

2.1 區(qū)間保護(hù)區(qū)段

基于保護(hù)區(qū)段的設(shè)置原則，在站與站之間的區(qū)間需要根據(jù)不同場(chǎng)景進(jìn)行分析，制定具體的設(shè)置方案，以確保信號(hào)系統(tǒng)在區(qū)間指揮列車運(yùn)營(yíng)的高效性和靈活性。

2.1.1 無道岔區(qū)間

兩站臺(tái)之間區(qū)域被定義為區(qū)間，圖1 示出無道岔區(qū)間信號(hào)布置示意。圖中，S2 為A 站出站信號(hào)機(jī)，S4 為區(qū)間信號(hào)機(jī)；T2，T4，T6，T8 和T10 為物理區(qū)段，每個(gè)區(qū)段根據(jù)長(zhǎng)度被劃分一個(gè)或多個(gè)邏輯區(qū)段并用A，B，C 等表示。S2 信號(hào)機(jī)到S4 信號(hào)機(jī)的進(jìn)路用“S2-＞S4”表示，其是從站A 向區(qū)間的發(fā)車進(jìn)路；S4-＞S6 為區(qū)間駛向站B 的進(jìn)站進(jìn)路。站臺(tái)兩端磁頭之間區(qū)域被稱為站臺(tái)軌，圖1 中T2 為站臺(tái)軌。列車A 從T2 向區(qū)間發(fā)車，列車B 在T8 上運(yùn)行。

圖1 無道岔區(qū)間信號(hào)布置示意Fig.1 Signal layout diagram of a railway section without switch

若S2-＞S4 設(shè)置有外置保護(hù)區(qū)段T8，在CBTC 模式下，列車A 從T2 向區(qū)間發(fā)車，S2-＞S4 建立成功，S2 點(diǎn)滅綠，列車A 因保護(hù)區(qū)段T8 被占用而運(yùn)行到S4外方一個(gè)保護(hù)區(qū)段長(zhǎng)度的位置處停車。在后備模式下，列車A 從站臺(tái)軌T2 向區(qū)間發(fā)車，S2-＞S4 因保護(hù)區(qū)段T8 被占用而建立失敗，S2 保持紅燈，列車A 無法出站。基于以上分析，對(duì)無道岔區(qū)間，終端在區(qū)間的進(jìn)路設(shè)置外置保護(hù)區(qū)段，若保護(hù)區(qū)段被占用，則會(huì)導(dǎo)致列車無法出站或停在信號(hào)機(jī)外方，嚴(yán)重影響了運(yùn)營(yíng)效率和靈活性。

若S2-＞S4 設(shè)置有內(nèi)置保護(hù)區(qū)段，T8 不是排列進(jìn)路，則需要檢查元素。在CBTC 模式下，列車A 從T2 向區(qū)間發(fā)車，S2-＞S4 建立成功，S2 點(diǎn)滅綠，列車A 運(yùn)行到S4外方一個(gè)保護(hù)區(qū)段長(zhǎng)度的位置處停車。在后備模式下，列車A 從T2 向區(qū)間發(fā)車，S2-＞S4 建立成功，S2 點(diǎn)亮綠，列車A運(yùn)行到S4外方一個(gè)保護(hù)區(qū)段長(zhǎng)度的位置處停車?；谝陨戏治?，對(duì)無道岔區(qū)間，終端在區(qū)間的進(jìn)路設(shè)置內(nèi)置保護(hù)區(qū)段，即使終端信號(hào)機(jī)內(nèi)方區(qū)段被占用，也不會(huì)導(dǎo)致列車無法出站，提高了運(yùn)營(yíng)效率和靈活性。

2.1.2 有道岔區(qū)間

圖2 示出有道岔區(qū)間信號(hào)布置示意。圖中，S2 為站臺(tái)A 的出站信號(hào)機(jī)；S4 為區(qū)間信號(hào)機(jī)；T2，T4，T6，T8，T10 和T12 為物理區(qū)段；在T8 有P1 道岔。列車A 從T2 向區(qū)間發(fā)車，列車B 在T8 上運(yùn)行。

圖2 有道岔區(qū)間信號(hào)布置示意Fig.2 Signal layout diagram of a railway section with switch

若S2-＞S4 設(shè)置有外置保護(hù)區(qū)段T8，在CBTC 模式下，列車A 從T2 向區(qū)間發(fā)車，S2-＞S4 建立成功，S2 點(diǎn)滅綠，列車A 因T8 被占用而運(yùn)行到S4 外方一定距離處停車。在后備模式下，列車A 從T2 向區(qū)間發(fā)車，S2-＞S4 因保護(hù)區(qū)段T8 被占用而建立失敗，S2 保持紅燈，列車A 無法出站?；谝陨戏治?，對(duì)有道岔區(qū)間的進(jìn)路設(shè)置外置保護(hù)區(qū)段。若保護(hù)區(qū)段被占用，則會(huì)導(dǎo)致列車無法出站或停在信號(hào)機(jī)外方，嚴(yán)重制約了運(yùn)營(yíng)靈活性和效率的發(fā)揮。

若S2-＞S4 設(shè)置有內(nèi)置保護(hù)區(qū)段，在CBTC 模式下，列車A 從T2 向區(qū)間發(fā)車，S2-＞S4 建立成功，S2 點(diǎn)滅綠，列車A 運(yùn)行到S4 外方一定距離處停車。在后備模式下，列車A 從T2 向區(qū)間發(fā)車，S2-＞S4 建立成功，S2 點(diǎn)亮綠燈，列車A 正常出站?；谝陨戏治?，對(duì)有道岔區(qū)間，終端在區(qū)間的進(jìn)路設(shè)置內(nèi)置保護(hù)區(qū)段，即使終端信號(hào)機(jī)內(nèi)方區(qū)段被占用，也不會(huì)導(dǎo)致列車無法出站，提高了運(yùn)營(yíng)效率和靈活性。

2.1.3 區(qū)間大小交路運(yùn)營(yíng)

列車A 經(jīng)過P1 道岔的側(cè)向小交路運(yùn)營(yíng)，如圖3 中①所示，列車B 經(jīng)過P1 道岔的直向大交路運(yùn)營(yíng)，如圖3中②所示。若S2-＞S4 進(jìn)路有設(shè)置外置保護(hù)區(qū)段T8，在CBTC 模式下，列車B 將P1 鎖定在直向位置，列車B在離開T8 后，去除對(duì)P1 和T8 的鎖閉；系統(tǒng)檢查到T8和P1 被釋放，但因列車A 離P1 很近，為保障行車安全，自動(dòng)在P1當(dāng)前位置將T8和P1鎖閉。列車A小交路運(yùn)行，需要建立P1 側(cè)向進(jìn)路，但P1 被鎖在直向位置，進(jìn)路建立不成功，導(dǎo)致列車A 非預(yù)期停車；在保護(hù)鎖延時(shí)30 s被去除后，P1 側(cè)向進(jìn)路開始建立，列車A 再重新啟動(dòng)運(yùn)行。在大運(yùn)量的線路上，這種保護(hù)區(qū)段設(shè)置方式嚴(yán)重影響了運(yùn)營(yíng)效率。

圖3 區(qū)間大小交路運(yùn)營(yíng)示意Fig.3 Schematic diagram of running in railway section

若S2-＞S4 設(shè)置有內(nèi)置保護(hù)區(qū)段，列車B 在離開T8 后，去除P1 和T8 的鎖閉；系統(tǒng)檢查到T8 和P1 被釋放后，自動(dòng)為列車A 建立P1 側(cè)向的進(jìn)路，列車A 不停車通過P1 側(cè)向，這種保護(hù)區(qū)段設(shè)置方式提高了運(yùn)營(yíng)效率和靈活性。

另外，列車在正線區(qū)間高速通過，即便列車停車，ATP 也不會(huì)向CI 發(fā)送停穩(wěn)信息，只有通過延時(shí)的手段解鎖保護(hù)區(qū)段[8]?？梢姡瑢?duì)區(qū)間大小交路運(yùn)營(yíng)，外置保護(hù)區(qū)段嚴(yán)重制約了運(yùn)營(yíng)靈活性和效率的發(fā)揮，保護(hù)區(qū)段設(shè)置應(yīng)采用內(nèi)置方式才有利于提高運(yùn)營(yíng)效率和運(yùn)營(yíng)組織的靈活性。

2.2 非折返站保護(hù)區(qū)段

基于保護(hù)區(qū)段的設(shè)計(jì)原則，在站臺(tái)也需要根據(jù)不同場(chǎng)景進(jìn)行分析，制定具體的設(shè)置方案，以確保信號(hào)系統(tǒng)在站臺(tái)指揮列車運(yùn)營(yíng)的高效率和高靈活性。

2.2.1 無道岔站臺(tái)

無道岔站臺(tái)信號(hào)布置如圖4 所示，其中T6 為站臺(tái)軌；S2 為區(qū)間信號(hào)機(jī)，S4 為出站信號(hào)機(jī)；T2，T4，T6，T8 為物理區(qū)段。列車A 從區(qū)間進(jìn)入站臺(tái)A，列車B 運(yùn)行在下一區(qū)間。因站臺(tái)要上下客，需要車門與屏蔽門精確對(duì)位，且列車要高速進(jìn)站，而站臺(tái)延長(zhǎng)的工程成本很大，為此，到站臺(tái)的進(jìn)路需設(shè)置外置保護(hù)區(qū)段。

圖4 無道岔站臺(tái)信號(hào)布置示意Fig.4 Signals layout of a platform without switch

如圖4 所示，S2-＞S4 設(shè)置有外置保護(hù)區(qū)段T8，列車A 從區(qū)間駛向站臺(tái)A。在CBTC 模式下，S2-＞S4 建立成功，S2 點(diǎn)滅綠，因T8 被占用，列車運(yùn)行到站臺(tái)外方停車；列車B 駛離T8 后，保護(hù)區(qū)段自動(dòng)建立，列車A 高速進(jìn)站并與屏蔽門精確對(duì)位后停車。在后備模式下，只有在保護(hù)區(qū)段T8 出清，S2-＞S4 才能建立成功，S2點(diǎn)亮綠，列車A 高速進(jìn)站并精確停車。

2.2.2 有道岔站臺(tái)

有道岔站臺(tái)信號(hào)布置示意如圖5 所示，其中S2 為區(qū)間信號(hào)機(jī)，S4 為出站信號(hào)機(jī)；T2，T4，T6，T8 為物理區(qū)段，在T8區(qū)段有P1道岔。列車A從區(qū)間駛向站臺(tái)A，列車B 在T8 上運(yùn)行。

圖5 有道岔站臺(tái)信號(hào)布置示意Fig.5 Signal layout of a platform with switch

如圖5 所示，S2-＞S4 設(shè)置有外置保護(hù)區(qū)段T8，列車A 從區(qū)間向站臺(tái)A 發(fā)車。在CBTC 模式下，S2-＞S4建立成功，S2 點(diǎn)滅綠，但因T8 被占用，列車A 運(yùn)行到站臺(tái)外方停車；在列車B 離開T8 后，保護(hù)區(qū)段自動(dòng)建立并鎖閉P1，列車A 高速進(jìn)站并精確停車。在后備模式下，只有在T8 空閑且P1 位置正確時(shí)，S2-＞S4 才能建立成功，此時(shí)S2 點(diǎn)亮綠，列車A 高速進(jìn)站并精確停車。

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，列車高速進(jìn)站并精確停車后，ATP會(huì)向CI 發(fā)送停穩(wěn)信息，保護(hù)區(qū)段馬上解鎖。針對(duì)有道岔和無道岔站臺(tái)，其保護(hù)區(qū)段設(shè)置采用外置方式，不僅有利于提高運(yùn)營(yíng)效率和運(yùn)營(yíng)組織的靈活性，而且還能夠節(jié)省建設(shè)成本。

2.2.3 站臺(tái)大小交路運(yùn)營(yíng)

列車A 經(jīng)過P1 道岔的側(cè)向小交路運(yùn)營(yíng)，如圖6 中①所示，列車B 經(jīng)過P1 道岔的直向大交路運(yùn)營(yíng)，如圖6中②所示。S2-＞S4 設(shè)置外置保護(hù)區(qū)段T8，在CBTC 模式下，列車B 運(yùn)行時(shí)將P1 鎖定在直向位置，列車B 離開T8 后，去除P1 和T8 的保護(hù)鎖，系統(tǒng)自動(dòng)為列車A建立保護(hù)區(qū)段并將T8 和P1 鎖閉。若列車A 沒有壓上T6，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)P1 道岔到側(cè)向后鎖閉T8 和P1；若列車A 已壓上站臺(tái)軌，根據(jù)P1 當(dāng)前位置把T8 和P1 鎖閉。列車A 高速進(jìn)站并精確停車后，立即向CI 發(fā)送停穩(wěn)信息并解除T8 和P1 的鎖閉，即使P1 被鎖閉在直向位置，系統(tǒng)也可很快排列出P1 側(cè)向進(jìn)路，S4 被開放，列車A繼續(xù)運(yùn)行[9]。

圖6 站臺(tái)大小交路運(yùn)營(yíng)示意Fig.6 Schematic diagram of running in platform

列車在站臺(tái)一般需要高速進(jìn)站并保證車門與屏蔽門精確對(duì)位，以方便乘客上下。此外，為節(jié)省工程建設(shè)的成本，到站臺(tái)的進(jìn)路設(shè)置一般采用外置保護(hù)區(qū)段的方式。

2.3 折返站保護(hù)區(qū)段

折返站指列車在此站經(jīng)換端操作后進(jìn)入另一方向的線路運(yùn)行，圖7 示出折返站臺(tái)信號(hào)布置示意。圖中，站A 為折返站；T1～T7，T9 為物理區(qū)段，T1 為折返軌；S4 為折入信號(hào)機(jī)，X3 為折出信號(hào)機(jī)，X1 和S6 為盡頭線信號(hào)機(jī)。進(jìn)入站臺(tái)A 的進(jìn)路為S2-＞S4，折入進(jìn)路為S4-＞X1，折出進(jìn)路為X3-＞X7；列車A 正在進(jìn)站，列車B 駛?cè)胝鄯弟壵趽Q端。

如圖7 所示，S2-＞S4 保護(hù)區(qū)段設(shè)置采用外置方式，根據(jù)P1 的位置，保護(hù)區(qū)段有直向保護(hù)和側(cè)向保護(hù)。列車在折返軌精確停車后進(jìn)行換端，S4-＞X1 需設(shè)置保護(hù)區(qū)段。若折返軌足夠長(zhǎng)，則可內(nèi)置；否則采用外置方式。由于X3-＞X7 為折出進(jìn)路并為進(jìn)站進(jìn)路，因此需要設(shè)置外置保護(hù)區(qū)段。

圖7 折返站臺(tái)信號(hào)布置示意Fig.7 Signals layout of turn back platform

列車A 進(jìn)入站臺(tái)，需要對(duì)T6 和P1/P2 進(jìn)行保護(hù)鎖閉；列車B 換端后，需建立X3-＞X7 的折出進(jìn)路。若為列車A 建立P1/P2 側(cè)向保護(hù)區(qū)段，則列車A 在進(jìn)站停穩(wěn)前，列車B 的折出進(jìn)路X3-＞X7 無法建立成功，這對(duì)運(yùn)營(yíng)效率會(huì)有很大的影響，為此，折返站進(jìn)站進(jìn)路的保護(hù)方向優(yōu)先考慮直向[10]。

2.4 存車線保護(hù)區(qū)段

列車可在存車線路上存放進(jìn)行待避，如圖8 所示的T7 物理區(qū)段。S6-＞S8、X11-＞S8、X3-＞X9 為進(jìn)入存車線進(jìn)路，X9-＞X13、X9-＞S2、S8-＞X1 為駛出存車線進(jìn)路。下面主要對(duì)駛?cè)氪孳嚲€進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段設(shè)置原則進(jìn)行分析；駛離存車線進(jìn)路按照進(jìn)路終端是在區(qū)間或在站臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，這里不再進(jìn)行分析。

圖8 存車線信號(hào)布置示意Fig.8 Signal layout of storage line

存車線與主線路通過單動(dòng)道岔相連接，如T7 與T3通過P5 相連接，對(duì)端駛?cè)氪孳嚲€的進(jìn)路保護(hù)區(qū)段宜采用內(nèi)置保護(hù)區(qū)段。如S6-＞S8，X11-＞S8 的保護(hù)區(qū)段，若采用外置方式，即為P5 側(cè)向區(qū)域；進(jìn)路建立后，P5 被保護(hù)鎖閉為側(cè)向，此時(shí)通向X3 的進(jìn)路則不能建立，這對(duì)運(yùn)營(yíng)組織有較大影響。因此，該運(yùn)營(yíng)條件下的進(jìn)路保護(hù)區(qū)段宜采用內(nèi)置方式。若必須采用外置方式，在列車運(yùn)行圖中需考慮列車沖突檢查，以減少對(duì)運(yùn)營(yíng)效率的影響[11]。

存車線與主線路通過渡線道岔相連接，T7 與T4、T11 線路通過P2/P1、P3/P4 連接，從對(duì)端駛?cè)氪孳嚲€進(jìn)路保護(hù)區(qū)段可采用外置方式，優(yōu)先道岔直向保護(hù)位置。X3-＞X9 保護(hù)區(qū)段采用外置方式，其保護(hù)位置有P3 直向和P2 直向、P3/P4 側(cè)向、P3 直向和P2/P1 側(cè)向。X3-＞X9 建立保護(hù)區(qū)段中，道岔位置優(yōu)先鎖閉在P3 直向和P2 直向位置，通過S6，X7 和X11 的進(jìn)路可正常建立，對(duì)運(yùn)營(yíng)組織沒有影響；若保護(hù)區(qū)段中道岔被鎖閉在其他位置，以S6，X7，X11 為始端的進(jìn)路都不能被建立，這對(duì)運(yùn)營(yíng)將產(chǎn)生影響，需要對(duì)運(yùn)行圖進(jìn)行沖突檢查處理。

2.5 轉(zhuǎn)換軌保護(hù)區(qū)段

轉(zhuǎn)換軌為正線與段/場(chǎng)接軌的區(qū)域，如圖9 所示的T1 物理區(qū)段，列車在轉(zhuǎn)換軌實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)或非運(yùn)營(yíng)之間的轉(zhuǎn)換。X1-＞X5 作為進(jìn)入正線進(jìn)路投入運(yùn)營(yíng)，X3-＞XR作為駛出正線進(jìn)路退出運(yùn)營(yíng)；另外，XC-＞X1 為段/場(chǎng)駛?cè)朕D(zhuǎn)換軌進(jìn)路。

圖9 轉(zhuǎn)換軌信號(hào)布置示意Fig.9 Signal layout of transfer track

列車在轉(zhuǎn)換軌需要精確停車，并盡快完成篩選，升級(jí)到CTC 投入運(yùn)營(yíng)。如圖9 所示，XC-＞X1 設(shè)置有外置保護(hù)區(qū)段T3，列車A 在T5 進(jìn)行折返作業(yè)，S4-＞X3需設(shè)置保護(hù)區(qū)段T3，從而XC-＞X1 和S4-＞X3 互為敵對(duì)進(jìn)路。出段/場(chǎng)進(jìn)路與折返進(jìn)路都采用外置保護(hù)區(qū)段的方式，任一方進(jìn)路的排列都會(huì)導(dǎo)致另一方進(jìn)路不能被建立，從而嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)效率，為此折返進(jìn)路需采取內(nèi)置保護(hù)區(qū)段的方式。

列車進(jìn)入轉(zhuǎn)換軌所需的進(jìn)路設(shè)置有外置保護(hù)區(qū)段，在正線與段/場(chǎng)交界處需要征用對(duì)方的區(qū)段作為本方進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段，如X3-＞XR 設(shè)置的保護(hù)區(qū)段T101 為段/場(chǎng)區(qū)段。為提高列車出段/場(chǎng)效率，T3 一般被劃分為兩個(gè)物理區(qū)段（T3-1 和T3-2），在列車通過T3-1 進(jìn)入T3-2 后，下一條出段/場(chǎng)進(jìn)路就可以建立成功，提高了運(yùn)營(yíng)效率和運(yùn)營(yíng)組織的靈活性。

2.6 保護(hù)區(qū)段設(shè)置原則

通過2.1～2.5 節(jié)對(duì)區(qū)間、站臺(tái)、折返軌、停車線和轉(zhuǎn)換軌的保護(hù)區(qū)段設(shè)置的分析，正線各種線路場(chǎng)景下保護(hù)區(qū)段設(shè)置原則如下：

（1）終端在區(qū)間進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段采用內(nèi)置方式。

（2）終端在站臺(tái)進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段采用外置方式。

（3）折返軌與段/場(chǎng)不相連接，折入進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段采用內(nèi)置或外置方式均可。

（4）折返軌與段/場(chǎng)相連接，折入進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段采用內(nèi)置方式[12]。

（5）存車線與正線通過單動(dòng)道岔相連接，對(duì)端駛?cè)氪孳嚲€進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段，宜采用內(nèi)置方式；若為外置方式，則需檢查列車沖突。

（6）存車線與正線通過渡線道岔相連接，對(duì)端駛?cè)氪孳嚲€進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段可采用外置方式，優(yōu)先選擇對(duì)正線影響小的保護(hù)方向。

（7）段/場(chǎng)駛?cè)朕D(zhuǎn)換軌進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段采用外置方式。

（8）正線與段/場(chǎng)交界處進(jìn)路的保護(hù)區(qū)段采用外置方式，保護(hù)區(qū)段宜采用對(duì)方站的物理區(qū)段。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

長(zhǎng)沙軌道交通4 號(hào)線一期工程線路全長(zhǎng)33.5 km，設(shè)有25 座車站（其中換乘站13 座），全線列車6 輛編組，初期配屬車數(shù)量為32 列/192 輛。系統(tǒng)儲(chǔ)備運(yùn)能按照大交路開行對(duì)數(shù)20 對(duì)/h、小交路開行對(duì)數(shù)10 對(duì)/h 的列車控制規(guī)模設(shè)置。全線有道岔57 組、信號(hào)機(jī)153 架、進(jìn)路251 條，每條進(jìn)路都需要設(shè)置保護(hù)區(qū)段，每個(gè)保護(hù)區(qū)段設(shè)置的合理性都需要測(cè)試驗(yàn)證。2018 年，經(jīng)近百輪的測(cè)試驗(yàn)證，確定本文論述的設(shè)置原則為每條進(jìn)路設(shè)置了最合理的保護(hù)區(qū)段。以下對(duì)其正線核心的折返站—罐子嶺站的設(shè)置情況進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖10 示出罐子嶺站信號(hào)布置示意，長(zhǎng)沙軌道交通4 號(hào)線罐子嶺站為正線與車輛段相交界的折返站。其中，T1809 和T1810 為站后折返軌，T1817 和T1818 為站臺(tái)軌且T1818 兼作站前折返軌，T1801 和T1802 為轉(zhuǎn)換軌，XR-XCD和XC-XCD為進(jìn)入星城車輛段的進(jìn)段信號(hào)機(jī)，S1802 和X1801 為進(jìn)入正線信號(hào)機(jī)，X1803 和S1804 為駛出正線信號(hào)機(jī)。

圖10 罐子嶺站信號(hào)布置示意Fig.10 Signal layout of Guanzi Lin Station

X1815-＞X1811，X1815-＞S1812，S1808-＞S1814，X1807-＞S1814，X1807-＞X1813，S1810-＞S1814，X1809-＞X1813 的進(jìn)路終端為站臺(tái)，則保護(hù)區(qū)段設(shè)置采用外置方式。如X1815-＞X1811 的P1805 直向保護(hù)區(qū)段為T1815，P1805 側(cè)向保護(hù)區(qū)段為T1815 和T1813。

對(duì)S1814 為始端、X1813 為進(jìn)路終端的區(qū)間，保護(hù)區(qū)段采用內(nèi)置方式；折返軌T1801 和T1802 與車輛段相連接，X1811-＞X1803 和X1811-＞S1804 是進(jìn)入折返軌的進(jìn)路，保護(hù)區(qū)段采用內(nèi)置方式；對(duì)X1803-＞XR-XCD，S1804-＞XC-XCD 為正線進(jìn)入轉(zhuǎn)換軌的進(jìn)路，保護(hù)區(qū)段采用外置方式；以X1801 和S1802 為終端的進(jìn)路是車輛段進(jìn)入轉(zhuǎn)換軌進(jìn)路，保護(hù)區(qū)段采用外置方式。

X1815-＞X1811 側(cè)向保護(hù)區(qū)段與折返軌T1809 和T1810 折出進(jìn)路部分區(qū)段共用，構(gòu)成互為敵對(duì)；在X1815-＞X1811 建立保護(hù)區(qū)段時(shí)，優(yōu)先選擇P1805 直向。

長(zhǎng)沙軌道交通4 號(hào)線罐子嶺站近一年的載客試運(yùn)營(yíng)結(jié)果表明，其保護(hù)區(qū)段設(shè)置完全滿足行車間隔平峰期9′6″、節(jié)假日最短7′4″的要求；另外，通過運(yùn)營(yíng)組織優(yōu)化，其平峰期和高峰期行車間隔已分別被壓縮至7′24″和6′37″。這對(duì)本文所提保護(hù)區(qū)段設(shè)置原則的有效性是很好的驗(yàn)證。

4 結(jié)語

本文以長(zhǎng)沙軌道交通4 號(hào)線實(shí)際線路不同的線路場(chǎng)景為例，對(duì)進(jìn)路保護(hù)區(qū)段和保護(hù)方向的作用、原理和設(shè)置基本原則進(jìn)行介紹，詳細(xì)分析正線的站臺(tái)、區(qū)間、存車線、折返線、轉(zhuǎn)換軌保護(hù)區(qū)段的內(nèi)置和外置方式對(duì)運(yùn)營(yíng)效率、運(yùn)營(yíng)組織的靈活性和工程建設(shè)成本的影響，并制定了合理的設(shè)置原則，為列車安全、高效的運(yùn)營(yíng)提供保證措施。保護(hù)區(qū)段的合理設(shè)置，有利于節(jié)約工程成本、避免列車運(yùn)營(yíng)沖突和非預(yù)期停車，可大大提高運(yùn)營(yíng)組織的靈活性、便捷性和高效性，將其在當(dāng)前軌道交通行業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，加強(qiáng)信號(hào)系統(tǒng)和牽引制動(dòng)系統(tǒng)的高度融合研究，如信號(hào)車載設(shè)備和牽引制動(dòng)設(shè)備的一體化設(shè)計(jì)，可提高列車自動(dòng)運(yùn)行速度及停車的控制精度和靈敏度，減少對(duì)保護(hù)區(qū)段的依賴，這是城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)下一步研究方向。