周 赟 楊啟武 趙東鋒 邢明照 黃 晶

(1. 中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 上海 200070；2. 中國港灣工程有限責(zé)任公司， 北京 100027)

為推進(jìn)我國標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路與“一帶一路”沿線國家鐵路的接軌，研究套軌鐵路成套技術(shù)勢在必行。目前，國內(nèi)尚無完整配套套軌鐵路的信號(hào)定型設(shè)備和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)資料。將套軌鐵路道岔納入聯(lián)鎖中控制，首先要解決道岔的集中控制與檢測；其次要考慮列車輪對(duì)的軌道占用檢查技術(shù)；再者，為保證列車的安全運(yùn)行，還需考慮車地信息傳輸，即涉及到站內(nèi)電碼化的問題。針對(duì)套軌鐵路的不同形式(三軌、四軌)，信號(hào)系統(tǒng)需要進(jìn)行專項(xiàng)研究設(shè)計(jì)。本文根據(jù)套軌鐵路的特點(diǎn)，對(duì)其中若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究探討。

1 套軌的信號(hào)系統(tǒng)

傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)系統(tǒng)是由各類信號(hào)、軌道電路、道岔轉(zhuǎn)轍裝置等主體設(shè)備及有關(guān)附屬設(shè)施構(gòu)成的一個(gè)完整的“信號(hào)、聯(lián)鎖、閉塞”體系。套軌鐵路信號(hào)系統(tǒng)國內(nèi)外現(xiàn)狀不一，有采用信號(hào)集中聯(lián)鎖控制方式的，也有采用人工扳道、人工指揮列車運(yùn)行方式的。

鄭新鐵路新鄭至馬寨段采用50 kg/m 鋼軌，1 435 mm標(biāo)準(zhǔn)軌距和762 mm窄軌距2種軌距形式，將2 種線路相互嵌套，共用軌枕和路基形成套軌(三軌)線路，車站采用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖集中控制全站信號(hào)設(shè)備，站間采用計(jì)軸站間閉塞。

中俄邊境滿洲里站站內(nèi)有部分寬軌與準(zhǔn)軌嵌套，形成四軌和三軌方式套軌線路，套軌區(qū)段不設(shè)置信號(hào)集中聯(lián)鎖裝置，由扳道員人工扳動(dòng)道岔，依靠扳道員、司機(jī)人工確認(rèn)道岔位置，保證行車安全。

越南河內(nèi)—老街、河內(nèi)—同登 、河內(nèi)—Quan Trieu等線路采用米軌與標(biāo)準(zhǔn)軌混合，其信號(hào)設(shè)備由調(diào)度監(jiān)督及信號(hào)集中監(jiān)測，自動(dòng)站間閉塞、中國6502 電氣集中聯(lián)鎖集中控制全站信號(hào)設(shè)備。

2 聯(lián)鎖方案選擇

雖然套軌鐵路在同一線路不同軌距上運(yùn)行不同類型的列車，但是在時(shí)間上仍然是有間隔的，即同一時(shí)段在同一進(jìn)路上只能運(yùn)行一列列車。由此可見，套軌鐵路仍然可以采用與標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路一致的聯(lián)鎖系統(tǒng)。

為保證列車運(yùn)行安全，聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)完成以下主要功能[1]：

(1)凡與進(jìn)路有關(guān)的道岔應(yīng)與防護(hù)該進(jìn)路的信號(hào)機(jī)互相聯(lián)鎖。進(jìn)路上道岔位置不正確，道岔尖軌與基本軌不密貼時(shí)，防護(hù)該進(jìn)路的信號(hào)機(jī)不得開放，信號(hào)機(jī)開放后，與該進(jìn)路有關(guān)的道岔被鎖閉。

(2)同一路徑范圍內(nèi)的兩條進(jìn)路之間應(yīng)互相照查。已經(jīng)建立的進(jìn)路未解鎖或照查條件不符合時(shí)，與之有沖突的信號(hào)機(jī)不得開放，防護(hù)進(jìn)路的信號(hào)機(jī)開放后，與之有沖突的信號(hào)機(jī)不得開放。

(3)聯(lián)鎖設(shè)備應(yīng)保證車站值班人員對(duì)列車、調(diào)車進(jìn)路及信號(hào)機(jī)開放與關(guān)閉的控制。進(jìn)路的解鎖必須在信號(hào)關(guān)閉后進(jìn)行。鎖閉的進(jìn)路隨著列車或車列的正常運(yùn)行自動(dòng)解鎖或通過人工解鎖手續(xù)后解鎖。已鎖閉的進(jìn)路不應(yīng)受軌道電路的異常故障錯(cuò)誤解鎖。

3 套軌鐵路道岔控制方案

3.1 國內(nèi)外套軌道岔轉(zhuǎn)轍裝置現(xiàn)狀

經(jīng)調(diào)查，河南鄭新鐵路、廣西憑祥套軌鐵路、越南鐵路河內(nèi)至同登線套軌鐵路、孟加拉帕德瑪大橋鐵路連接線鐵路等的套軌道岔轉(zhuǎn)轍設(shè)備大多數(shù)采用 ZD6 系列直流電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)。鄭新鐵路道岔轉(zhuǎn)轍裝置如圖1所示。

圖1 新鄭至馬寨套軌鐵路道岔轉(zhuǎn)轍裝置圖

3.2 套軌道岔布置形式

本文研究項(xiàng)目擬采用12號(hào)準(zhǔn)軌套米軌三線單開道岔。準(zhǔn)軌軌距為 1 435 mm，米軌軌距為 1 000 mm。該道岔分為左共用軌和右共用軌兩種類型。尖軌采用彈性可彎式藏尖式結(jié)構(gòu)，兩點(diǎn)牽引。轍叉為高錳鋼固定轍叉，米軌轍叉為曲線型，準(zhǔn)軌轍叉為直線型，兩固定轍叉相連接，右共用軌在直內(nèi)股上相連，左共用軌在曲外股上相連。右共用軌道岔導(dǎo)曲線中部，因準(zhǔn)軌道岔導(dǎo)曲線外軌與米軌道岔直基本軌相交，形成類似于可動(dòng)心軌的活動(dòng)部分。套軌公用軌側(cè)左開道岔平面如圖2所示。

圖2 套軌公用軌側(cè)左開道岔平面示意圖(mm)

3.3 轉(zhuǎn)轍裝置選擇

根據(jù)12號(hào)道岔的布置形式，尖軌采用三軌同步聯(lián)動(dòng)模式，轉(zhuǎn)轍裝置采用GA型道岔?xiàng)U件，在其窄軌尖軌位置增設(shè)連接裝置。尖軌兩個(gè)牽引點(diǎn)采用國產(chǎn)ZD6-E/J型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)牽引，可動(dòng)心軌采用ZD6-D型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)牽引。每個(gè)牽引點(diǎn)設(shè)1臺(tái)電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)及內(nèi)鎖閉道岔安裝裝置。利用ZD6型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)提供的鎖閉力將道岔鎖閉在規(guī)定位置。道岔轉(zhuǎn)換與鎖閉應(yīng)滿足如下條件[2]：

(1)轉(zhuǎn)換設(shè)備應(yīng)保證道岔的正常轉(zhuǎn)換、可靠鎖閉和正確表示。

(2)尖軌(心軌)刨切范圍內(nèi)應(yīng)與基本軌(翼軌) 密貼，道岔第一牽引點(diǎn)處，尖軌與基本軌間、心軌與翼軌間有4 mm及以上水平間隙時(shí)，道岔不應(yīng)鎖閉及接通道岔表示。

(3)尖軌、心軌密貼段應(yīng)設(shè)置表示桿，并準(zhǔn)確表示尖軌或心軌的實(shí)際位置，道岔安裝裝置方正。

(4)套軌鐵路接通轉(zhuǎn)轍機(jī)電源后，按切斷原表示電路-解鎖道岔-轉(zhuǎn)換道岔-鎖閉道岔-接通新表示電路的順序自動(dòng)完成其功能。

越南河內(nèi)-同登線三軌道岔安采用ZD6-D型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)，尖軌安裝總圖如圖 3所示，心軌安裝總圖如圖 4所示[3]。安裝裝置采用120 mm×80 mm×10 mm鍍鋅不等邊角鋼、GTM型密貼調(diào)整桿、GL型連接桿和GA型尖端桿。

圖3 尖軌安裝總圖(mm)

圖4 心軌安裝總圖(mm)

目前，ZD6型轉(zhuǎn)轍機(jī)單機(jī)牽引電路普遍采用四線制道岔控制電路，即定反位控制(兼作表示)各一線，表示回線、控制回線各一線。雙機(jī)牽引電路采用六線制道岔控制電路，即在上述四線基礎(chǔ)上，增加第二機(jī)的定反位動(dòng)作各一線。道岔控制電路需完成[4]按照操作員的意志動(dòng)作、在鎖閉狀態(tài)不得動(dòng)作、道岔一經(jīng)啟動(dòng)必須轉(zhuǎn)換到底、因故不能轉(zhuǎn)換到底應(yīng)能經(jīng)操縱后轉(zhuǎn)回原位、電機(jī)故障不應(yīng)轉(zhuǎn)換、道岔轉(zhuǎn)換完畢應(yīng)自動(dòng)切斷動(dòng)作電路和采用防輕車跳動(dòng)措施等功能。

4 軌道占用檢查裝置

軌道占用檢查可采用軌道電路，也可采用計(jì)軸軌道占用檢查裝置[1]。由于軌道電路除能實(shí)現(xiàn)鋼軌占用檢查功能外，還方便實(shí)現(xiàn)車地信息的傳輸，因此，若線路條件滿足軌道電路要求[5]，應(yīng)優(yōu)先考慮軌道占用檢查采用軌道電路方式。當(dāng)既有線路道床電阻低、軌枕和扣件均不能滿足絕緣要求時(shí)，軌道電路漏泄電流較大，不能采用軌道電路作為軌道占用檢查設(shè)備，需采用計(jì)軸設(shè)備作為軌道占用檢查裝置。

4.1 軌道電路方式

套軌線路采用三軌或四軌時(shí)，增加了鋼軌作為并聯(lián)傳輸通道，鋼軌電阻降低；同時(shí)增加了軌底與道床的接觸面積，減小了道床電阻。當(dāng)采用交流軌道電路時(shí)，還需考慮同極性鋼軌間分布電容的增加和渦流的形成。因此，采用軌道電路時(shí)，應(yīng)針對(duì)具體線路合理進(jìn)行軌道連接線及鋼軌絕緣的設(shè)置，并應(yīng)實(shí)測其軌道參數(shù)，給出特定的軌道電路調(diào)整表。

在軌道和道床滿足條件的情況下，套軌采用軌道電路方式，在非電化區(qū)段可采用工頻交流軌道電路，在電化區(qū)段可采用97型25 Hz 相敏軌道電路(亦可用于非電化區(qū)段)。上述兩種設(shè)備均為國內(nèi)成熟的軌道電路產(chǎn)品，25 Hz相敏軌道電路因具有較好的頻率選擇性和相位選擇性，且抗干擾能力較強(qiáng)，在國內(nèi)普遍應(yīng)用[6]。因此，當(dāng)套軌鐵路區(qū)段采用軌道電路時(shí)，建議采用97型25 Hz相敏軌道電路制式的設(shè)備。

(1) 三軌軌道電路

三軌區(qū)段共用軌為軌道電路一極性，另外兩條軌利用跳線連通為軌道電路另一極性。由于比準(zhǔn)軌條件下的軌道電路多增加了一條軌道，軌道電路的漏泄電阻降低，同時(shí)鋼軌間距離縮小，感抗等影響增加。因此，需要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，由軌道電路研制單位對(duì)軌道電路的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，并給出特殊調(diào)整表，確保軌道電路可靠工作。三軌區(qū)段軌道電路示意如圖 5 所示。

圖5 三軌區(qū)段軌道電路示意圖

(2) 四軌軌道電路

四軌區(qū)段準(zhǔn)(寬)軌和米軌同側(cè)軌為軌道電路一端極性，并同側(cè)軌增設(shè)加強(qiáng)跳線連通。四軌區(qū)段軌道電路示意如圖6所示。

圖6 四軌區(qū)段軌道電路示意圖

套軌線路采用軌道電路制式作為軌道占用檢查設(shè)備時(shí)，與軌道和道岔的處理難點(diǎn)在道岔區(qū)段。需要結(jié)合道岔的具體結(jié)構(gòu)，對(duì)道岔區(qū)段的絕緣和跳線進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，盡量縮短“死區(qū)段”的長度，保證軌道電路的可靠工作。

4.2 計(jì)軸占用檢查裝置

道床電阻不適宜設(shè)置軌道電路的區(qū)段可采用計(jì)軸設(shè)備方案[7]。計(jì)軸設(shè)備安裝在軌道上(或軌道邊)，對(duì)軌道電氣特性無特殊要求，其缺點(diǎn)是不能向機(jī)車傳遞地面信息。計(jì)軸設(shè)備應(yīng)滿足符合故障-安全原則、正確計(jì)數(shù)并識(shí)別列車運(yùn)行方向、能對(duì)折返運(yùn)行進(jìn)行正確檢測和具備自診斷功能等條件。

計(jì)軸設(shè)備由室內(nèi)計(jì)軸主機(jī)、傳輸電纜、軌旁車軸檢測器等設(shè)備組成。

(1) 三軌計(jì)軸設(shè)備

對(duì)于三軌區(qū)段，室外計(jì)軸設(shè)備(車軸檢測器)設(shè)于軌道區(qū)段端口處的共用軌側(cè)，采集輪軸信息并記錄車列駛?cè)牒婉偝鏊O(jiān)視區(qū)段的輪軸數(shù)，通過計(jì)軸電纜傳送輪軸和鑒別車列走行方向信息至計(jì)軸主機(jī)，計(jì)軸主機(jī)輸出軌道區(qū)段的占用或空閑信息。三軌計(jì)軸設(shè)備布置示意如圖7所示。

圖7 三軌計(jì)軸設(shè)備布置示意圖

(2) 四軌計(jì)軸設(shè)備

四軌區(qū)段室外計(jì)軸設(shè)備(車軸檢測器)分別設(shè)于寬軌與準(zhǔn)軌軌道區(qū)段端口處(寬軌與準(zhǔn)軌端口設(shè)于同一坐標(biāo)位置)，兩套計(jì)軸設(shè)備分別采集輪軸信息并記錄車列駛?cè)牒婉偝鏊O(jiān)視區(qū)段的輪軸數(shù)，通過計(jì)軸電纜傳送輪軸和鑒別車列走行方向信息至計(jì)軸主機(jī)，計(jì)軸主機(jī)通過判定所接收的輪軸信息，輸出軌道區(qū)段的占用或空閑信息。四軌計(jì)軸設(shè)備布置示意如圖8所示。

圖8 四軌計(jì)軸設(shè)備布置示意圖

5 列車運(yùn)行控制系統(tǒng)

CTCS-0級(jí)中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)機(jī)車上設(shè)有機(jī)車信號(hào)接收裝置和列車運(yùn)行監(jiān)控裝置。機(jī)車信號(hào)接收線圈接收地面的移頻信號(hào)后，除將信息在司機(jī)室復(fù)示地面信號(hào)機(jī)上顯示外，還可將該信息傳給列車運(yùn)行監(jiān)控裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行的安全監(jiān)控，保障列車運(yùn)行安全。對(duì)于能夠?qū)嵤┸壍离娐贩桨傅奶总墔^(qū)段，應(yīng)考慮疊加移頻電碼化設(shè)備，以適應(yīng)裝有CTCS-0級(jí)車載設(shè)備的機(jī)車在該區(qū)段運(yùn)行。

電碼化設(shè)備應(yīng)該在各種載頻情況下滿足以下要求[8]：(1)系統(tǒng)應(yīng)滿足故障-安全原則；(2)不應(yīng)降低原有軌道電路基本技術(shù)性能；(3)提供的機(jī)車信號(hào)信息正確；(4)具有良好的防干擾措施；(5)入口電流應(yīng)滿足機(jī)車信號(hào)線圈接收要求。

在計(jì)軸區(qū)段，機(jī)車信號(hào)設(shè)備無法接收地面移頻信號(hào)，需考慮其它方式(如無線方式)向機(jī)車傳送信息。國內(nèi)在調(diào)車作業(yè)中采用的無線調(diào)車監(jiān)控裝置、駝峰無線機(jī)車信號(hào)等均采用無線方式，但尚未在列車運(yùn)行中使用。

歐洲鐵路中使用的ETCS列車運(yùn)行控制系統(tǒng)采用查詢應(yīng)答器或歐洲環(huán)線向車載設(shè)備發(fā)送地面信息，其列車完整性檢查可由軌道電路設(shè)備或計(jì)軸設(shè)備完成，靈活性較大。

6 結(jié)束語

本文針對(duì)套軌鐵路的不同形式(三軌、四軌)，對(duì)套軌鐵路道岔納入聯(lián)鎖控制、列車輪對(duì)的軌道占用檢查技術(shù)、車地信息傳輸?shù)葐栴}開展了專項(xiàng)研究，得出以下主要結(jié)論：

(1)套軌鐵路可采用與標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路一致的聯(lián)鎖控制設(shè)備。

(2)道岔應(yīng)根據(jù)其布置形式研制相應(yīng)的轉(zhuǎn)轍設(shè)備。

(3)選用軌道電路時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)研究鋼軌參數(shù)變化對(duì)軌道電路特性的影響。

(4)對(duì)于不能采用軌道電路的線路，還需研究如何向車載設(shè)備傳遞地面信息的方式。