简单说说铁道的固定闭塞

铁路发明早期,列车运行主要采用的是时间间隔法。该方法就是间隔相同的时间发出一趟列车,这种方法虽然操作简单但是缺点也很明显,就是不能保障列车运行的安全。如果前方先行列车因为意外导致晚点或者中途停车,有可能招致与后续列车追尾事故的发生。

此后不久,英国人库克于1842年提出了空间间隔法,该方法将先行列车与后续列车隔开一定空间运行,能较好的保证列车行车安全而被广泛采用,并逐步形成了延续至今的铁路区间闭塞制度。下面就跟随本文去简单的了解一下铁路闭塞(不包括移动闭塞)的发展过程吧。

总说

铁路车辆使用铁质车轮,其制动所需的安全距离远远大于使用橡胶轮胎的普通汽车。如果在列车运行过程中仅靠驾驶员目视行车,往往会因为制动距离不足而导致追尾乃至相撞事故的发生。

铁路闭塞将铁道线划分为若干独立区间,并通过一定的技术手段和流程规范保证同一时间内,不会有两趟及以上的列车驶入同一区间的意外状况的发生,此方法极大地提升了铁路行车的安全性。随着铁道技术的不断发展,铁路闭塞先后经过了人工闭塞、半自动闭塞、最后再到目前广泛采用的自动闭塞三个递进的发展阶段。

轨道电路

轨道电路是以铁道的两根钢轨再加上列车的车轮作为导线,并接入送电设备和受电设备组成的电路。在半自动闭塞和自动闭塞中,均需要使用轨道电路来控制电气设备状态的自动变化。

下图是轨道电路的示意,信号机初始显示为绿色;当列车驶入轨道电路之后,由于车轮与钢轨组成回路导致信号机短路的缘故,所以信号机显示变为红色,轨道电路中接入的其他电气设备的状态变化的原理均与此类似。

通过在轨道电路中接入多组不同的电气设备,可以实现列车位置的监控以及闭塞区间的自动关闭与开放等复杂的场景应用。

铁道轨道电路示意图

人工闭塞

指在一次完整的列车闭塞运行过程中,需要人力介入其中的所有环节,包括闭塞区间的空闲状态确认、发车接车以及列车完整性的检查等等。

路签闭塞

路签闭塞(英:Staff block system,日:スタフ閉塞式)是最简单的固定闭塞方式。该方法以单个路签(凭证)作为闭塞区间的通行标志,只有持有该路签的列车方才被获准驶入指定的闭塞区间。

路签闭塞示意图

路牌路票闭塞

随着电话于1876年的发明,之后不久即诞生了使用电话(长途车站间使用电报)来保证列车行车安全的路牌路票闭塞。相比起前面介绍的路签闭塞一次只能签发放行一趟列车,路牌路票闭塞可以实现同一方向多趟列车的连续签发放行。

路牌路票闭塞(日:票券閉塞式)的工作流程如下:1,持有路牌的A站通过电话(电报)告知B站闭塞区间被占用,并请B站做好接车准备;2,A站通过路牌从路票专用存储箱中取出一张路票,填写列车基本信息并放行列车;3,列车平稳到达B站以后,B站确认列车完整并将路票作废;4,B站通过电话(电报)告知A站闭塞区间解除占用;5,如无后续列车,A站直接将路牌交予最后一趟列车并准其发车,否则继续通过签发路票的方式发车。

路牌路票闭塞示意图

下左图是日本北陆铁道小松线小松至加贺八幡站之间使用过的路票专用存储箱。下右图则是名松线上,一位准备执行发车任务的列车驾驶员,其右手所持的白色布袋中装着的就是路票。

路牌路票闭塞的实际应用

电气路牌闭塞

前面介绍的路牌路票闭塞虽然可以实现同一方向多趟列车的连续签发放行,但是其缺点是不能实现两个方向的发车。比如前面例子中,持有路牌的A站可以连续向B站发车,而没有道具的B站则无法向A站发车。电气路牌闭塞的引入,则完美解决了这个问题。

电气路牌闭塞(英:Tablet and ticket system,日:タブレット閉塞式)在闭塞区间首尾两站装有一组通过电气联锁的闭塞机,当闭塞机中存储的发车道具(路牌)总数为偶数时,经过首尾两站间电话(电报)协商,可以从发车站中取出一个路牌交给列车驾驶员作为通行凭证,列车运行结束后再将其交还给接车站,当首尾两站存储的发车道具(路牌)为奇数时,则不允许签发放行列车。

电气路牌闭塞示意图

下图是由利高原铁道前乡站,手持电气路牌的车站工作人员,正在与列车驾驶员进行发车前的交接工作。

仍然在使用电气路牌闭塞的由利高原铁道前乡站

使用电气路牌闭塞的区间,当列车运行到接车站时,可以直接把路牌交给反向运行的列车以提高发车效率。下图是四国土佐电气铁道伊野线上,两列反向运行中的列车,直接通过列车驾驶员进行电气路牌的交接。

四国土佐电气铁道伊野线上使用电气路牌交接的两列车

半自动闭塞

前面介绍的3种闭塞都属于人工闭塞,其最大的问题是需要人工介入的环节较多,容易发生由于人为失误而引发的意外事故。第二次工业革命之后,随着电气设备的引入以及轨道电路的发明,将部分环节从人工变为自动的半自动闭塞乃至全自动闭塞开始逐渐成为铁路干线的标配。

半自动闭塞

半自动闭塞(日:連査閉塞式)在闭塞区间首尾两站前后铺设两小段轨道电路,该电路可以检测列车的进入与离开,并可控制与之相连的信号机以及闭塞机的状态变化。

半自动闭塞的工作流程如下:1,首尾两站通过电话(电报)协商发车,发车站将信号机置为绿色,接车站将信号机置为红色;2,列车确认绿色发车信号以后,驶入闭塞区间;3,轨道电路检测到列车的驶入之后,自动将发车站信号机置为红色,同时将与车站相连的闭塞机状态置为关闭;4,列车结束运行并驶出闭塞区间,轨道电路检测到列车的驶出之后,自动将闭塞机状态置为开放;5,接车站工作人员检查列车的完整性。

半自动闭塞示意图

联锁闭塞

半自动闭塞虽然可以实现部分操作流程的自动化进行,但是由于其仅在闭塞区间的首尾铺设了两小段轨道电路的缘故,所以其无法检测到区间内是否有车体遗留,而当接车站附近的轨道电路检测到车头的驶离后,其会自动解除闭塞区间的占用,从而导致如下图所示的车体遗留的异常状况的发生。

半自动闭塞导致车体遗留意外状况的发生的示意图

通过在闭塞区间内铺设完整连续的轨道电路可以解决半自动闭塞无法检测列车完整性的问题,这种闭塞也叫做联锁闭塞。联锁闭塞的工作流程与半自动闭塞相同,首先也需要人工确认闭塞区间的空闲状态,然后驾驶员根据信号机的指引将列车驶入闭塞区间,此时在轨道电路的作用下自动将闭塞区间状态置为关闭,最后当列车驶出闭塞区间后再将状态置回开放。

联锁闭塞示意图

自动闭塞

半自动闭塞所需的人工介入环节仍然较多。通过缩短闭塞区间的长度,配合连续的轨道电路、计轴闭塞机(自动计算驶入闭塞区间的列车车体数目,用于检查列车的完整性)以及三显示信号机,即可组成一套完整的自动闭塞系统。

参考下图,较短的闭塞区间可以提高发车密度;三显示信号机则可即时提醒列车驾驶员前方闭塞区间的空闲状态(绿色表示前方2个区间开放,黄色表示前方1个区间开放,红色表示前方区间关闭);计轴闭塞机与连续轨道电路的配合则可实时监测运行中的列车完整性。

自动闭塞工作流程如下:1,首先将接车站方向的信号机全部置为红色,禁止列车通行(参见下图从B站至A站间的5个信号机的显示);2,开启发车站信号机并放行列车;3,通过计轴闭塞机与连续轨道电路的配合,实时更新闭塞区间三显示信号机的显示,提醒列车驾驶员正确配速。

自动闭塞示意图
参考资料

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