重載鐵路天窗后期區(qū)段通過能力的影響因素研究

楊建兵，郭嶠楓

重載鐵路天窗后期區(qū)段通過能力的影響因素研究

楊建兵1，郭嶠楓2

（1. 朔黃鐵路公司調(diào)度指揮中心，河北 肅寧 062350；2. 西南交通大學，交通運輸與物流學院，成都 611756）

天窗施工是影響運輸任務完成的重要因素, 如何降低運營期間天窗施工對運輸任務的影響, 提高運輸通過能力、增加單日運輸量、降低運輸成本, 確保運輸和施工任務的雙完成是鐵路追求的目標。針對這一問題, 文章以朔黃鐵路規(guī)定的天窗施工完畢后慢行條件為依據(jù), 考慮道床路基搗固、橋隧涵施工兩種工程作業(yè), 探討了自動閉塞區(qū)段天窗施工期間的通過能力及天窗施工完畢后慢行延時造成的累加效應。選取慢行時間、區(qū)間長度、速度等變量, 分析不同變量條件下的行車情況，提出減少天窗期慢行影響的措施, 從而提高天窗日的運輸能力及作業(yè)效率。

天窗施工；運輸能力；影響；慢行；自動閉塞區(qū)段

0 引 言

鐵路線路長時間暴露在露天，經(jīng)過長時間運行后裝載的貨物泄漏在線路上，再加上自然環(huán)境、地理環(huán)境和施工工藝、材料的影響，鐵路線路的各種設備將會發(fā)生改變，就會出現(xiàn)幾何尺寸變形以及設備損壞等情況，給鐵路運輸產(chǎn)生許多隱患，將會影響到列車的安全穩(wěn)定運行。因此，鐵路線路運行一段時間后就需要利用“天窗”時間進行維護保養(yǎng)，部分施工項目作業(yè)完畢后需要限速運行，從而給運輸也帶來較大的影響。

目前，關于慢行影響的研究主要集中在單線鐵路綜合維修[1]、高速鐵路綜合維修[2,3]、既有線擴能改造及工務日常養(yǎng)護施工[4]。采用定性方法分析了既有線客貨混跑情況下及高速鐵路、客運專線運輸情況下，施工對運輸通過能力的影響，主要采取了“一點多用”、“加強車站作業(yè)”、“一線維修一線行車”等方法處理施工和運輸?shù)膮f(xié)同作業(yè)，但未探討重載鐵路在施工期間及施工完畢后限速運行條件下的慢行累加對運輸產(chǎn)生的影響。

在我國重載鐵路行車組織中較少涉及旅客列車通行的情況，主要開行2萬噸級、萬噸級以及普通貨物列車，且以直達列車為主，采用全天候運輸組織方式[5,6]，而線路的單日通過能力在客觀上反映了該條線路的經(jīng)濟效益。本文結(jié)合重載鐵路運輸雙線自動閉塞區(qū)段的特點，充分考慮施工期間及施工完畢后慢行時間、處所、速度等因素對開行列數(shù)造成的累加效應[7]，對比不同條件對天窗后期區(qū)段通過能力的影響率，探討重載鐵路天窗施工后如何減少慢行影響，為提高線路通過能力提供定量依據(jù)。

1 重載鐵路天窗后期通過能力影響因素分析

重載鐵路采用全天候運輸組織方式，其運輸能力主要體現(xiàn)為貨物輸送能力。而綜合維修天窗則是解決線路設備維修與列車運行之間矛盾的一種技術措施[8]，因此維修作業(yè)必然會與行車組織產(chǎn)生矛盾，從而影響線路的通過能力及大宗貨物的周轉(zhuǎn)量。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，全天運輸能力主要受施工期間天窗開設方式及施工完畢后的慢行時間、處所設置、慢行速度等因素影響。

1.1 天窗開設方式

鐵路設置綜合維修天窗主要分為兩類，其中垂直型天窗為在一定時間內(nèi)，運行圖中某一區(qū)段不鋪畫或調(diào)整運行線，該區(qū)段上、下行均沒有列車運行[1]，整個維修作業(yè)過程中不受列車運行影響，作業(yè)效率及安全度較高；V型天窗則為整個區(qū)段分別按上、下行方向輪流進行供電臂停送電，使一線維修作業(yè)而另一線繼續(xù)行車[1]，此時可以按單線自動閉塞方式組織列車運行，但維修人員和作業(yè)過程存在安全隱患，鄰線通過列車需要限速運行。由此可見，天窗維修和天窗開設方式的不同，會影響全日列車實際開行數(shù)[9]。而重載鐵路主要運輸對象為大宗貨物，天窗開設的時間對其影響較小，因此主要考慮天窗開設方式，在保證維修作業(yè)正常進行的基礎上有效降低天窗施工對行車組織的影響。

1.2 慢行區(qū)段設置方式

天窗開設后會在施工區(qū)段內(nèi)進行分段維修作業(yè)，通常一個分段包括多個區(qū)間及車站，但同一天窗分段內(nèi)的維修作業(yè)開始與結(jié)束時間是一致的[10,11]。因此無論采用何種天窗開設模式，均只有雙線同時維修及一線維修一線施工兩種情況。維修施工結(jié)束后，列車需在一定的區(qū)段內(nèi)控制速度運行，即組織列車慢行通過[12]。同時，重載鐵路還需要考慮列車長度，日常情況下線路上運行的貨物列車主要為兩萬噸級、萬噸級及普通技術作業(yè)列車，長度從1km~2.5km不等，列車長度同樣會影響慢行開始至結(jié)束的位置。此時，列車通過能力會受慢行區(qū)段方式及長度的影響，因此需要考慮整個天窗區(qū)段內(nèi)慢行限制區(qū)段的長度，以保證全日內(nèi)列車最大通過能力。

1.3 慢行時段設置長度

天窗施工結(jié)束后，為保證維修區(qū)段內(nèi)當日施工路段安全，一般需要設置一定時長的限速運行。各鐵路局根據(jù)各自管轄線路的路況及施工情況，均對限速時長有不同規(guī)定。目前，在保證天窗施工后運行安全的前提下，進行大型養(yǎng)路機械清篩、搗固施工作業(yè)，部分情況是可以不需長期限速的，同時，還可采用配備穩(wěn)定車的方法保證維修區(qū)段的行車安全[13]。因此將天窗施工后列車限速慢行時長作為一個影響因素，適當縮短其時長，在保證安全的同時提高列車全日通過能力。

1.4 慢行期間運行速度

慢行期間列車運行速度直接影響該時間段內(nèi)列車的通過能力，進而影響車輛的利用率及貨物的周轉(zhuǎn)量。施工后根據(jù)其具體維修項目，運行的限制速度及限制時長都會有相應規(guī)定，一般限速為40km/h或60km/h。因此，該限制速度也是其通過能力的一個制約因素，在保證安全的前提下，若通過采用合理的作業(yè)方法，配置高效的施工機械，并設置合理的作業(yè)參數(shù)[14]，可適當提高施工區(qū)段的慢行速度。而設置不同的最高限速值對通過能力的影響也是不同的。

2 天窗后期區(qū)段通過能力影響性測定方法

2.1 天窗后期區(qū)段通過能力影響率計算

采用比較法對天窗施工及日常情況下的列車通過能力進行比較，主要設置天窗期及天窗后的慢行時間、處所設置、慢行速度等變量。假定日常情況下列車實際開行列數(shù)為定值，分別將天窗期通過能力、天窗后慢行時長、慢行速度及慢行區(qū)間總長度作為變量，計算施工日列車開行列數(shù)，以日常情況下列車開行列數(shù)作為比較依據(jù)。這里以天窗開始的24 h為一個周期進行討論，即以1 440 min為確定列車開行列數(shù)的總運行時間。

列車調(diào)度員根據(jù)日班計劃內(nèi)容，鋪畫列車運行圖，并按階段下達計劃到車站，督促車站完成日班計劃中的內(nèi)容。重載鐵路中基本只運行貨物列車，且多數(shù)線路為雙線自動閉塞方式，以平行追蹤運行圖為主。因此，這里考慮理想狀態(tài)下，貨物列車均按圖定計劃運行，每日的運行對數(shù)是一定的。而在天窗施工日，貨物列車開行列數(shù)則會相應下降，此時實際開行的貨物列車數(shù)與行調(diào)臺計劃開行列車數(shù)會有一個比值，用天窗后期區(qū)段通過能力影響率來表示，如圖1所示。

這一數(shù)值反應了當日通過能力下降的情況：

式中：為天窗后期區(qū)段通過能力影響率，該數(shù)值取值范圍為，數(shù)值越趨近于1，表明其影響越大，數(shù)值越趨近于0，表明其影響越小；為日常情況下24h內(nèi)列車開行列數(shù)；為天窗日該周期內(nèi)實際開行貨物列車數(shù)，因開設天窗類型不同，設垂直型天窗及V型天窗下各自對應的列車數(shù)為及。

2.2 日常情況下列車開行列數(shù)確定

理想狀態(tài)下，重載鐵路按圖行車，在雙線自動閉塞區(qū)段24 h內(nèi)的通過能力為：

2.3 天窗后期區(qū)段通過能力確定

雙線自動閉塞區(qū)間的天窗施工日，其周期內(nèi)通過能力受天窗設置方式、慢行時段設置長度、慢行期間貨物列車的運行速度、慢行區(qū)段設置方式及長度等因素影響。

下面分別討論在垂直型天窗及V型天窗下，在同一調(diào)度區(qū)段天窗施工期間及天窗后期的通過能力。

2.3.1 垂直型天窗情況下的通過能力

雙線自動閉塞區(qū)段開設垂直型天窗，天窗期間采用兩線均不行車方式，天窗施工完成后需限速通過，此時受慢行時長、慢行期間列車的運行速度以及慢行區(qū)段總長度等因素影響。

在同一調(diào)度區(qū)段，多處慢行對運輸能力的影響有累加效應，天窗后期24h內(nèi)通過能力為：

慢行時段內(nèi)的通過能力為：

（5）

（7）

2.3.2 V型天窗情況下的通過能力

雙線自動閉塞區(qū)段開設V型天窗，天窗期間采用一線行車一線維修方式組織運行，即天窗期間線路可以按單線自動閉塞方式組織行車。此種情況下除考慮慢行時長、慢行期間列車的運行速度以及慢行區(qū)段總長度等因素影響之外，還需考慮天窗期間的線路通過能力。

在同一調(diào)度區(qū)段，天窗后期24h內(nèi)通過能力為：

3 實 例

朔黃鐵路為典型的重載鐵路，這里選取萬噸級列車作為研究對象，即設24h內(nèi)只開行萬噸級列車。

朔黃鐵路公司在2019年的列車運行圖中規(guī)定日常情況下列車運行速度為80km/h，萬噸列車的追蹤間隔時間為11min，在只考慮萬噸級列車的情況下該周期內(nèi)開行列車數(shù)為260列。采用單線運行時，會車間隔時間為2min，起停車附加時分為6min。列車為神華八軸電力機車單機牽引C80型貨物列車，總長為1 421m。冬季施工天窗時間為180min，夏季施工天窗時間為240min，這里取冬季施工的天窗時間進行計算。施工區(qū)段總長度為80km，施工結(jié)束后其慢行區(qū)段長度一般為2km，設定其慢行區(qū)段數(shù)為10處。

同時，朔黃鐵路公司還對道床路基搗固、橋隧涵施工等工程作業(yè)后限速進行了詳細規(guī)定，這里選取大型養(yǎng)路機械兩搗作業(yè)施工結(jié)束后的慢行速度進行比較[15]。在大型養(yǎng)路機械兩搗作業(yè)施工完畢后，開行的第一列車按35km/h限速運行，第二列車按45km/h限速運行，其限速時間不得少于2h，后續(xù)追蹤列車限速60km/h運行，24h后恢復常速。

慢行期間的加減速延時取經(jīng)驗值，根據(jù)公式（7）可計算出不同速度下的延時時長，其中35km/h、45km/h、60km/h為原速度值，將每個限速時段的速度提升20%（42km/h、54km/h、72km/h）進行對比，其計算結(jié)果見表1。

表1 慢行期間不同速度的延時時長

Tab.1 Delay time in different speeds during slow travel

開設垂直型天窗情況下，天窗期間采用兩線均不行車方式，天窗后期采用限速通過方式組織行車，開設V型天窗情況下，天窗期間采用一線行車一線維修方式組織運行，即天窗期間線路可以按單線自動閉塞方式組織行車。兩種天窗情況下均對慢行時長、慢行期間列車的運行速度以及慢行區(qū)段總長度等影響因素進行對比。慢行速度按原速度值及提升20%后的速度值分別計算。慢行時長按45km/h的速度開行2h，按60km/h的速度開行19h（時長1）；對比的數(shù)據(jù)采用縮短50%的慢行時間進行計算（時長2）。慢行區(qū)段總長度選取朔黃線80km左右一個慢行區(qū)段（總長1），參考各鐵路局路規(guī)定，按一個慢行區(qū)段平均為200km左右計算（總長2）。

將垂直型天窗與V型天窗情況下的四種變量進行對比，對開行列數(shù)及影響率繪制以下兩個折線圖，見圖2、圖3。

對比影響率可以看出，開設V型天窗時，列車通過能力受影響相對較小；對比開行列數(shù)可以看出，增加的列車數(shù)僅為3列，增幅較小。在貨物運行條件下，V型天窗優(yōu)勢更明顯。在保障安全的前提下，慢行速度對實際的通過能力影響較大。對比兩種慢行區(qū)段長度，設置較短的慢行區(qū)段，相應慢行處所增多，全日的通過能力也會相應降低。慢行時長縮短一倍以后，相應的通過能力會增長，影響率會下降。

圖2 開行列數(shù)對比

圖3 影響率對比

4 結(jié)束語

本文以重載鐵路直達列車為研究對象，充分考慮施工期間及施工完畢后各因素對開行列數(shù)造成的累加效應，探討了不同天窗開設方式及施工完畢后的不同慢行時長、慢行區(qū)段長度、慢行速度等因素，對天窗后期區(qū)段通過能力的影響。慢行處所的設置數(shù)量越多，慢行時間越長，慢行速度越低，對運輸?shù)挠绊懺酱螅渲新袇^(qū)段設置長度的影響尤為明顯；同時因為垂直型天窗期不允許列車運行，也會影響其通過能力。

為了減少天窗施工期間及其之后產(chǎn)生的慢行效應對運輸能力的影響，針對重載鐵路提出以下建議：

（1）考慮到V型天窗時列車運行組織相對較為復雜，且通過能力不高，因此目前采用垂直型天窗的情況較為多見，但在運能不足時可以考慮開設V型天窗以加強其通過能力。

（2）針對慢行速度的設置，發(fā)達國家在大型養(yǎng)路機械清篩、搗固作業(yè)后，采取設置線路最高速度方式通過，在不考慮橋梁隧道及長達坡道等情況的前提下，我國也可以做到不限速。因此，根據(jù)線路及運輸過程中的實際情況，在保障線路運行安全的前提下，結(jié)合施工機具，改進施工作業(yè)方法，從而提高天窗施工后的慢行速度。

（3）針對慢行區(qū)段長度的設置，各鐵路局在客貨混跑線路上多數(shù)采取200km左右設置一個慢行區(qū)段，鑒于此，在線路條件允許的情況下可適當增加區(qū)段長度，減少慢行處所，以減少對通過能力的影響。

（4）針對慢行時長的設置，如朔黃部運字〔2013〕89號文規(guī)定，凡大機清篩經(jīng)“兩搗三穩(wěn)”作業(yè)后，均不需要長期限速。因此可采取凡是大型養(yǎng)路機械清篩、搗固作業(yè)時，配備穩(wěn)定車的方法，保障維修線路的安全，同時可以提高慢行時段內(nèi)列車通行列數(shù)。

[1] 陳煥云, 張杰, 郭莉. 單線鐵路的天窗開設與運輸組織問題研究[J]. 中國安全生產(chǎn)科學技術, 2005, 1 (4): 74-81.

[2] 侯倩, 姚樹金. 高鐵綜合維修天窗內(nèi)不同行車方式的同效比較法[J]. 鐵道運營技術, 2013, 19 (1): 12-15.

[3] 王相平, 徐智慧, 于麗穎, 等. 京滬客運專線在矩形維修天窗下開行[J]. 科技與經(jīng)濟, 2007, 9 (5): 84-86.

[4] 劉志斌. 既有線擴能施工對運輸生產(chǎn)的影響及對策[J]. 石家莊鐵路職業(yè)技術學院學報, 2008, 7 (2): 88-91.

[5] 賈傳峻, 胡思繼, 楊宇棟. 重載鐵路列車重量、速度、密度與運輸組織模式的關系[J]. 鐵道運輸與經(jīng)濟, 2011, 33 (4): 85-87, 94.

[6] 陳光. 鐵路重載運輸組織方式及相關問題研究[J]. 黑龍江科學, 2018, 9 (20): 78-79.

[7] 陳坤友. 減少施工封鎖對運輸影響的幾項措施[J]. 鐵道標準設計, 2003 (3): 65.

[8] 彭其淵, 羅建. 客運專線開行夕發(fā)朝至旅客列車的研究[J]. 西南交通大學學報, 2006, 41 (5): 626-629.

[9] 范欽愛. 提高封鎖天窗利用率實現(xiàn)施工和運輸雙贏[J]. 鐵道運輸與經(jīng)濟, 2002, 24 (1): 25-26.

[10] 路文尚. 提高電氣化鐵路營業(yè)線施工管理水平的探討[J]. 神華科技, 2010, 8 (5): 3-5, 24.

[11] 花偉. 鐵路施工對列車運行影響的仿真研究[J]. 中國鐵道, 2015 (4): 43-46.

[12] 許博. 鐵路運輸施工組織管理創(chuàng)新淺析[J]. 科學技術創(chuàng)新, 2018 (18): 183-184.

[13] 范欽愛. 提高線路清篩作業(yè)后慢行速度的研究[J]. 鐵道標準設計, 2003 (4): 23-25.

[14] 黃樹根. 施工對運輸生產(chǎn)的影響分析及對策[J]. 鐵道運輸與經(jīng)濟, 2005, 27 (1): 43-45.

[15] 高飛. 工務養(yǎng)護維修模式對運輸影響的探討[J]. 工程技術, 2013 (4): 65-66.

A Study on the Influencing Factors in Passing Capacity of Later Section of Maintenance Curfew in Heavy-duty Railway

YANG Jian-Bing1，GUO Qiao-Feng2

（1. Shuohuang Railway Company Dispatching Command Center, Suning 062350, China; 2. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China）

Skylight construction is an important factor affecting the completion of transportation tasks. One goal of railways is determining how to reduce the impact of skylight construction on transportation tasks during operation, improve transportation capacity, increase daily transportation volume, reduce transportation costs, and ensure the completion of both transportation and construction tasks. To solve this problem, this paper considers two kinds of engineering operations, ballast roadbed tamping and bridge and culvert construction, according to the chronic condition after the completion of skylight construction stipulated by Shuohuang Railway. By discussing the influence of skylight construction on passenger capacity in the automatic block section and the semi-automatic block section, as well as the influence of the cumulative effect caused by slow travel delays after the completion of skylight construction, we are able to put forth measures for reducing the impact of slow travel after skylight construction. Measures for reducing the frequency of occurrence and time of slow travel, reducing construction in slow travel sections, and increasing slow travel speeds can be adopted to improve the transportation capacity and operation efficiency of skylight construction.

skylight construction; transportation capacity; impact; slow travel; automatic block section

U292.5; U296

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.01.020

1672-4747（2020）01-0153-07

2019-04-15

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題（2018F024）

楊建兵（1980—），工程師，主要從事軌道交通調(diào)度指揮方面的研究，E-mail: 3360508106@qq.com。

郭嶠楓（1986—），工程師，工學碩士，主要從事軌道交通行車組織方面的研究，E-mail：357805061@qq.com。

楊建兵，郭嶠楓. 重載鐵路天窗后期區(qū)段通過能力的影響因素研究[J]. 交通運輸工程與信息學報，2020，18（1）：153-159.

（責任編輯：李愈）