重载铁路天窗后期区段通过能力的影响因素研究

杨建兵，郭峤枫

重载铁路天窗后期区段通过能力的影响因素研究

杨建兵1，郭峤枫2

（1. 朔黄铁路公司调度指挥中心，河北 肃宁 062350；2. 西南交通大学，交通运输与物流学院，成都 611756）

天窗施工是影响运输任务完成的重要因素, 如何降低运营期间天窗施工对运输任务的影响, 提高运输通过能力、增加单日运输量、降低运输成本, 确保运输和施工任务的双完成是铁路追求的目标。针对这一问题, 文章以朔黄铁路规定的天窗施工完毕后慢行条件为依据, 考虑道床路基捣固、桥隧涵施工两种工程作业, 探讨了自动闭塞区段天窗施工期间的通过能力及天窗施工完毕后慢行延时造成的累加效应。选取慢行时间、区间长度、速度等变量, 分析不同变量条件下的行车情况，提出减少天窗期慢行影响的措施, 从而提高天窗日的运输能力及作业效率。

天窗施工；运输能力；影响；慢行；自动闭塞区段

0 引 言

铁路线路长时间暴露在露天，经过长时间运行后装载的货物泄漏在线路上，再加上自然环境、地理环境和施工工艺、材料的影响，铁路线路的各种设备将会发生改变，就会出现几何尺寸变形以及设备损坏等情况，给铁路运输产生许多隐患，将会影响到列车的安全稳定运行。因此，铁路线路运行一段时间后就需要利用“天窗”时间进行维护保养，部分施工项目作业完毕后需要限速运行，从而给运输也带来较大的影响。

目前，关于慢行影响的研究主要集中在单线铁路综合维修[1]、高速铁路综合维修[2,3]、既有线扩能改造及工务日常养护施工[4]。采用定性方法分析了既有线客货混跑情况下及高速铁路、客运专线运输情况下，施工对运输通过能力的影响，主要采取了“一点多用”、“加强车站作业”、“一线维修一线行车”等方法处理施工和运输的协同作业，但未探讨重载铁路在施工期间及施工完毕后限速运行条件下的慢行累加对运输产生的影响。

在我国重载铁路行车组织中较少涉及旅客列车通行的情况，主要开行2万吨级、万吨级以及普通货物列车，且以直达列车为主，采用全天候运输组织方式[5,6]，而线路的单日通过能力在客观上反映了该条线路的经济效益。本文结合重载铁路运输双线自动闭塞区段的特点，充分考虑施工期间及施工完毕后慢行时间、处所、速度等因素对开行列数造成的累加效应[7]，对比不同条件对天窗后期区段通过能力的影响率，探讨重载铁路天窗施工后如何减少慢行影响，为提高线路通过能力提供定量依据。

1 重载铁路天窗后期通过能力影响因素分析

重载铁路采用全天候运输组织方式，其运输能力主要体现为货物输送能力。而综合维修天窗则是解决线路设备维修与列车运行之间矛盾的一种技术措施[8]，因此维修作业必然会与行车组织产生矛盾，从而影响线路的通过能力及大宗货物的周转量。结合现场实际情况，全天运输能力主要受施工期间天窗开设方式及施工完毕后的慢行时间、处所设置、慢行速度等因素影响。

1.1 天窗开设方式

铁路设置综合维修天窗主要分为两类，其中垂直型天窗为在一定时间内，运行图中某一区段不铺画或调整运行线，该区段上、下行均没有列车运行[1]，整个维修作业过程中不受列车运行影响，作业效率及安全度较高；V型天窗则为整个区段分别按上、下行方向轮流进行供电臂停送电，使一线维修作业而另一线继续行车[1]，此时可以按单线自动闭塞方式组织列车运行，但维修人员和作业过程存在安全隐患，邻线通过列车需要限速运行。由此可见，天窗维修和天窗开设方式的不同，会影响全日列车实际开行数[9]。而重载铁路主要运输对象为大宗货物，天窗开设的时间对其影响较小，因此主要考虑天窗开设方式，在保证维修作业正常进行的基础上有效降低天窗施工对行车组织的影响。

1.2 慢行区段设置方式

天窗开设后会在施工区段内进行分段维修作业，通常一个分段包括多个区间及车站，但同一天窗分段内的维修作业开始与结束时间是一致的[10,11]。因此无论采用何种天窗开设模式，均只有双线同时维修及一线维修一线施工两种情况。维修施工结束后，列车需在一定的区段内控制速度运行，即组织列车慢行通过[12]。同时，重载铁路还需要考虑列车长度，日常情况下线路上运行的货物列车主要为两万吨级、万吨级及普通技术作业列车，长度从1km~2.5km不等，列车长度同样会影响慢行开始至结束的位置。此时，列车通过能力会受慢行区段方式及长度的影响，因此需要考虑整个天窗区段内慢行限制区段的长度，以保证全日内列车最大通过能力。

1.3 慢行时段设置长度

天窗施工结束后，为保证维修区段内当日施工路段安全，一般需要设置一定时长的限速运行。各铁路局根据各自管辖线路的路况及施工情况，均对限速时长有不同规定。目前，在保证天窗施工后运行安全的前提下，进行大型养路机械清筛、捣固施工作业，部分情况是可以不需长期限速的，同时，还可采用配备稳定车的方法保证维修区段的行车安全[13]。因此将天窗施工后列车限速慢行时长作为一个影响因素，适当缩短其时长，在保证安全的同时提高列车全日通过能力。

1.4 慢行期间运行速度

慢行期间列车运行速度直接影响该时间段内列车的通过能力，进而影响车辆的利用率及货物的周转量。施工后根据其具体维修项目，运行的限制速度及限制时长都会有相应规定，一般限速为40km/h或60km/h。因此，该限制速度也是其通过能力的一个制约因素，在保证安全的前提下，若通过采用合理的作业方法，配置高效的施工机械，并设置合理的作业参数[14]，可适当提高施工区段的慢行速度。而设置不同的最高限速值对通过能力的影响也是不同的。

2 天窗后期区段通过能力影响性测定方法

2.1 天窗后期区段通过能力影响率计算

采用比较法对天窗施工及日常情况下的列车通过能力进行比较，主要设置天窗期及天窗后的慢行时间、处所设置、慢行速度等变量。假定日常情况下列车实际开行列数为定值，分别将天窗期通过能力、天窗后慢行时长、慢行速度及慢行区间总长度作为变量，计算施工日列车开行列数，以日常情况下列车开行列数作为比较依据。这里以天窗开始的24 h为一个周期进行讨论，即以1 440 min为确定列车开行列数的总运行时间。

列车调度员根据日班计划内容，铺画列车运行图，并按阶段下达计划到车站，督促车站完成日班计划中的内容。重载铁路中基本只运行货物列车，且多数线路为双线自动闭塞方式，以平行追踪运行图为主。因此，这里考虑理想状态下，货物列车均按图定计划运行，每日的运行对数是一定的。而在天窗施工日，货物列车开行列数则会相应下降，此时实际开行的货物列车数与行调台计划开行列车数会有一个比值，用天窗后期区段通过能力影响率来表示，如图1所示。

这一数值反应了当日通过能力下降的情况：

式中：为天窗后期区段通过能力影响率，该数值取值范围为，数值越趋近于1，表明其影响越大，数值越趋近于0，表明其影响越小；为日常情况下24h内列车开行列数；为天窗日该周期内实际开行货物列车数，因开设天窗类型不同，设垂直型天窗及V型天窗下各自对应的列车数为及。

2.2 日常情况下列车开行列数确定

理想状态下，重载铁路按图行车，在双线自动闭塞区段24 h内的通过能力为：

2.3 天窗后期区段通过能力确定

双线自动闭塞区间的天窗施工日，其周期内通过能力受天窗设置方式、慢行时段设置长度、慢行期间货物列车的运行速度、慢行区段设置方式及长度等因素影响。

下面分别讨论在垂直型天窗及V型天窗下，在同一调度区段天窗施工期间及天窗后期的通过能力。

2.3.1 垂直型天窗情况下的通过能力

双线自动闭塞区段开设垂直型天窗，天窗期间采用两线均不行车方式，天窗施工完成后需限速通过，此时受慢行时长、慢行期间列车的运行速度以及慢行区段总长度等因素影响。

在同一调度区段，多处慢行对运输能力的影响有累加效应，天窗后期24h内通过能力为：

慢行时段内的通过能力为：

（5）

（7）

2.3.2 V型天窗情况下的通过能力

双线自动闭塞区段开设V型天窗，天窗期间采用一线行车一线维修方式组织运行，即天窗期间线路可以按单线自动闭塞方式组织行车。此种情况下除考虑慢行时长、慢行期间列车的运行速度以及慢行区段总长度等因素影响之外，还需考虑天窗期间的线路通过能力。

在同一调度区段，天窗后期24h内通过能力为：

3 实 例

朔黄铁路为典型的重载铁路，这里选取万吨级列车作为研究对象，即设24h内只开行万吨级列车。

朔黄铁路公司在2019年的列车运行图中规定日常情况下列车运行速度为80km/h，万吨列车的追踪间隔时间为11min，在只考虑万吨级列车的情况下该周期内开行列车数为260列。采用单线运行时，会车间隔时间为2min，起停车附加时分为6min。列车为神华八轴电力机车单机牵引C80型货物列车，总长为1 421m。冬季施工天窗时间为180min，夏季施工天窗时间为240min，这里取冬季施工的天窗时间进行计算。施工区段总长度为80km，施工结束后其慢行区段长度一般为2km，设定其慢行区段数为10处。

同时，朔黄铁路公司还对道床路基捣固、桥隧涵施工等工程作业后限速进行了详细规定，这里选取大型养路机械两捣作业施工结束后的慢行速度进行比较[15]。在大型养路机械两捣作业施工完毕后，开行的第一列车按35km/h限速运行，第二列车按45km/h限速运行，其限速时间不得少于2h，后续追踪列车限速60km/h运行，24h后恢复常速。

慢行期间的加减速延时取经验值，根据公式（7）可计算出不同速度下的延时时长，其中35km/h、45km/h、60km/h为原速度值，将每个限速时段的速度提升20%（42km/h、54km/h、72km/h）进行对比，其计算结果见表1。

表1 慢行期间不同速度的延时时长

Tab.1 Delay time in different speeds during slow travel

开设垂直型天窗情况下，天窗期间采用两线均不行车方式，天窗后期采用限速通过方式组织行车，开设V型天窗情况下，天窗期间采用一线行车一线维修方式组织运行，即天窗期间线路可以按单线自动闭塞方式组织行车。两种天窗情况下均对慢行时长、慢行期间列车的运行速度以及慢行区段总长度等影响因素进行对比。慢行速度按原速度值及提升20%后的速度值分别计算。慢行时长按45km/h的速度开行2h，按60km/h的速度开行19h（时长1）；对比的数据采用缩短50%的慢行时间进行计算（时长2）。慢行区段总长度选取朔黄线80km左右一个慢行区段（总长1），参考各铁路局路规定，按一个慢行区段平均为200km左右计算（总长2）。

将垂直型天窗与V型天窗情况下的四种变量进行对比，对开行列数及影响率绘制以下两个折线图，见图2、图3。

对比影响率可以看出，开设V型天窗时，列车通过能力受影响相对较小；对比开行列数可以看出，增加的列车数仅为3列，增幅较小。在货物运行条件下，V型天窗优势更明显。在保障安全的前提下，慢行速度对实际的通过能力影响较大。对比两种慢行区段长度，设置较短的慢行区段，相应慢行处所增多，全日的通过能力也会相应降低。慢行时长缩短一倍以后，相应的通过能力会增长，影响率会下降。

图2 开行列数对比

图3 影响率对比

4 结束语

本文以重载铁路直达列车为研究对象，充分考虑施工期间及施工完毕后各因素对开行列数造成的累加效应，探讨了不同天窗开设方式及施工完毕后的不同慢行时长、慢行区段长度、慢行速度等因素，对天窗后期区段通过能力的影响。慢行处所的设置数量越多，慢行时间越长，慢行速度越低，对运输的影响越大，其中慢行区段设置长度的影响尤为明显；同时因为垂直型天窗期不允许列车运行，也会影响其通过能力。

为了减少天窗施工期间及其之后产生的慢行效应对运输能力的影响，针对重载铁路提出以下建议：

（1）考虑到V型天窗时列车运行组织相对较为复杂，且通过能力不高，因此目前采用垂直型天窗的情况较为多见，但在运能不足时可以考虑开设V型天窗以加强其通过能力。

（2）针对慢行速度的设置，发达国家在大型养路机械清筛、捣固作业后，采取设置线路最高速度方式通过，在不考虑桥梁隧道及长达坡道等情况的前提下，我国也可以做到不限速。因此，根据线路及运输过程中的实际情况，在保障线路运行安全的前提下，结合施工机具，改进施工作业方法，从而提高天窗施工后的慢行速度。

（3）针对慢行区段长度的设置，各铁路局在客货混跑线路上多数采取200km左右设置一个慢行区段，鉴于此，在线路条件允许的情况下可适当增加区段长度，减少慢行处所，以减少对通过能力的影响。

（4）针对慢行时长的设置，如朔黄部运字〔2013〕89号文规定，凡大机清筛经“两捣三稳”作业后，均不需要长期限速。因此可采取凡是大型养路机械清筛、捣固作业时，配备稳定车的方法，保障维修线路的安全，同时可以提高慢行时段内列车通行列数。

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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

中国铁路总公司科技研究开发计划课题（2018F024）

杨建兵（1980—），工程师，主要从事轨道交通调度指挥方面的研究，E-mail: 3360508106@qq.com。

郭峤枫（1986—），工程师，工学硕士，主要从事轨道交通行车组织方面的研究，E-mail：357805061@qq.com。

杨建兵，郭峤枫. 重载铁路天窗后期区段通过能力的影响因素研究[J]. 交通运输工程与信息学报，2020，18（1）：153-159.

（责任编辑：李愈）