陇海铁路天兰段V型天窗对区间通过能力影响的研究

赵 周，金巧英

(1. 中国铁路兰州局集团有限公司 运输部，甘肃 兰州 730000；2. 中国铁路兰州局集团有限公司 科研技术监督所，甘肃 兰州 730000)

陇海铁路(连云港—兰州)是我国铁路网中横贯东西的铁路大动脉，是连接西北与内地的主要交通干线，也是全路的繁忙干线之一。自2002年陇海铁路天水至兰州段(以下简称“天兰段”)二线建成开通，线路允许速度达到140 km/h，运输能力大幅度提升，列车速度、客货列车密度进一步提高。2020年6月，陇海铁路天兰段图定旅客列车37对/d，货物列车57对/d，天兰段的通过能力日趋紧张。天兰段为双线电气化区段，为保证正常的运输秩序，在运行图上预留了牵引供电(接触网)和工务日常维修的120 min的V型综合天窗。天窗的开设对该区段的区间通过能力产生了一定的影响，需要分析研究V型天窗对区间通过能力的影响程度，精准确定陇海铁路天兰段的通过能力，为现场实际运输工作提供依据。

1 V型天窗与通过能力

1.1 通过能力计算公式

铁路区间通过能力是指一个区间在一昼夜内所能通过的列车数量(对数或列数)，它与正线数量、区间长度、线路平纵断面、信联闭方式、牵引机车的类型、行车组织办法等因素有关。研究区间通过能力一般应先计算平行运行图的通过能力，再使用通用的扣除系数法计算非平行运行图的通过能力。

目前，铁路现场计算双线平行运行图的区间通过能力仍依据原铁道部公布的铁路区间通过能力计算办法[1]，计算公式为

式中：N为平行运行图最大的区间通过能力，对或列；t固为接触网检修或线路施工封锁时间，min；T周为运行图周期，min。

t固指从施工维修开始到终了的时间，不包括施工开始前和施工终了后因天窗开设造成的其他必要的附加时分，如果t固按综合维修天窗时间的120 min取值，明显不符合现场实际。因此，需要综合考虑天窗前后的各项附加时分，引入T天的概念，则通过能力计算如公式(2)所示。

式中：T天为天窗总影响时间，min。

由相关文献可知[2-5]，研究天窗对区间通过能力的影响关键在于研究T天的构成及取值。通过分析双线电气化区段T天构成要素和取值，研究双线电气化区段接触网天窗对通过能力的影响。

1.2 V型天窗影响区概念

当双线区段开设V型天窗时，考虑天窗对列车影响，上行(或下行)天窗的货物列车影响区从列车运行图上看表现为：从同方向天窗左端最靠近天窗而不停车等候的一列货物列车起到同方向天窗右端最靠近天窗的一列未受天窗影响的货物列车止，所包围的区域称为V型天窗的上行(或下行)方向货物列车影响区(简称“天窗影响区”)。因此，当天窗依次排列与货物列车运行线倾斜度一致时天窗影响区最小。上行方向的天窗影响区示意图如图1所示。天窗影响区的长度即为T天。双线区段上下行系统独立运行，因而上、下行影响区互不干扰，以上行货物列车影响区为例研究。

图1 天窗影响区示意图Fig.1 Impacted area of the maintenance window

1.3 V型天窗影响区各时间参数

由于天窗影响区前最后一列货物列车及天窗影响区后第1列货物列车均不受天窗影响，故天窗影响区是一个平行四边形，为便于分析，取一个接触网供电臂构成的天窗影响区进行研究。天窗影响区长度T天构成示意图如图2所示。

图2 天窗影响区长度T天 构成示意图Fig.2 Constitution of the length T天 of the Impacted area of the maintenance window

如图2所示，天窗影响区的时间长度T天是由天窗时间T作、天窗前的影响时间T前和天窗后的影响时间T后3部分组成。由于天窗影响区是一个平行四边形，故在该天窗内任意车站上的T前+T作+T后之和均相等，为影响区的长度T天。

（1）天窗前影响时间T前。影响区内任一个车站(以M站为例)的天窗前影响时间T前由2部分组成，即货物列车自该站到该供电臂最末一站的区间运行时分之和和天窗开始前的安全间隔时间t前安2部分组成，如公式 ⑶ 所示 。

式中：ti为货物列车在该供电臂内第M站(以m表示)到下一站的运行时间，n为该供电臂内最后一站N站；t前安指当列车到达或通过供电臂最后一站时起至该供电臂开始停电的最小安全间隔时间，一般取2 min即可。

T前构成示意图如图3所示。

（2）天窗时间T作。天窗时间T作是指接触网停电封闭的时间，也就是t固。原铁道部规定双线区间综合天窗时间为120 min。

（3）天窗后影响时间T后。天窗后的影响时间同样也是由2部分组成。即货物列车从该供电臂的第1个车站运行到该站(M站)的运行时分之和和天窗结束后该供电臂第1个车站的安全间隔时间t后安2部分组成，即

图3 T前 构成示意图Fig.3 Constitution of T前

式中：t后安指从天窗结束时起至货物列车通过该供电臂的第1个车站(供电臂分相最临近的车站，以A站为例)的最小安全间隔时间。其取值取决于供电臂的起点处于A站的位置。

①当供电臂的起点(分相绝缘器)位于车站下行进站信号机外方时，t后安示意图a如图4所示。该种情况下，当天窗结束时才能为上行通过的货物列车准备进路，开放信号。此时该列车头部在车站上行进站信号机外所处的位置应等于一个制动距离及司机确认信号时间内列车所运行的距离之和。t后安构成因素分解示意图a如图5所示。

t后安由2部分组成：第1部分为车站办理必要的作业所需要的时间t作业，第2部分为上行列车通过进站距离L进所需要的时间t进，计算公式为

图 4 t后安 示意图 aFig.4 Diagram of t后安 a

图5 t后安 构成因素分解示意图aFig.5 Diagram of components t后安 a

式中：l列为列车长度，m；l确为司机确认进站信号显示状态时间内列车运行的距离，m；l制为列车的制动距离或由预告信号机至进站信号机的距离，m；l进为进站信号机至车站中心线的距离，m；V进为列车的平均进站速度，km/h；t后安通常取值4 min。

②供电臂的起点(分相绝缘器)位于车站上行进站信号机外方时，t后安构成示意图b如图6所示。该种情况下，当天窗结束时，前一站B才能为上行通过的货物列车准备进路，开放信号。此时该列车头部在B站上行进站信号机外所处的位置应等于一个制动距离及司机确认信号时间内列车所运行的距离之和。t后安构成因素分解示意图b如图7所示。

图 6 t后安 构成示意图 bFig.6 Diagram of components t后安 b

图7 t后安 构成因素分解示意图bFig.7 Diagram of t后安 components breakdown b

t后安由3部分组成：第1部分为货物列车在BA区间的列车运行时分；第2部分为车站办理必要的作业所需要的时间t作业；第3部分为上行列车通过进站距离L进所需要的时间t进，即

式中：tBA为货物列车从B站到A站的运行时分；t后安通常取值4 +tBAmin。

通过以上天窗前后影响时间的分析，可以得出天窗影响区的长度T天如公式 ⑺ 所示。

因每一供电臂的长度、起点、终点位置不同，每一个供电臂天窗影响区的长度T天不同，一个区段内最大的影响区长度即是该区段天窗影响区的长度，即

2 天兰段V型天窗对区间通过能力影响

2.1 区间通过能力计算

陇海铁路天水至兰州段东起天水站，西至兰州西站，全长350 km，共设有28个站，上行27个区间，下行26个区间，上下行各设有18个供电臂，接触网(供电)综合天窗为120 min，全区段最大限制坡度12.5‰， 货物列车牵引定数上行4 500 t，下行3 500 t，列车换长70.0，货物列车采用和谐电力机车牵引。全区段为双线四显示自动闭塞，列车的追踪间隔I=8 min[6]。在不考虑天窗的情况下平行运行图的区间通过能力[7]计算如公式⑼所示。

依据天兰段供电臂的布局和上下行货物列车区间运行时分可分别计算出上下行货物列车影响区的时间[8]，考虑到同一供电臂内每个站的天窗影响时间相同，为简化计算按照供电臂第1个车站的天窗影响区时间计算。上行、下行方向天窗影响区时间计算分别如表1、表2所示。

由表1、表2可知，上行、下行方向天窗影响区时间分别为169 min与174 min，因此牵引供电天窗对平行运行图通过能力的影响计算如公式 ⑽ 和公式⑾ 所示。

表1 上行方向天窗影响区时间计算表  minTab.1 Time calculation results of maintenance window impacted area at up line side

上行线因接触网天窗造成的平行运行图区间通过能力的损失为180－158.9 = 21.1列/d，损失11.7%；下行线因接触网天窗造成的平行运行图区间通过能力的损失为180－158.3 = 21.7列/d，损失12.0%。

2.2 区间通过能力模拟验证

运用全路统一使用的列车运行图计算机辅助编制系统，对陇海铁路天兰段接触网设置V型天窗情况下的通过能力进行模拟铺画，分别铺画无天窗的天兰段平行运行图和安排120 min接触网检修V型综合天窗的平行运行图。无天窗的平行运行图如图8所示，120 min接触网检修V型综合天窗的平行运行图如图9所示。在图8中，上、下行共铺画180对货物列车，图9中上、下行共铺画158对货物列车，实际模拟铺画货车对数与分析计算的结果完全一致。

表2 下行方向天窗影响区时间计算表  minTab.2 Time calculation results of maintenance window impacted area at down line side

2.3 计算结果分析

（1）T天是影响区间通过能力的一项重要指标，它不仅包括天窗作业时间，还包括因天窗影响的天窗前后损失的时间。电气化区段天窗影响的损失时间与供电臂的长度、起始终了点的位置以及货物列车区间运行时分等因素有关。双线电气化区段的区间通过能力必须根据实际情况具体分析，不能一概而论。

（2）通过货物列车影响区分析T天的方法还可应用于双线非电气化区段V型天窗对区间通过能力的影响。此时T前仅为货物列车的区间运行时分再加天窗开始前的安全间隔时间，T后为天窗后的安全间隔时间。

（3）双线区段V型天窗对区间通过能力的影响，上下行线路可能不相同，主要是因为货物列车区间运行时分不同，因此在研究双线区段V型天窗对区间通过能力的影响时应分上下行分别确定。

3 结束语

双线电气化区段开设接触网检修综合天窗条件下通过对区间通过能力构成因素和取值方法的分析研究，既可以精准确定各区段综合天窗对通过能力的影响，也可以拓展到双线非电气化区段综合维修天窗对通过能力的影响计算，为准确计算双线区段区间通过能力提供了理论支持，可以广泛应用于现场作业。基于供电臂的构成因素分析法也为分析铁路相关运输效率指标提供借鉴。

图8 无天窗的平行运行图Fig.8 Parallel train working diagram without maintenance window

图9 120 min接触网检修V型综合天窗的平行运行图Fig.9 Parallel train working diagram with 120 min V-shape overhead contact line maintenance window