蘭新高速鐵路綜合維修天窗設(shè)置方式研究

方 華

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

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蘭新高速鐵路綜合維修天窗設(shè)置方式研究

方 華

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

在分析蘭新高速鐵路的線路、運(yùn)輸組織、車站、接觸網(wǎng)、綜合維修、供電制式等方面特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研究蘭新高速鐵路綜合維修天窗的時(shí)間需求，重點(diǎn)確定蘭新高速鐵路天窗開(kāi)設(shè)方式，建議采用分段矩形天窗。并通過(guò)鋪畫列車運(yùn)行圖，分析蘭新高速鐵路開(kāi)設(shè)分段矩形天窗對(duì)跨線旅客列車終到時(shí)間、通過(guò)能力、運(yùn)行調(diào)整等方面的影響。按客流區(qū)段設(shè)置分段矩形天窗可以保證綜合維修作業(yè)和行車的安全。

蘭新高速鐵路；鐵路運(yùn)輸；運(yùn)行時(shí)段；維修天窗；設(shè)置方式

高速鐵路成網(wǎng)后，天窗的設(shè)置方式、時(shí)間安排與線路通過(guò)能力、列車開(kāi)行方案等將成為一個(gè)系統(tǒng)性問(wèn)題。天窗設(shè)置方式對(duì)線路通過(guò)能力的影響很大，特別是對(duì)運(yùn)輸距離較長(zhǎng)的線路，天窗設(shè)置方式對(duì)通過(guò)能力的影響極具研究?jī)r(jià)值，以蘭新高速鐵路設(shè)計(jì)資料為基礎(chǔ)，參考其他客運(yùn)專線天窗相關(guān)研究成果，研究蘭新高速鐵路天窗設(shè)置方式，并對(duì)運(yùn)輸組織的影響進(jìn)行研究分析。

1 蘭新高速鐵路概況

1.1 線路概況

蘭新高速鐵路位于甘肅省、青海省、新疆維吾爾自治區(qū)三省區(qū)，線路建筑長(zhǎng)度1 785 km。

1.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)蘭新高速鐵路初步設(shè)計(jì)批復(fù)的項(xiàng)目主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下。

鐵路等級(jí)：Ⅰ級(jí)

正線數(shù)目：雙線

最小曲線半徑：5 500 m

最大坡度：20‰

到發(fā)線有效長(zhǎng)度：650 m

牽引種類：電力

列車運(yùn)行控制方式：自動(dòng)控制

行車指揮方式：綜合調(diào)度

1.3 行車量及開(kāi)行方案1.3.1 行車量匯總

蘭新高速鐵路旅客列車行車量情況如表1所示。其中動(dòng)車為200 km/h高速列車，普速為160 km/h中速列車。

表1 蘭新高速鐵路各區(qū)段行車量 對(duì)/d

1.3.2 列車開(kāi)行方案

蘭新高速鐵路旅客列車開(kāi)行方案如表2所示。

表2 旅客列車開(kāi)行方案

1.4 車站分布

蘭新高速鐵路蘭州西—烏魯木齊新客站全線共設(shè)車站40處，其中客運(yùn)站5處，分別為蘭州西、西寧、哈密、烏魯木齊、烏魯木齊新客站，中間站19處、越行站9處。平均站間距離45.78 km，最大站間距離69.58 km，最小站間距離9.13 km。蘭新高速鐵路車站分布情況見(jiàn)表3。

表3 蘭新高速鐵路車站性質(zhì)

續(xù)表3

1.5 固定設(shè)備維修單位設(shè)置

蘭新高速鐵路全線共設(shè)置蘭州西、西寧站、張掖南站、嘉峪關(guān)南站、柳園南站、哈密站、鄯善北站、烏魯木齊新客站8個(gè)綜合維修車間，以及25個(gè)綜合維修工區(qū)和13個(gè)綜合保養(yǎng)點(diǎn)。綜合維修車間的平均管轄范圍為243.8 km。

1.6 供電制式情況

蘭新高速鐵路供電制式采用自耦變壓器供電方式(AT方式)。

1.7 接觸網(wǎng)情況

蘭新高速鐵路全線共設(shè)置27個(gè)變電所、26個(gè)分區(qū)所，每2個(gè)變電所之間有1個(gè)分區(qū)所，兩端各有1個(gè)變電所，變電所平均供電長(zhǎng)度26.8 km。

2 蘭新高速鐵路綜合維修天窗的時(shí)間需求

2.1 工務(wù)維修作業(yè)時(shí)間需求

工務(wù)日常保修和臨時(shí)補(bǔ)修主要是進(jìn)行一些例行檢修和緊急情況的處理。

2.1.1 軌道打磨時(shí)間需求[5]

假定打磨列車采用銑磨列車進(jìn)行計(jì)算，工作效率取1.25 km/h，運(yùn)行速度75 km/h。整條線路上打磨列車管轄范圍最長(zhǎng)為344.074 km(清水北至柳溝南)，作業(yè)延長(zhǎng)公里為688.15 km，區(qū)間停留點(diǎn)平均間隔為72 km，最大間隔為88.9 km(煙墩東至哈密)。計(jì)算得軌道打磨時(shí)間應(yīng)該大于130min。

2.1.2 板式軌道及咽喉道岔調(diào)整的作業(yè)的時(shí)間需求

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，板式軌道調(diào)整一次有效作業(yè)時(shí)間約需要55 min。工務(wù)維修人員在天窗時(shí)間內(nèi)從間隔3～4 km的T型口上下道，作業(yè)點(diǎn)位于兩T型口中央時(shí)往返走行需要將近50 min。一次板式軌道調(diào)整需要的最長(zhǎng)時(shí)間約為105 min。調(diào)研過(guò)程中一個(gè)道岔的平順高低調(diào)整在3h 內(nèi)基本完成。

2.2 接觸網(wǎng)維修時(shí)間需求

蘭新高速鐵路一個(gè)綜合工區(qū)平均管轄72 km線路，作業(yè)延長(zhǎng)公里為144 km。接觸網(wǎng)支柱平均間隔為50 m，計(jì)算取整可得絕緣子清掃需要至少140 min的時(shí)間，當(dāng)作業(yè)地點(diǎn)位于兩T型口中央有效作業(yè)時(shí)間仍然有75 min，每個(gè)作業(yè)小組仍可以清掃4個(gè)接觸網(wǎng)支柱上的絕緣子。因此接觸網(wǎng)維修作業(yè)需要140 min的天窗時(shí)間。

2.3 電務(wù)維修作業(yè)時(shí)間需求

蘭新高速鐵路采用較既有線和京津城際更為先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，其系統(tǒng)的某些性能以及檢修參數(shù)尚待運(yùn)營(yíng)驗(yàn)證，但可以肯定的是，蘭新高速鐵路信號(hào)設(shè)備的可靠程度較既有線更高，同時(shí)設(shè)備的檢修手段也應(yīng)有較大提高和改善，其檢修時(shí)間小于工務(wù)維修時(shí)間，不會(huì)成為綜合天窗設(shè)置的限制因素。

2.4 蘭新二線綜合維修天窗時(shí)間確定[2]

根據(jù)以上對(duì)主要專業(yè)作業(yè)時(shí)間要求的分析，3 h之內(nèi)可完成基本維修作業(yè)，再考慮1 h確認(rèn)車的時(shí)間要求，確定蘭新二線綜合維修天窗時(shí)間長(zhǎng)度為4 h。

3 蘭新高速鐵路天窗設(shè)置方案

3.1 V形天窗

采用V形天窗，天窗時(shí)間4 h，列車追蹤間隔5 min，鋪畫滿能力圖。

在鋪畫普速列車25對(duì)的情況下，滿能力可鋪畫52對(duì)動(dòng)車，普速列車旅行速度102.92 km/h，動(dòng)車旅行速度186.17 km/h；鋪畫普速列車15對(duì)的情況下，滿能力可鋪畫65對(duì)動(dòng)車，普速列車旅行速度104.40 km/h，動(dòng)車旅行速度187.36 km/h。

本線若采用V形天窗，區(qū)間通過(guò)能力有較大富余，按設(shè)計(jì)年度行車量運(yùn)行圖調(diào)整余地較大，全日開(kāi)行時(shí)點(diǎn)較為自由，動(dòng)車和普速兩種旅客列車的旅行速度均較高，運(yùn)輸質(zhì)量高。缺點(diǎn)是，一線維修一線行車，維修人員的安全保障有一定風(fēng)險(xiǎn)，行車的一線列車需限速開(kāi)行。

3.2 矩形天窗

3.2.1 方案Ⅰ：“矩形天窗”設(shè)計(jì)開(kāi)行方案，近期追蹤間隔5 min

采用矩形天窗，天窗時(shí)間安排在2：00～6：00共4 h，列車追蹤間隔5 min，可鋪畫長(zhǎng)途跨線列車動(dòng)車27對(duì)、普速9對(duì)。動(dòng)車組旅行速度186.75 km/h，普速列車旅行速度119.08 km/h。

存在的問(wèn)題如下。

(1)長(zhǎng)途跨線車可開(kāi)行時(shí)段短：以本線東端蘭州西站的列車始發(fā)點(diǎn)為例，動(dòng)車組可開(kāi)行時(shí)段為6：00～16：00，共10 h，普速為6：00～11：00，共5 h，難以兼顧列車的到達(dá)點(diǎn)和銜接線的天窗時(shí)段的要求。

(2)區(qū)段客車可開(kāi)行時(shí)段受限制：大部分區(qū)段客車只能利用天窗的三角區(qū)開(kāi)行，可開(kāi)行時(shí)段受限制較大，不能滿足全日較為均衡到發(fā)的要求，服務(wù)頻率較低。

3.2.2 方案Ⅱ：“順列式分段矩形天窗”設(shè)計(jì)開(kāi)行方案，近期追蹤間隔5 min

采用順列式分段矩形天窗，沿一側(cè)分段順延設(shè)置矩形天窗，具體形式見(jiàn)圖1[3]；

圖1 “順列式分段矩形天窗”示意

天窗時(shí)間分段安排在蘭州—張掖南20：30～0：30、張掖南—紅柳河南2：00～6：00、紅柳河南—烏魯木齊新客站7：30～11：30，均為4 h；

列車追蹤間隔5 min。

存在的問(wèn)題：

反向能力不滿足需求，方案不可行；因?yàn)樘齑皶r(shí)段雙方向封閉行車，反方向列車開(kāi)行受到很大的不利影響，長(zhǎng)途跨線列車只能利用分段天窗之間的間隙開(kāi)行，可開(kāi)行的時(shí)段約2個(gè)1 h，動(dòng)車可鋪畫8對(duì)，普速按密集發(fā)車可鋪畫9對(duì)，不能滿足能力需要。

3.2.3 方案Ⅲ：“錯(cuò)列式分段矩形天窗”設(shè)計(jì)開(kāi)行方案，近期追蹤間隔5 min

為消除方案Ⅱ?qū)μ齑霸O(shè)置反方向列車的不利影響，采用兩端小天窗錯(cuò)列對(duì)稱設(shè)置分段矩形天窗的形式，見(jiàn)圖2。將全日列車開(kāi)行分為多個(gè)時(shí)段，利用時(shí)段間的空隙設(shè)置中間的大矩形天窗，利用時(shí)間寬度較短的行車帶設(shè)置兩端的小矩形天窗[1]。

存在的問(wèn)題：

(1)長(zhǎng)途跨線車可開(kāi)行時(shí)段短；

(2)區(qū)段客車可開(kāi)行時(shí)段受限制；

(3)天窗設(shè)置距離短；

(4)天窗時(shí)段列車運(yùn)行的靈活性低。

圖2 “錯(cuò)列式分段矩形天窗”設(shè)計(jì)示意

3.3 推薦方案

分段矩形天窗以客流區(qū)段為單元分區(qū)段設(shè)置矩形天窗，各天窗之間保持一定的錯(cuò)位時(shí)間供跨線旅客列車通過(guò)，兼顧了矩形天窗綜合維修作業(yè)的安全性及V形天窗的方便列車運(yùn)行。同時(shí)能滿足天窗時(shí)段內(nèi)跨線旅客列車的行車要求，蘭新高速鐵路宜采用分段矩形天窗。

4 蘭新高速鐵路分段矩形天窗設(shè)置

4.1 設(shè)置原則

(1)天窗時(shí)間4 h。

(2)天窗內(nèi)雙方向封閉作業(yè)。

(3)在夜間開(kāi)設(shè)分段矩形天窗，上下行線路每天均可以實(shí)施維修作業(yè)。

(4)根據(jù)低等級(jí)列車運(yùn)行線合理設(shè)置天窗位置，便于組織低等級(jí)列車以不同形式利用空隙帶運(yùn)行，滿足一定數(shù)量的夕發(fā)朝至和跨線列車開(kāi)行需要，同時(shí)滿足雙方向列車通行需求。

(5)合理安排高速列車和跨線夕發(fā)朝至列車的大站始發(fā)終到時(shí)刻。

(6)首先鋪畫長(zhǎng)途高速列車，建立高速鐵路運(yùn)行圖的基本骨架，之后鋪畫長(zhǎng)途跨線中速列車，兼顧中速列車“合法權(quán)益”，最后鋪畫短程高速列車和跨線中速列車，同時(shí)，對(duì)先鋪畫的長(zhǎng)途中速列車進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

根據(jù)對(duì)已運(yùn)營(yíng)的京滬、京廣等高速鐵路運(yùn)營(yíng)情況的調(diào)研，我國(guó)高速鐵路現(xiàn)狀開(kāi)行動(dòng)車組以3～6對(duì)連發(fā)為主，密集時(shí)段達(dá)到7～10對(duì)連發(fā)。

4.2 蘭新高速鐵路分段矩形天窗設(shè)置

蘭新高速鐵路跨線旅客列車速度為動(dòng)車200 km/h、普速列車160 km/h。高、中速列車共線混跑的運(yùn)輸組織模式和客流構(gòu)成特點(diǎn)使得旅客列車開(kāi)行方案復(fù)雜化。各大城市間的交流旅客及部分必須和自愿換乘高速列車的跨線旅客組織開(kāi)行高速列車，相鄰線間的交流旅客開(kāi)行中速列車，同時(shí)還有部分本線和跨線旅客愿意選擇夕發(fā)朝至列車。本線運(yùn)行距離最長(zhǎng)的區(qū)段為蘭州西—烏魯木齊新客站的列車，全程運(yùn)行距離為1 785.4 km，采用動(dòng)車組運(yùn)行時(shí)間全程為9～10 h，在白天運(yùn)營(yíng)時(shí)間內(nèi)可以自由往返。而跨線及本線中速列車最高速度僅160 km/h，相對(duì)較慢，運(yùn)行約需12.9 h，可開(kāi)行夕發(fā)朝至列車。

根據(jù)設(shè)置原則要求，結(jié)合蘭新高速鐵路的客流特點(diǎn)及蘭州西、西寧站、哈密站、烏魯木齊站和烏魯木齊新客站夕發(fā)朝至列車的終到要求，蘭新高速鐵路將運(yùn)行區(qū)段設(shè)置分段矩形天窗共分為6段，其組合為：蘭州西—大通設(shè)置區(qū)段天窗時(shí)間為0：40～4：40，大通—張掖南區(qū)段天窗時(shí)間為1：57～5：57，張掖南—嘉峪關(guān)南區(qū)段天窗時(shí)間為21：05～1：05，嘉峪關(guān)南—鹽泉北區(qū)段天窗開(kāi)設(shè)時(shí)間為20：40～0：40，鹽泉北—鄯善北區(qū)段天窗時(shí)間為2：00～6：00，鄯善北—烏魯木齊新客站區(qū)段天窗時(shí)間為0：40～4：40。跨線夕發(fā)朝至旅客列車可以利用分段天窗之間的錯(cuò)位時(shí)間在蘭新高速鐵路上運(yùn)行，下行跨線夕發(fā)朝至旅客列車通過(guò)蘭州西站的時(shí)間帶為21：30～22：30，上行跨線夕發(fā)朝至旅客列車通過(guò)烏魯木齊新客站的時(shí)間帶為19：50～22：00，上下行均空有60～80 min的跨線夕發(fā)朝至旅客列車行車帶。

以蘭新高速鐵路設(shè)計(jì)資料為基礎(chǔ)，200 km/h動(dòng)車組采用3 min追蹤間隔、160 km/h普速客車采用5 min追蹤間隔進(jìn)行鋪畫，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，遠(yuǎn)期利用天窗空閑時(shí)間段5：00～0：00，按照動(dòng)車組4～6對(duì)追蹤(參考路網(wǎng)其他干線開(kāi)行客車特征)，可鋪畫131對(duì)動(dòng)車組及20對(duì)普速客車，其中包括50對(duì)長(zhǎng)途、41對(duì)中長(zhǎng)途及40對(duì)短途動(dòng)車組列車，5對(duì)長(zhǎng)途普速客車、3對(duì)中長(zhǎng)途普速客車及12對(duì)短途普速客車。利用天窗時(shí)間段的空隙0：40～1：50可鋪畫7對(duì)夕發(fā)朝至普速客車。合計(jì)鋪畫旅客列車對(duì)數(shù)158對(duì)/d(含動(dòng)車131對(duì)/d)，遠(yuǎn)期運(yùn)輸能力可以滿足需要。

圖3 蘭新高鐵蘭州西至烏魯木齊新客站間旅客列車運(yùn)行圖

根據(jù)運(yùn)行圖全圖指標(biāo)顯示，200 km/h高速列車旅行速度為168～193 km/h，平均旅速為191.77 km/h，旅速系數(shù)0.96；160 km/h普速列車旅行速度為80～137 km/h，平均旅速為106.5 km/h，最高旅速系數(shù)0.86。可見(jiàn)，動(dòng)車組的運(yùn)行質(zhì)量得到充分保證，同時(shí)也兼顧了夕發(fā)朝至普速列車的開(kāi)行要求。

5 蘭新高速鐵路設(shè)置分段矩形天窗對(duì)運(yùn)輸組織影響分析[1]

5.1 對(duì)跨線旅客列車終到時(shí)刻的影響

蘭新高速鐵路設(shè)置分段矩形天窗可以有效解決跨線旅客列車夜間行車需求，通過(guò)各區(qū)段天窗組合的合理設(shè)置，保證跨線列車尤其是跨線夕發(fā)朝至列車在蘭州西站和烏魯木齊新客站站于10：00～12：00之間終到。同時(shí)蘭新高速鐵路設(shè)置分段矩形天窗，也能保證天窗后一定數(shù)量的跨線夕發(fā)朝至旅客列車在西寧站和哈密站的終到時(shí)間也分別在8：00～10：00及6：00～8：00之間，從而為旅客提供好的出行條件。下行跨線夕發(fā)朝至旅客列車于21：30～22：30通過(guò)蘭州西站，于22：30～12：00在烏魯木齊站終到或于8：20～9：40在蘭州西站終到；上行跨線夕發(fā)朝至旅客列車于19：50～22：00通過(guò)烏魯木齊新客站，于10：00～11：30在蘭州西站終到。充分滿足天窗時(shí)段內(nèi)跨線旅客列車的行車要求。

5.2 對(duì)通過(guò)能力的影響

蘭新高速鐵路設(shè)置分段矩形天窗，在0：00～2：00之間上下行均有60～80 min的時(shí)間帶供跨線旅客列車運(yùn)行，如果按5 min的列車追蹤間隔時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間帶通過(guò)的跨線旅客列車為12～16對(duì)，能夠滿足蘭新高速鐵路夜間天窗時(shí)段跨線列車尤其是跨線夕發(fā)朝至旅客列車的行車需求。

5.3 對(duì)列車運(yùn)行調(diào)整的影響

蘭新高速鐵路各區(qū)段天窗的錯(cuò)位時(shí)間都有限，分段矩形天窗使蘭新高速鐵路天窗時(shí)段的列車運(yùn)行調(diào)整具有較強(qiáng)的剛性。如果要使跨線旅客列車能在天窗錯(cuò)位時(shí)段通過(guò)，就要求旅客列車準(zhǔn)點(diǎn)通過(guò)烏魯木齊站和蘭州西站，否則將影響其他旅客列車的運(yùn)行。

6 結(jié)論

蘭新高速鐵路在0：00～6：00按客流區(qū)段設(shè)置4 h分段矩形天窗可以保證綜合維修作業(yè)和行車的安全，為跨線旅客列車尤其是跨線夕發(fā)朝至旅客列車的開(kāi)行提供了天窗時(shí)段的行車條件，為蘭新高速鐵路沿線大站的列車終到及發(fā)出提供了有利的時(shí)間段，同時(shí)在滿足列車行車要求的基礎(chǔ)上增加了線路的通過(guò)能力。但是分段矩形天窗使蘭新高速鐵路天窗時(shí)段列車運(yùn)行具有一定剛性[1]，對(duì)調(diào)度指揮和運(yùn)行調(diào)整要求較高。

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Study on Setting Comprehensive Maintenance Skylight on Lanzhou-Urumqi High-speed Railway

FANG Hua

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710043， China)

Based on the analysis of the track line， transportation organization， station， catenary， comprehensive maintenance and the power supply system on Lanzhou-Urumqi high-speed railway， segmented rectangular skylight is recommended with a view to the required comprehensive maintenance time and the setting mode of the comprehensive maintenance skylight. The impacts of the maintenance skylight on the passenger train running time， line capacity and operation adjustment are analyzed by drawing train diagram. Setting segmented rectangular skylight based on passenger flow section can ensure normal comprehensive maintenance and operation．

Lanzhou-Urumqi high-speed railway; Railway transportation; Running time; Compre-hensive maintenance skylight; Setting mode

2015-09-18；

2015-11-11

中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司科研開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(院科12-23)

方 華(1987—)，女，工程師，2011年畢業(yè)于西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理專業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail：522253655@qq.com。

1004-2954(2016)12-0036-05

U238; U216

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.12.009