重載鐵路天窗后期區(qū)段通過(guò)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(guò)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(xué)，交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，成都 611756）

天窗施工是影響運(yùn)輸任務(wù)完成的重要因素, 如何降低運(yùn)營(yíng)期間天窗施工對(duì)運(yùn)輸任務(wù)的影響, 提高運(yùn)輸通過(guò)能力、增加單日運(yùn)輸量、降低運(yùn)輸成本, 確保運(yùn)輸和施工任務(wù)的雙完成是鐵路追求的目標(biāo)。針對(duì)這一問(wèn)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(dòng)閉塞區(qū)段天窗施工期間的通過(guò)能力及天窗施工完畢后慢行延時(shí)造成的累加效應(yīng)。選取慢行時(shí)間、區(qū)間長(zhǎng)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(yùn)輸能力及作業(yè)效率。

天窗施工；運(yùn)輸能力；影響；慢行；自動(dòng)閉塞區(qū)段

0 引 言

鐵路線路長(zhǎng)時(shí)間暴露在露天，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)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(shè)備將會(huì)發(fā)生改變，就會(huì)出現(xiàn)幾何尺寸變形以及設(shè)備損壞等情況，給鐵路運(yùn)輸產(chǎn)生許多隱患，將會(huì)影響到列車的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，鐵路線路運(yùn)行一段時(shí)間后就需要利用“天窗”時(shí)間進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，部分施工項(xiàng)目作業(yè)完畢后需要限速運(yùn)行，從而給運(yùn)輸也帶來(lái)較大的影響。

目前，關(guān)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(kuò)能改造及工務(wù)日常養(yǎng)護(hù)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(yùn)專線運(yùn)輸情況下，施工對(duì)運(yùn)輸通過(guò)能力的影響，主要采取了“一點(diǎn)多用”、“加強(qiáng)車站作業(yè)”、“一線維修一線行車”等方法處理施工和運(yùn)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(yùn)行條件下的慢行累加對(duì)運(yùn)輸產(chǎn)生的影響。

在我國(guó)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(kāi)行2萬(wàn)噸級(jí)、萬(wàn)噸級(jí)以及普通貨物列車，且以直達(dá)列車為主，采用全天候運(yùn)輸組織方式[5,6]，而線路的單日通過(guò)能力在客觀上反映了該條線路的經(jīng)濟(jì)效益。本文結(jié)合重載鐵路運(yùn)輸雙線自動(dòng)閉塞區(qū)段的特點(diǎn)，充分考慮施工期間及施工完畢后慢行時(shí)間、處所、速度等因素對(duì)開(kāi)行列數(shù)造成的累加效應(yīng)[7]，對(duì)比不同條件對(duì)天窗后期區(qū)段通過(guò)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(guò)能力提供定量依據(jù)。

1 重載鐵路天窗后期通過(guò)能力影響因素分析

重載鐵路采用全天候運(yùn)輸組織方式，其運(yùn)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(shè)備維修與列車運(yùn)行之間矛盾的一種技術(shù)措施[8]，因此維修作業(yè)必然會(huì)與行車組織產(chǎn)生矛盾，從而影響線路的通過(guò)能力及大宗貨物的周轉(zhuǎn)量。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，全天運(yùn)輸能力主要受施工期間天窗開(kāi)設(shè)方式及施工完畢后的慢行時(shí)間、處所設(shè)置、慢行速度等因素影響。

1.1 天窗開(kāi)設(shè)方式

鐵路設(shè)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(shí)間內(nèi)，運(yùn)行圖中某一區(qū)段不鋪畫或調(diào)整運(yùn)行線，該區(qū)段上、下行均沒(méi)有列車運(yùn)行[1]，整個(gè)維修作業(yè)過(guò)程中不受列車運(yùn)行影響，作業(yè)效率及安全度較高；V型天窗則為整個(gè)區(qū)段分別按上、下行方向輪流進(jìn)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(shí)可以按單線自動(dòng)閉塞方式組織列車運(yùn)行，但維修人員和作業(yè)過(guò)程存在安全隱患，鄰線通過(guò)列車需要限速運(yùn)行。由此可見(jiàn)，天窗維修和天窗開(kāi)設(shè)方式的不同，會(huì)影響全日列車實(shí)際開(kāi)行數(shù)[9]。而重載鐵路主要運(yùn)輸對(duì)象為大宗貨物，天窗開(kāi)設(shè)的時(shí)間對(duì)其影響較小，因此主要考慮天窗開(kāi)設(shè)方式，在保證維修作業(yè)正常進(jìn)行的基礎(chǔ)上有效降低天窗施工對(duì)行車組織的影響。

1.2 慢行區(qū)段設(shè)置方式

天窗開(kāi)設(shè)后會(huì)在施工區(qū)段內(nèi)進(jìn)行分段維修作業(yè)，通常一個(gè)分段包括多個(gè)區(qū)間及車站，但同一天窗分段內(nèi)的維修作業(yè)開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間是一致的[10,11]。因此無(wú)論采用何種天窗開(kāi)設(shè)模式，均只有雙線同時(shí)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(yùn)行，即組織列車慢行通過(guò)[12]。同時(shí)，重載鐵路還需要考慮列車長(zhǎng)度，日常情況下線路上運(yùn)行的貨物列車主要為兩萬(wàn)噸級(jí)、萬(wàn)噸級(jí)及普通技術(shù)作業(yè)列車，長(zhǎng)度從1km~2.5km不等，列車長(zhǎng)度同樣會(huì)影響慢行開(kāi)始至結(jié)束的位置。此時(shí)，列車通過(guò)能力會(huì)受慢行區(qū)段方式及長(zhǎng)度的影響，因此需要考慮整個(gè)天窗區(qū)段內(nèi)慢行限制區(qū)段的長(zhǎng)度，以保證全日內(nèi)列車最大通過(guò)能力。

1.3 慢行時(shí)段設(shè)置長(zhǎng)度

天窗施工結(jié)束后，為保證維修區(qū)段內(nèi)當(dāng)日施工路段安全，一般需要設(shè)置一定時(shí)長(zhǎng)的限速運(yùn)行。各鐵路局根據(jù)各自管轄線路的路況及施工情況，均對(duì)限速時(shí)長(zhǎng)有不同規(guī)定。目前，在保證天窗施工后運(yùn)行安全的前提下，進(jìn)行大型養(yǎng)路機(jī)械清篩、搗固施工作業(yè)，部分情況是可以不需長(zhǎng)期限速的，同時(shí)，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(shí)長(zhǎng)作為一個(gè)影響因素，適當(dāng)縮短其時(shí)長(zhǎng)，在保證安全的同時(shí)提高列車全日通過(guò)能力。

1.4 慢行期間運(yùn)行速度

慢行期間列車運(yùn)行速度直接影響該時(shí)間段內(nèi)列車的通過(guò)能力，進(jìn)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(xiàng)目，運(yùn)行的限制速度及限制時(shí)長(zhǎng)都會(huì)有相應(yīng)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(guò)能力的一個(gè)制約因素，在保證安全的前提下，若通過(guò)采用合理的作業(yè)方法，配置高效的施工機(jī)械，并設(shè)置合理的作業(yè)參數(shù)[14]，可適當(dāng)提高施工區(qū)段的慢行速度。而設(shè)置不同的最高限速值對(duì)通過(guò)能力的影響也是不同的。

2 天窗后期區(qū)段通過(guò)能力影響性測(cè)定方法

2.1 天窗后期區(qū)段通過(guò)能力影響率計(jì)算

采用比較法對(duì)天窗施工及日常情況下的列車通過(guò)能力進(jìn)行比較，主要設(shè)置天窗期及天窗后的慢行時(shí)間、處所設(shè)置、慢行速度等變量。假定日常情況下列車實(shí)際開(kāi)行列數(shù)為定值，分別將天窗期通過(guò)能力、天窗后慢行時(shí)長(zhǎng)、慢行速度及慢行區(qū)間總長(zhǎng)度作為變量，計(jì)算施工日列車開(kāi)行列數(shù)，以日常情況下列車開(kāi)行列數(shù)作為比較依據(jù)。這里以天窗開(kāi)始的24 h為一個(gè)周期進(jìn)行討論，即以1 440 min為確定列車開(kāi)行列數(shù)的總運(yùn)行時(shí)間。

列車調(diào)度員根據(jù)日班計(jì)劃內(nèi)容，鋪畫列車運(yùn)行圖，并按階段下達(dá)計(jì)劃到車站，督促車站完成日班計(jì)劃中的內(nèi)容。重載鐵路中基本只運(yùn)行貨物列車，且多數(shù)線路為雙線自動(dòng)閉塞方式，以平行追蹤運(yùn)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(jì)劃運(yùn)行，每日的運(yùn)行對(duì)數(shù)是一定的。而在天窗施工日，貨物列車開(kāi)行列數(shù)則會(huì)相應(yīng)下降，此時(shí)實(shí)際開(kāi)行的貨物列車數(shù)與行調(diào)臺(tái)計(jì)劃開(kāi)行列車數(shù)會(huì)有一個(gè)比值，用天窗后期區(qū)段通過(guò)能力影響率來(lái)表示，如圖1所示。

這一數(shù)值反應(yīng)了當(dāng)日通過(guò)能力下降的情況：

式中：為天窗后期區(qū)段通過(guò)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??；為日常情況下24h內(nèi)列車開(kāi)行列數(shù)；為天窗日該周期內(nèi)實(shí)際開(kāi)行貨物列車數(shù)，因開(kāi)設(shè)天窗類型不同，設(shè)垂直型天窗及V型天窗下各自對(duì)應(yīng)的列車數(shù)為及。

2.2 日常情況下列車開(kāi)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(dòng)閉塞區(qū)段24 h內(nèi)的通過(guò)能力為：

2.3 天窗后期區(qū)段通過(guò)能力確定

雙線自動(dòng)閉塞區(qū)間的天窗施工日，其周期內(nèi)通過(guò)能力受天窗設(shè)置方式、慢行時(shí)段設(shè)置長(zhǎng)度、慢行期間貨物列車的運(yùn)行速度、慢行區(qū)段設(shè)置方式及長(zhǎng)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(guò)能力。

2.3.1 垂直型天窗情況下的通過(guò)能力

雙線自動(dòng)閉塞區(qū)段開(kāi)設(shè)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(guò)，此時(shí)受慢行時(shí)長(zhǎng)、慢行期間列車的運(yùn)行速度以及慢行區(qū)段總長(zhǎng)度等因素影響。

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

慢行時(shí)段內(nèi)的通過(guò)能力為：

（5）

（7）

2.3.2 V型天窗情況下的通過(guò)能力

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

在同一調(diào)度區(qū)段，天窗后期24h內(nèi)通過(guò)能力為：

3 實(shí) 例

朔黃鐵路為典型的重載鐵路，這里選取萬(wàn)噸級(jí)列車作為研究對(duì)象，即設(shè)24h內(nèi)只開(kāi)行萬(wàn)噸級(jí)列車。

朔黃鐵路公司在2019年的列車運(yùn)行圖中規(guī)定日常情況下列車運(yùn)行速度為80km/h，萬(wàn)噸列車的追蹤間隔時(shí)間為11min，在只考慮萬(wàn)噸級(jí)列車的情況下該周期內(nèi)開(kāi)行列車數(shù)為260列。采用單線運(yùn)行時(shí)，會(huì)車間隔時(shí)間為2min，起停車附加時(shí)分為6min。列車為神華八軸電力機(jī)車單機(jī)牽引C80型貨物列車，總長(zhǎng)為1 421m。冬季施工天窗時(shí)間為180min，夏季施工天窗時(shí)間為240min，這里取冬季施工的天窗時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。施工區(qū)段總長(zhǎng)度為80km，施工結(jié)束后其慢行區(qū)段長(zhǎng)度一般為2km，設(shè)定其慢行區(qū)段數(shù)為10處。

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

慢行期間的加減速延時(shí)取經(jīng)驗(yàn)值，根據(jù)公式（7）可計(jì)算出不同速度下的延時(shí)時(shí)長(zhǎng)，其中35km/h、45km/h、60km/h為原速度值，將每個(gè)限速時(shí)段的速度提升20%（42km/h、54km/h、72km/h）進(jìn)行對(duì)比，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 慢行期間不同速度的延時(shí)時(shí)長(zhǎng)

Tab.1 Delay time in different speeds during slow travel

開(kāi)設(shè)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(guò)方式組織行車，開(kāi)設(shè)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(yùn)行，即天窗期間線路可以按單線自動(dòng)閉塞方式組織行車。兩種天窗情況下均對(duì)慢行時(shí)長(zhǎng)、慢行期間列車的運(yùn)行速度以及慢行區(qū)段總長(zhǎng)度等影響因素進(jìn)行對(duì)比。慢行速度按原速度值及提升20%后的速度值分別計(jì)算。慢行時(shí)長(zhǎng)按45km/h的速度開(kāi)行2h，按60km/h的速度開(kāi)行19h（時(shí)長(zhǎng)1）；對(duì)比的數(shù)據(jù)采用縮短50%的慢行時(shí)間進(jìn)行計(jì)算（時(shí)長(zhǎng)2）。慢行區(qū)段總長(zhǎng)度選取朔黃線80km左右一個(gè)慢行區(qū)段（總長(zhǎng)1），參考各鐵路局路規(guī)定，按一個(gè)慢行區(qū)段平均為200km左右計(jì)算（總長(zhǎng)2）。

將垂直型天窗與V型天窗情況下的四種變量進(jìn)行對(duì)比，對(duì)開(kāi)行列數(shù)及影響率繪制以下兩個(gè)折線圖，見(jiàn)圖2、圖3。

對(duì)比影響率可以看出，開(kāi)設(shè)V型天窗時(shí)，列車通過(guò)能力受影響相對(duì)較?。粚?duì)比開(kāi)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(yùn)行條件下，V型天窗優(yōu)勢(shì)更明顯。在保障安全的前提下，慢行速度對(duì)實(shí)際的通過(guò)能力影響較大。對(duì)比兩種慢行區(qū)段長(zhǎng)度，設(shè)置較短的慢行區(qū)段，相應(yīng)慢行處所增多，全日的通過(guò)能力也會(huì)相應(yīng)降低。慢行時(shí)長(zhǎng)縮短一倍以后，相應(yīng)的通過(guò)能力會(huì)增長(zhǎng)，影響率會(huì)下降。

圖2 開(kāi)行列數(shù)對(duì)比

圖3 影響率對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以重載鐵路直達(dá)列車為研究對(duì)象，充分考慮施工期間及施工完畢后各因素對(duì)開(kāi)行列數(shù)造成的累加效應(yīng)，探討了不同天窗開(kāi)設(shè)方式及施工完畢后的不同慢行時(shí)長(zhǎng)、慢行區(qū)段長(zhǎng)度、慢行速度等因素，對(duì)天窗后期區(qū)段通過(guò)能力的影響。慢行處所的設(shè)置數(shù)量越多，慢行時(shí)間越長(zhǎng)，慢行速度越低，對(duì)運(yùn)輸?shù)挠绊懺酱螅渲新袇^(qū)段設(shè)置長(zhǎng)度的影響尤為明顯；同時(shí)因?yàn)榇怪毙吞齑捌诓辉试S列車運(yùn)行，也會(huì)影響其通過(guò)能力。

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

（1）考慮到V型天窗時(shí)列車運(yùn)行組織相對(duì)較為復(fù)雜，且通過(guò)能力不高，因此目前采用垂直型天窗的情況較為多見(jiàn)，但在運(yùn)能不足時(shí)可以考慮開(kāi)設(shè)V型天窗以加強(qiáng)其通過(guò)能力。

（2）針對(duì)慢行速度的設(shè)置，發(fā)達(dá)國(guó)家在大型養(yǎng)路機(jī)械清篩、搗固作業(yè)后，采取設(shè)置線路最高速度方式通過(guò)，在不考慮橋梁隧道及長(zhǎng)達(dá)坡道等情況的前提下，我國(guó)也可以做到不限速。因此，根據(jù)線路及運(yùn)輸過(guò)程中的實(shí)際情況，在保障線路運(yùn)行安全的前提下，結(jié)合施工機(jī)具，改進(jìn)施工作業(yè)方法，從而提高天窗施工后的慢行速度。

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

（4）針對(duì)慢行時(shí)長(zhǎng)的設(shè)置，如朔黃部運(yùn)字〔2013〕89號(hào)文規(guī)定，凡大機(jī)清篩經(jīng)“兩搗三穩(wěn)”作業(yè)后，均不需要長(zhǎng)期限速。因此可采取凡是大型養(yǎng)路機(jī)械清篩、搗固作業(yè)時(shí)，配備穩(wěn)定車的方法，保障維修線路的安全，同時(shí)可以提高慢行時(shí)段內(nèi)列車通行列數(shù)。

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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

中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)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(xué)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(guò)能力的影響因素研究[J]. 交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào)，2020，18（1）：153-159.

（責(zé)任編輯：李愈）