（交通运输规划与管理专业论文）铁路综合维修天窗开设相关问题研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 铁路天窗的开设是为了保证运输的安全与质量，给行车设备维修预留一 定的时间，以便对线路、机车、信号及供电设备等进行维修及更新改造。由 此造成行车与施工之间的矛盾，给运输部门的行车组织和维修部门的施工组 织带来了很大的压力和困难。研究合理的天窗开设方案，解决好维修与行车 组织间的干扰与矛盾，对发挥铁路各方面的优势，提高其经济效益、满足运 输需求显得尤为重要。 论文从分析我国线路维修作业方式的变化出发，对天窗开设形式、天窗 开设时段、运输组织特点下的天窗开设方案等方面进行了分析研究。提出了 在采用大型养路机械施工时，天窗扣除能力的概念，重点分析了v 型天窗及 垂直天窗的设置对线路通过能力及列车旅行速度的影响，并建立了天窗开设 时段对线路通过能力的影响模型。分析我国单线、双线及客运专线的运输组 织特点及列车开行方案的不同，对天窗设置方案的影响，并通过实例分析， 得出我国铁路运输组织特点下，不同线路种类的天窗设置方案。 主要内容包括： 1 垂直天窗与v 型天窗对线路通过能力及列车旅行速度的影响分析。 2 天窗合理开设时段研究。 3 单线、双线及客运专线的天窗开设方案研究。 论文通过研究以上几个方面，得出了相关结论，对我国的铁路运输组织 可以提供一定的帮助。 关键词：天窗；通过能力；旌工；运输组织；大型机械 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t f o rt h es e c u r i t ya n dq u a l i t yo fr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n ， s e t t i n g a s i d es o m et i m ed u r i n gw h i c ht r a i n sa r e n ta 1 1 0 w e dt or u ni sn e c e s s a r y t om a i n t a i nt h e1 i n e s ，1 0 c o m o t i v e s ，s i g n a la n dp o w e rs u p p l ye q u i p m e n t s a n dt h ec o n f l i c tb r i n g sp r e s s u r ea n dd i f f i c u l t yt ot r a n s p o r t a t i o na n d m a i n t e n a n c e s oi ti si m p o r t a n tt h a tr e s e a r c h r a t i o n a ls k y l i g h t a r r a n g e m e n tt os 0 1 v et h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt r a n s p o r t a t i o na n d m a in t e n a n c e ，e x e r tt h e r a i1 w a ya d v a n t a g e s ， i m p r o v et h e r a il w a y e c o n o m i cb e n e f i ta n ds a t i s f yt h et r a n s p o r t a t i o nn e e d s t h ep a p e rd i s c u s s e st h ec h a n g e so fr a i l w a yl i n em a i n t e n a n c em o d e i nc h i n a ，a n a l y s e st h es k y l i g h ta r r a n g e m e n tm o d e ，s k y l i g h to c c u p a t i o n t i m e ， a n dt h es k y l i g h ta r r a n g e m e n ts c h e m eu n d e rt h ec h a r a c t e ro f e x i s t i n gt r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o n w h e nu s i n gl a r g ei n s t r u m e n tf o r m a i n t e n a n c e ，t h ep a p e ra n a l y s e st h ei n f l u e n c eo fv m o d ea n dv e r t i c a l s k y l i g h ta r r a n g e m e n to nc a r r y i n gc a p a e i t ya n dt r a v e l i n gs p e e d ，a l s o t h em a t h e m a t i c sm o d e la m o n gt h et i m eo fs k yw i n d o wa n dc a r r y i n g c a p a c i t yi sm a d ei nt h i sp a p e r ， a n d t h ec o n c l u s i o no fs k y l i g h t a r r a n g e m e n to fd i f f e r e n t1 i n e si sm a d e t h e a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h ei n f l u e n c eo fv m o d ea n dv e r t i c a ls k y l i g h to nc a r r y i n g c a p a c i t yo fr a i l w a y sa n dt r a v e l li n gs p e e do ft r a i n s 2 t h ep r o p e ro c c u p a t i o nt i m eo fs k y l i g h t 3 r e s e a r c ho ns k y l i g h ta r r a n g e m e n to fs i n 9 1 e t r a c ka n d d o u b l e t r a c ka n dh i g h s p e e dr a i l w a y b ys t u d y i n gt h ea b o v ea s p e c t s ，t h ec o n c l u s i o ni su s e f u lt oo u r c o u n t r yr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o n 。 k e y w o r d s ：s k y li g h t ：c a r r y i n gc a p a c i t y ：m a i n t e n a n c e ：t r a n s p o r t a ti o n o r g a n i z a t i o n ：1 a r g ei n s t r u m e n t 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 选题背景 第1 章绪论 1 。1 1 线路维修作业方式的变化 随着我国客货运量的不断增加，列车需要不断提高速度、缩短客货送达 时间，增大行车密度或载重【1 2 】，以适应发展国民经济、提高人民生活水平的 需要，同时也是提高运输质量和服务水平、增强铁路竞争能力的重要手段。 高密度、高速度的行车对线路的破坏速度是可想而知的，线路维修周期变短， 作业量变大，因此对工务部门的要求也就越来越高。随着列车密度的不断增 大，传统的人工利用列车问隔进行作业已不可行。而采用大型养路机械时， 其用人少、精度高、见效快、安全系数大且质量稳定的优势显现出来。人工 作业时，限速长度2 公里和限速速度4 5 公里小时的大修基本条件，被缩小 和提高到l 公里和8 0 公里小时：同时机械化作业代替原来的人工利用列车 间隔时间上道作业，消除了行车安全隐患；大型机械用计算机代替人工操作， 消除了手工操作的不确定性和手量目测的误差，确保了线路养护的质量。因 此采用大型养路机械进行线路养护维修成为必然的发展趋势。 大型养路机械维修线路作业，由捣固车、稳定车和整形车各一台，组成 联合机组进行。由捣固车进行线路起拔道和抄平，稳定车担当线路夯实，整 形车负责线路清型1 3 l 。通过协调分工，共同完成线路的维修工作。 采用大型养路机械进行线路维修有剐于手工作业和小型机械化作业，需 要在运行图中预留“天窗”，且开设“天窗”的时间比采用中、小型机械要长， 以便满足大型机械进行线路维修的时间需求。 1 1 2 研究意义 国民经济持续、快速、健康的发展要求铁路不断加快发展步伐以适应经 济发展的需要。在此种情况下的列车提速、高密度运行对施工质量的要求更 高、施工工程量难度变大、工期也变得紧张，特别是繁忙干线的运输能力没 有太多的富余甚至能力利用已达到饱合。为了保证运输的安全与质量，需要 加强对线路、机车、信号及供电设备等的维修及更新改造。这就意味着要封 锁线路，中断行车，开“天窗”为施工部门提供条件，由此必然会影响正常的 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 运输组织，运输与施工之间的矛盾产生，由于我国路情与国外有很大的不同， 不可能完全照搬国外经验直接套用，因此如何解决我国施工与运输的矛盾问 题，解决的好与坏成为直接影响运输安全和运输效益的大问题。 在这种背景下，进行铁路天窗的开设方案优化研究，就运输与施工之间 的矛盾问题探讨解决的思路与方法有着很重要的现实意义。 本文结合我国的铁路现状及运输组织特点，分析天窗的开设形式对线路 通过能力及列车旅行速度的影响，合理的天窗开设时间，研究不同线路种类 条件下合理的天窗开设方案，为我国铁路运输组织提供一定的帮助及参考意 见。 1 2 国内外研究情况概述 1 2 1 国外部分 国外铁路的天窗开设时间都较长，一般为4 6 h ，甚至更长。在线路作业 高度机械化的西欧、日本等国，线路大修“天窗。一般为6 h 以上或全天封闭， 线路维修“天窗”也在3 h 以上【“】，前苏联铁路规定线路大修“天窗”为4 6 h ，线 路和供电设备综合维修“天窗”为2 h 。奥地利的线路大修一般采用夜间开“天 窗”先进行清筛，然后集中几天换枕、换轨。维修根据列车情况或夜间开“天 窗”、或白天开“天窗”施工，“天窗”时间有一周的长期封锁，也有短期的 一昼夜封锁。在有较长“天窗”时间的保证下，大型机械的作业效率得到了 比较充分的发挥，综合作业效率高，施工进度快。 国外高速铁路在天窗开设上基本一致。日本新干线维修天窗设在夜间， 东海道一山阳新干线采用的就是0 ：0 0 “：o o 点的维修天窗：法国高速铁路维 修时间也设在夜晚0 ：0 0 。6 ：0 0 点。德国高速铁路与既有线交替衔接成网，是 客货混运的高速铁路，列车密度很大，夜间仍有货车运行。“天窗”时间安排 在凌晨3 ：3 0 6 ：0 0 。在周末夜间没有货车通过时，开设较长时间的“天窗”进行 作业维修，以便为充分发挥大型养路机械的作业效率提供条件。在天窗开设 方式上，国外高速铁路运行图一般不采用v 型天窗，普遍采用垂直型天窗， 这种设置方式便于统一管理，并能为所有设备的综合维修提供充分的时间。 另外，北美铁路运能富余，而且可以通过平行径路安排运输，维修检测 天窗时间比较长，如c s ) 汀铁路公司，综合维修天窗一般为4 天。 总的来说，国外铁路运能富余，在开设“天窗”进行施工维修时对运输 造成的影响很少，施工与运输的矛盾很小甚至没有。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2 2 国内部分 针对我国铁路现状，国内对“天窗”进行的相关研究已有不少，论述较 多的方面是提高封锁天窗的利用纠”】，改革线路维修作业体制及优化施工组 织管理i 1 9 】，从而提高运输设施设备的维修效率。我国铁路分布地域辽阔，客 货混运，2 4 h 全天候运行，铁路技术设备只能利用列车运行间隔进行检修。 我国的“天窗”大多安排在自天，一般在客车后面。如我国的电气化铁路就采 用运行图空隙( 即所谓“天窗”) ，利用列车运行间隔进行接触网停电检修。在 繁忙干线，如京广线郑卅i 局管内因列车运行的需要，图定天窗安排在凌晨或 前半夜。 随着列车速度的提高，特别是特快列车对数增加，设各检修和施工的直 接作业时间不断减少，传统的利用列车间隔进行分散要点的办法越来越困难， 同时给行车和人身安全带来的威胁也越来越大。另外随着市场经济及铁路改 革的深化和发展，铁路技术装备和运输组织发生了很大变化，对设备维修提 出了新的要求。实行综合“天窗”修成为我国铁路运输设备维修的发展趋势。 为满足铁路运输发展及施工维修的需要，目前我国铁路维修中采用的“天 窗”时间有明确的规定，但实际的运输组织中，由于各种原因的影响，实际的 天窗开设时间并未达到要求，施工与运输之间的矛盾尤为突出，解决矛盾的 方法也不甚理想，经常是顾此失彼，因此对其进行系统性研究尤为重要。 1 3 论文主要研究内容 1 垂直天窗与v 型天窗对线路通过能力及列车旅行速度的影响分析 2 天窗合理开设时间研究 3 单线、双线及客运专线的天窗开设方案研究 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章施工天窗与通过能力及列车旅行速度的关 系研究 2 1 天窗开设方式研究 铁路线路、机车、信号、供电等设备是运输生产不可缺少的基础设施， 其好坏直接关系运输的安全和质量，随着铁路向重载、高速、增加密度等方 向的发展，行车基础设施和设备的维护及更新改造更加重要。 通过开设综合维修天窗进行线路施工，可保证维修人员有足够的时间对 线路及相关设施设备进行日常的养护维修，保证线路质量，从而提高行车区 间线路的行车安全效率。 下面对施工“天窗”进行一些分析。 2 1 1 “天窗”的神类 天窗是指在列车运行图中，为区间或车站正线规定不放行列车的一段时 问。分为以下几种”： 1 线路日常维修 铁路线路按要求应进行日常的线路维修及养护和重点病害的整治，保证 线路具有良好的运行状态，因此要求经常开设时间较短的“天窗”。 2 线路“大中修” 当磨损或变形达到相当程度时，需进行线路大中修。主要内容有：矫正 并改善线路的平面和纵断面；全面更换或抽换、修理钢轨；更换或补充轨枕； 清筛和更换道床，补充道碴，全面起遵并捣固、改善道床断面；整治路基和 安装防爬设备等。 线路大修占用线路时间较长，对线路运营均有较大的影响。另外，在施 工结束后，即天窗时间结束后，为保证线路维修质量以及行车安全，还要求 部分列车限速运行。线路中修可结合线路大修施工同时进行，“天窗”要在方 案运行图中预留。 3 电务维修 电务维修作业量较小，且只有少部分作业需要开设“天窗”，一般与其它 线路维修同时进行，以减少对线路运营的影响。此类天窗只在日常运营中灵 线路维修同时进行，以减少对线路运营的影响。此类天窗只在日常运营中灵 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 活安排。 4 接触网维修“天窗” 在电气化铁路区段，要对接触网供电设备进行日常的检查与维修，以保 证列车运行的安全、顺利。线路在进行接触网检修时，无法正常为列车运行 提供必要的电力，必将影响列车的运行。且此种天窗的开设距离比较大，时 间比较固定，应在方案运行图中预留。 2 1 2 天窗开设原则 1 根据运量及列车密度大小，区分繁忙干线和一般线路。在繁忙干线和 特殊困难地区实行预留“天窗”进行作业；在一般线路上，若线路能力富余， 则利用列车间隔时间开设天窗进行维修作业，此时需要有施工组织环节的严 密性及连续性来保证天窗的兑现。 2 在线路能力允许和旅客列车开行时间条件允许的情况下，“天窗”应尽 可能开设在白天，否则应尽量开设在夜间。 3 在接触网检修天窗内，由于反方向列车由有电方向向无电方向运行时， 必然要经过渡线或道岔，这样就有可能抱电进入无电区，使无电区带电，危 及作业人员安全。因此，在v 型天窗内，应保证无反向列车运行；在垂直天 窗内，应保证没有列车运行。 4 利用预留天窗进行施工作业时，应保证行车及施工人员的安全。 2 1 3 天窗开设方式 天窗开行方式主要有v 型和垂直型两大类，其余各类为两者组合演变而 来。 2 1 3 1 “v 型”天窗 v 型天窗是指电气化双线铁路对上下行正线，按供电臂分别进行停电检 修的天窗，运输组织方式为一线停电检修而另一线双向行车。其优点是保证 列车不问断运行。如图2 1 所示： 2 1 3 2 上下行重合的垂直天窗 在一定的时段内，运行图中安排一个形如矩形的空白段，确保上下行线 均停电进行综合维修。其优点是综合维修时不会发生电气干扰，保证了检修 作业组的安全；不受列车运行的影响，维修作业效率和安全度相对较高。主 要缺点是列车因等候天窗而影响运行，从而降低列车的旅行速度和区间通过 能力。如图2 2 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 下行天窗 上行天窗 钐孙氽心刘 肜夕冽渊 畅1 浏 畅腻 嵫1 浏。 图2 1v 型天窗示意图 ww y 1 ) ( 、y x ) () ( 从x ，、x 天 mm | | 图2 2 上下行重合垂直天窗示意图 2 1 3 3 上下行分设的垂直天窗 运行图按上、下行分别开设天窗。一线维修时，另一线在天窗时间内可 组织列车运行。如图2 3 所示： 2 1 3 4 垂直天窗与v 型天窗混合 在一定时间段内，运行图按上、下行一方向开设垂直天窗，另一方向开 设v 型天窗。如图2 4 所示： 2 1 3 5 区段垂直型天窗组合 一定时间段内，以区段为单位移动天窗时间，形成区段垂直型天窗组合。 安排这种类型的天窗时要保证作业组织的连续性。如图2 5 示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 v| | | | | | | yljf y y y y 、| t |k | xx| | | |xx x | | hw | 入| | | ii 天天天x ：、( n| | | |洲tl 缉| 图2 3 上下行分设垂直天窗示意图 f |t | | | |nn；| | 、7 ”| k |mi | 0| | h化 l 7 朋jxyli ， ， j 叭7 vl i ，1y | | | |n nv| m 图2 5 区段垂直型天窗示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 2 考虑天窗下的运行图通过能力计算 铁路通过能力是指每一铁路线路方向或区段，根据现有固定设备，在一 定类型的机车、车辆和一定的行车组织方法( 列车运行图) 条件下，于单位 时间内( 通常是一昼夜) 所能通过的最多列车数或对数称为通过能力。 通过能力表明每一铁路线路所能完成的旅客列车、货物列车、快运货物 列车、摘挂列车以及路用列车等各种行车量的程度。它与铁路线路区间、车 站等固定技术装备以及运行的机车车辆类型和列车运行方式等有关。当在运 行图上预留一定的时间进行施工时，势必占用一定的能力。下面对其问的关 系进行分析研究。 2 2 1 基本原理 在平行运行图上，同一区间内同一方向列车的运行速度都是相同的，并 且上下行方向列车在同一车站上都采用相同的交会方式。任何一个区间的列 车运行线，总是以同样的铺画方式一组一组的反复排列。一组列车占用区间 的时间称为运行图周期，不同类型的运行图周期所包含的上下行列车数可能 不同。若一个运行图周期内所包含的列车对数或列数用表示，则放行列 或一对列车平均占用该区间的时间为： f ：e r n ： ( 2 1 ) 式中t 为运行图周期( m i n ) 。 对于一定类型的平行运行图的区间通过能力n ，考虑不同的因素时，有 以下几种情况： 不考虑固定作业占用时间和能力利用有效度时： n 。兰竺生。业掣超( 对) ( 2 2 ) f 2 式中z 为天窗时间( m i n ) 。 考虑固定作业占用时间两不考虑能力利用有效度时： 靠。坐坚玉。竺霉莹丝( 对) ( 2 3 ) ni _ ：_ 一m lliz j f z 式中 t 为除天窗外每天其它固定作业时间( m i n ) 。 同时考虑固定作业占用时问和能力利用有效度时： 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 n 。坐掣。坐鼍堕( 确 z 2 ( 2 4 ) 式中d 。为能力利用有效度系数。是表示在运行图中由于天窗和其它固 定作业时间产生的对运行图能力扣除后，对剩余时间的利用程度。 一般来说，运行图周期r 是由列车纯运行时分，起停车附加时分0 以及 车间间隔时间_ r 所组成。即 r 0 + 0 + t ( 2 5 ) 从公式中可以看出，通过能力的大小与r 成反比，r 越大通过能力越小， 而影响r 的最主要因素是f ，。不同类型的运行图，r 和弭。的组成是不同的， 必须分别计算不同运行图的通过能力。以下对各种不同类型的运行图的通过 能力进行分析。 2 2 2 平行运行图通过能力计算 2 2 2 1 单线成对非追踪运行图 列车运行图周期： r e f 。+ f + o + + t ( 2 6 ) 式中t7 ( t ”) 上( 下) 行列车区间运行时分( m i n ) 一列车起停附加时分( m i n ) 、t a ( b ) 车站的车站间隔时分( m i n ) 不考虑能力利用有效度时线路通过能力： 。型笔攀超( 对) 1 ( 2 7 ) 2 2 2 2 单线不成对运行图 单线不成对运行图的区间通过能力，比成对运行图要高，并且不成对系 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 数越小，通过能力越大用。 h ，+ o 。一n ) 互一1 4 4 0 i 一瓦 抖1 一篇 订= n 玩( 列) ( 2 8 ) 式中( n ”) 行车量较小( 大) 方向列车对数； 五同向列车平行运行的列车最小间隔； 危不成对系数。 2 2 2 3 单线追踪运行图 在单线自动闭塞区段，可采用成对部分追踪运行图。其通过能力为： 弹一若( 对) ( 2 9 ) 式中 r ：追踪列车数与总列车数之比； ，、，”列车追踪间隔时间。 如果上下行行车量不同，可采用不成对部分追踪运行图。其通过能力为： 行= 矗( 对， ( 2 1 0 ) 以一卢。y ：，。 ( 2 1 1 ) 式中n ”、n 。行车量大( 小) 的方向列车总数； 尻不成对系数； y ：行车量大的方向追踪系数。 2 2 2 4 双线平行运行图 半自动闭塞区段： r = + ( 珈l i n ) n 。竺孚玉：竺 墨( 列) ( 2 1 2 ) ? f ，+ f 、1、7 西南交通大学硕士研究生学位论文第l1 页 式中f ，上( 下) 行限制区间的列车运行时分( m i n ) a 自动闭塞区段 玎。坐警立洌) 1 ( 2 1 3 ) 式中，上( 下) 行列车追踪运行间隔时间( m i n ) 。 2 2 3 非平行运行图通过能力计算 采用平行运行图可以达到最大的通过能力，但在一般运行条件下，铁路 运营采用非平行运行图，其通过能力是指在旅客列车数量及其铺画位置已定 的条件下，该区段一昼夜内所能通过的货物列车数和旅客列车数。 在计算非平行运行图通过能力时，是在计算平行运行图区间通过能力的 基础上，根据旅客列车、快运货物列车及摘挂列车的扣除系数，扣除由于这 种影响而不能开行的货物列车数，从而对非平行运行图的区间通过能力进行 近似计算。 计算公式如下： 。，。! ! ! ! 二j ! 二：三l 二；兰旦_ = 丛+ 开。+ 矩：+ ， n ，二l 一+ 开+ 栉+ 卑一止n p 一5 址以一占吐j l z + ，l + 以i + 咒p 茸一f 砷盯p 一( s 胜一1 ) 即t 一( 吐一1 ) ，l ；+ 以p ( 2 1 4 ) 式中”，非平行运行图的列车通过能力，列： 平行运行图列车通过能力，列； 、旅客列车、快运货物列车、摘挂列车的扣除系数； n ，、h 。、件：旅客列车、快运货物列车、摘挂列车的开行数量。 2 3 天窗开设方式对线路通过能力及列车旅行速度的影响 线路通过能力与列车旅行速度是评价运行图的重要指标，研究天窗开设 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 对二者的影响是必要的。下面对其关系进行分析研究。 2 3 1 天窗开设对线路通过能力的扣除确定 我国铁路线路及设备进行维修时，编图者往往根据经验来安排天窗的开 设，线路紧张的地段则采用压缩天窗时间的方法来满足能力需求，而没有严 格的标准去参照，天窗开设上主要采用v 型及垂直型天窗。一般情况下，双 线铁路采用v 型天窗较多。单线铁路的维修作业大都利用列车间隔，开设区 间天窗。 天窗的开设，影响了列车的开行，部分列车运行因等待天窗而在站停车， 使得线路通过能力及列车旅行速度受到一定的影响。对线路通过能力来说， 产生了定的能力扣除，这里把天窗对通过能力的扣除影响简称为天镥扣除 能力。从第一章节的分析可以看出，扣除能力的大小与天窗开设时间有关， 同时由于天窗的开设方式不同，也会产生一定的附加影响，则扣除能力可用 下式表示： n 。尘- 玉( 2 1 5 ) “t 。亍 0 2 1 5 式中 行。天窗扣除能力； 疋天窗开设时间； r ，开窗开设产生的额外影响时间； r 运行圈周期。 文献h 们对较常采用的v 型天窗及垂直天窗进行了较详细的研究，并得 出相关结论。本章节通过建立相关模型，采用数学方法重点分析较常采用的 两种天窗开设方案对线路通过能力的扣除影响，比较两种天窗开设方案对线 路通过能力及列车旅行速度的影响，并通过实例进行天窗扣除能力的比较论 证，得出相关研究结果。 下面以双线自动闭塞线路为研究对像，采用理论方法分析v 型天窗及垂 直天窗的开设与线路通过能力的关系。约定如下：只考虑天宙对货物列车的 影响，区段铺画货物列车种类相同，各区间运行时分相同。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 2 3 2 天窗开设对线路通过能力的扣除分析 2 3 2 1v 型天窗的开设对通过能力的影晌分析 当某双线区段开设v 型天窗后，上行或下行天窗的货物列车影响区为： 天窗开始前，从同向最靠近天窗而不需停车等候的一列货物列车进入区段的 时间起，列天窗结束后，同向最靠近天窗未受天窗影响的一列货物歹车离开 区段的时间止，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。在双线区段列车运行的上下行系统是分开的，故上下 行影响区均不互相干扰。图2 6 所示为一上行方向的货物列车影响区。 由图2 6 可知，天窗影响区瓦是由天窗影响时毁瓦、天窗前影响时段 和天窗后影响时段正三部分组成，天窗影响区长度可表示为下式： 。i + 4 八 八 八 汐彳0 【h 旭 li i 肇- c 7 rn 一7 ：i 图2 6v 型天窗货物列车影响区示意图 由图可知，v 型天窗的影响区为一平行四边形，所以在任意一个车站上 的天窗影响时段瓦、天窗前影响对段l 、天窗后影响时段瓦；三者之和都是 相等的，均为影晌区的长度。如图2 6 所示，作如下定义： 设天窗影响区最左端的列货物列车在运行图中的运行线与车站站线之 间的夹角为。各天窗分段为一个矩形，将各分段天窗开始的时刻点连结起 西南交通大学硕士研究生学位论文第“页 来，若形成条直线，设其与车站站线的夹角为q ，在这里称呸为v 型天窗 的上行或下行的倾斜度，该直线称为天窗倾斜线。运行图中区段长度为l 。 t a n t ， t a n 口t 。l 4 。工a 备一2 ；) 式中一货物列车区段运行时分： 4 天窗对应的倾斜时间段； 疋区段起站上的天窗前影响时段【1 0 1 。 下面分别对乙、乙、瓦的组成及相互关系进行讨论。 1 夭窗影晌时段瓦 iy 卜t 山 ( 2 1 6 ) ( 2 1 7 ) 图2 7 天窗影嫡时段示意图 由图2 7 可知，天窗影响时段由天窗时间r 。和天窗倾斜线与各分段天 窗的开始时刻线所组成的三角形底边时间乏之和。则： 砭一c o t q k ，一乏+ 瓦一瓦+ j o 吐， ( 2 1 8 ) 式中 各区间长度； 各分段天窗对应的三角形底边时间； 疋天窗时间； 各分段天窗的影响时段。 由于每个天窗分段的长度不同，使褥每个分段对应的瓦也不同，因此每 个分段所对应的天窗影响时间也不相同。其中最长的天窗分段所对应的天窗 影响时段最大。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 在实际铺画运行图的过程中，除了要开设一定的满足施工需要的天窗时 间乏外，还要考虑为保证列车运行安全两预留一定的安全时间；此外在天窗 开设前后，同样为保证列车安全运行的需要，还要附加一定的慢行时分。这 样v 型天窗的天窗时间由以下三部分组成： ( 1 ) 图定天窗开设时间乏； ( 2 ) 天窗前后预留的安全时间乙、； ( 3 ) 天窗开设前后列车的慢行附加时间乃、毛- 即 正；t + 0 + 死+ + 2 天窗前影晌时段 如图2 8 所示，区段中共有m 个天窗分段，逆列车运行方向分别标记 为分段1 ，2 ，m ，车站标记为0 ，1 ，2 ，m 。由图2 6 可以看到，当 口。一呸时，夹在货物列车运行线与天窗倾斜线之间与车站站线重合的那一部 分，即为天窗前影响时间，沿着列车的运行方向，该时间段呈逐渐减小的趋 势，到区段终点时减小至o 。 4 7f 八 八 八v 分段1 分段2 分段m 1 分段m 图2 8 天窗前影响时段示意图 可知，每个天窗分段的天窗前影响时间为从车站标记为o 的车站到该站 的列车运行时间与天窗倾斜时间之差，即 。一i 僦q 。c o 一c o t q ( 2 1 9 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 6 页 m 缸) 一 式中为货物列车在第f 个区段的运行时分。 每个天窗分段前影响时间内可以容纳的列车数为 竹乖吖乃，朋| 【( 芝一c o t q ) 朋 m a x ”一 = n g n 。一阪，】- i 一三c o t 口。) 川( 2 2 0 ) 式中【x 】为不大于x 的最大正整数； ，为区段内货物列车追踪间隔时间。 3 天窗后影响时段 ，。f7 矽? 夕。 7口 l 分段1 分段2 分段m 1 分段m 图2 9 天窗后影响时段示意图 如图2 9 所示，天窗后影响时段是指某个天窗分段终点站上，各天窗分 段结束时刻的天窗倾斜线与天窗影响区最右侧的一列货物列车运行线之间的 时间段。 从图中可以看出，每个天窗分段所对应的天窗后影响时间也不完全相同， 它与天窗分段的长度有一定的关系，但其基本的趋势还是顺列车运行方向逐 渐增大的。由于v 型天窗的天窗影响区是一个平行四边形，因此天窗后影响 时间可以由天窗影响时间和天窗前影响时间求得： 弓；+ + 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 正；e l 一一z 0 一i ( 2 2 1 ) 由图2 9 可知，天窗倾斜线必然经过最长的天窗分段的左右顶点，且两 线互相平行，设最长的天窗分段长度为k ，由前面的分析可知，它所对应 的最大，该段天窗影响时间与之和即为弓，即 lt f 。c o t 口，+ i + ( 2 2 2 ) 将式( 2 2 2 ) 代入( 2 2 1 ) 式得： 瓦l f c o t a ，+ z + 一( 乃+ 死+ 正) 。f 。c o t q + 五+ 一一c o t q 一五 = 一+ ( f 。一) t 口， ( 2 2 3 ) 假定在天窗前影响时段内，所有列车均以列车追踪间隔时间相继发车， 在天窗结束后时段，从最靠近区段终站的列车开始，相继以追踪间隔时间紧 靠天窗结束点发车至终站。由此可知所有列车在天窗影响范围内的停车时间 是相同的，且可得出每列车的停车时间为： 珞t l 一村= ? 。c o t a ，+ 互+ 工( 0 0 t 一c o t 口，) 一 ， = z c o t 口i + 王+ 巧一工o 。t a i 再， = i + 一( l f 。) c o t a ，一l l ， ( 2 2 4 ) 天窗后影响时段每个分段内可以发出的货物列车数为： n 村= 【毋一+ ( f 一一f j ) c o t a ， 刀 ( 2 2 5 ) 4v 型天窗对线路通过能力的影响 v 型天窗对线路通过能力的影响决定于以下几个因素：v 型天窗的影响 区大小、v 型天窗的倾斜程度及天窗分段的排列方式、天窗影响区内货物列 车的铺画方式等。 开设v 型天窗影晌时段的长度： 弓t ，。c o t 口，+ 五+ 一一伍一f 一) c o t ，+ 正 ( 2 2 6 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 v 型天窗影响时段内可通过的最大货物列车数为： n ，t 暖，卜【一l 叫a t ) ，朋一陋 t 一c o 慨，) 】 ( 2 2 7 ) 在实际运营中，列车的开行要受到车站到发线、天窗后列车追踪间隔及 区间运行时分的限制等，因此实际通过的货物列车数必然小于一。 开设v 型天窗时段对通过能力的扣除为： 行t 一吼，刀一竹，i 【以+ f c o t a 。+ 正) ，j 卜【一工c o t 口，) j 】 t 【( f 。c o t 口。+ 瓦) ，】 ( 2 2 8 ) 由分析可知，开设v 型天窗时，影响通过能力的因素有： ( 1 ) 天密时闻z ：通过能力损失与天窗时闻成正比，天窗时同越长， 能力损失也就越大。若追踪时间，取8 m i n ，天窗时间每增加1 小时，则能力损失为7 8 对。 ( 2 ) 区段内最长的天窗分段k ：通过能力损失与f 。成正比，也随 着l 。的增加而增加。但f m 。的变化对能力损失的影响幅度不是 太大。 ( 3 ) 天窗倾斜度以：由前面分析可知，当天窗倾斜度与货物列车运 行线斜率相同时，即口。一吒，天窗影响范围最小。而当口r 增 加到9 0 度，即变为垂直天窗时，f m 。，c o t q = o ，此时对通过能 力损失的影响为最小。由此也可推知，垂直天窗对线路通过能 力的影响要比v 型天窗小。v 型天窗理想的倾斜度应与列车 运行线平行。 ( 4 )货物列车追踪间隔时间j ：通过能力的损失与货物列车追踪问 隔时间能反比，越大，则能力扣除越小，反之则越大。 综上可以得出： ( 1 ) v 型天窗的影响时段长度与区段货物列车全程运行时分巧、 天窗倾斜度呸及天窗时间互有关。磊、越大，天窗影响时段 越长； ( 2 )影响线路通过能力的因素有天窗时间z 、区段内最长的天窗分 段f m 。、天窗倾斜度q 、货物列车追踪间隔时间，且与天窗时 闻互、区段内最长的天窗分段2 一、天窗倾斜度口。成正比，与 货物列车追踪间隔时间，成反比。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 2 3 2 2 垂直天窗的开设对通过能力的影响分析 1 夭窗影响区域分析 当某双线区段开设垂直天窗后，上行或下行天窗的货物列车影响区为： 天窗开始前，从同向最靠近天窗而不需停车等候的一列货物列车进入区段的 时间起，到天窗结束后，同向最靠近天窗未受天窗影响的一列货物列车离开 区段的时间止，所包围的区域称为垂直天窗的上行或下行方向货物列车影响 区。 在双线区段列车运行的上下行系统是分开的，故上下行影响区均不互相 干扰。如图2 1 0 所示为货物列车影响区示意图。 图中z 为天窗时间： l 为垂直天窗上行方向货物列车影响区； 毛为垂直天窗下行方向货物列车影响区 图2 1 0 垂直天窗货物列车影响区示意图 以上行方向为例，影响区详细分析如图2 1 1 所示： 由图2 1 1 可知，天窗影响区弓是由天窗时间弘天窗前影响区五和天窗 后影响区五三部分组成，分别用下式表示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 绋 付尹 7f? 7f i _ r 卜 萨槲 ? 0 区间1 1 区间2 2 m - 1 区间虹 m 图乞1 1 垂直天窗上行方向货物列车影响区示意图 l 一+ 瓦一+ f 。 弓。+ l + f 。= 岛+ 互+ 露( 2 2 9 ) 式中 矗货物列车区段运行时分： 天窗前影响时段； z 天窗时间； 瓦天窗后影响时段； f o 最靠近天窗未受天窗影响的列车到在终站与天窗开始前的间 隔时间； 0 最靠近天窗未受天窗影响的列车在始站与天窗结束后的间隔 时间。 2 天窗时间分析 同v 型天窗的天窗时问确定原则一样，在实际铺画运行图的过程中，同 样要考虑为保证列车运行安全而预留一定的安全时间以及在天窗开设前后附 加一定的慢行时分。这样垂直天窗的天窗时间由以下三部分组成； ( 1 ) 图定天窗开设时问王； ( 2 ) 天窗前后预留的安全时间乙、毛。； 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 1 页 ( 3 ) 天窗开设前后列车的慢行附加时间乙、。 即 五。疋+ 乙+ + 乃+ 为方便研究，将以上预留的安全时间及天窗开设前后列车的慢行附加时 间全部纳入天窗开设时间中。 3 天窗前影响时段分析 如图2 1 1 所示，设天窗左端最靠近天窗且未受天窗影响的货物列车在无 须停站的情况下经过终站时与天窗开始前的时间间隔为f 0 ，可知，必有f o ，且该站到发线数量满足要求，则在该站会产生另 一列待避列车。 由前面分析可知：。+ f 。 ；+ 则在时段内可以容纳的货物列车数为： n 。= 匝，j 卜f + f o ) ，】 ( 2 3 0 ) 4 天窗后影响时段分析 天窗结束后，因待避天窗而停站等候的列车的开行原则为：对于最邻近 终站的列车，紧靠天窗结束点从车站出发，随后的列车或以追踪间隔时间发 车，或者紧靠天窗结束点发车。 可知：天窗后影响时段瓦t + f 。 瓦t 如+ o ( 2 3 1 ) 5 垂直天窗对线路通过能力的报除 ( 1 ) 开设垂直天窗影响时段的长度 一t + + f 。一磊+ t + f o + t 。 ( 2 3 2 ) ( 2 ) 天窗影响时段内可能通过的最大货物列车数 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 以。一【，】= d 口_ 十f o ) ，l ( 3 ) 开设垂直天窗对通过能力扣除为 n i e ，j 卜n 。= 旧+ f ，) ，j 1 由上式可得出以下结论： ( 1 ) 开设垂直天窗时，影响线路通过能力的主要因素为天窗开设时间及 列车追踪间隔时分。 ( 2 ) 垂直天窗对线路扣除能力的大小与天窗开设时间成比，天窗时间越 长，扣除能力越大；与列车追踪间隔时间成反比。，越大，则能力扣除越小。 2 3 2 3 天窗开设对通过能力的扣除比较 由分析可知，在天窗开设时间相同的情况下，垂直天窗与v 型天密对通 过能力的扣除分别为： h 女一【伍+ f 。) ，】( 2 3 5 ) 订t 。【( j 。c o t a ，+ t ) ，j 】( 2 3 6 ) 则其扣除能力差值 ，为： n 。一肚畦一万= t f p 。c o t a ，+ i f 。一正) ，】一【( f c o t 口。一f 。) j 】( 2 3 7 ) 由前面分析可知，为小于，的值， 则有【f 腑朋= 0 。此时扣除能力差值 可通过最长的天窗分段长度及天窗倾斜度计算得出，即 。一【j c o t 。，刀 当天窗倾斜度与列车运行线平行时，天窗影响区最小，此时c o t 口，一巧儿 为一定值， jt n 。一【( f a 毗口，一f ) ，】一【( f 。工+ 一f 。) ，】一f 詈l + 三印 ( 2 3 8 ) lj 由此可得，垂直天窗对通过能力的影响小于v 型天窗对线路通过能力的 影响，当- g 。时，其差值为p 。t a ，刀。 以萧甬线下行方向为例，天窗安排在夜间，为3 h 。货物列车从萧山运行 至洪塘乡，运行距离1 2 9 2 5 k m ，全程运行时分1 0 9 m i n ，最长的天窗分段在 上虞至余姚，长度为3 1 9 5 k m ，货物列车追踪间隔时间为7 m i ，为提高列车 旅行速度，开设v 型天窗时，使其倾斜度与货物列车运行线平行。 开设垂直天窗，由公式( 2 3 4 ) 计算能力损失n 。为： 摊。一【 + ) j 卜2 5 ( 列) 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 开设v 型天窗时，一口。，由公式( 2 3 7 ) 可得能力损失肛。为： 疗幢t 【( f 。c o t q + i ) q 一【( 3 1 9 5 主+ 1 8 0 ) 7 】一2 9 ( 列) 二者差值为； 再。t n “一n d = 4 ( 列) 由计算结果可以看出，开设相同时长的垂直天窗与v 型天窗时，垂直天 窗对能力的扣除要小于v 型天窗。以萧甬线为例，计算下行方向能力扣除差 值为4 列。 2 3 3 天窗开设对旅行速度的影响分析 列车由于待避天窗，必然相应增加停站时间，由此引起旅行速度的交化。 列车旅行速度既可以通过旅行速度系数局来计算，也可通过以卢，来计算。但 系数局不仅能反映列车在中间站总停站时间及用于加减速度的时间对旅行 速度的影响，还能反映与列车停站次数有关的影响【。所以，用系数扇表示 列车运行图质量更为全面。计算公式如下： 岛- 。1 一i 告 。彳每 ( 2 3 9 ) v yl + l0 + 瓦 、7 下面分别研究垂直天窗与v 型天窗的开设对列车旅行速度的影响。 2 3 3 1 垂直天窗对货物列车旅行速度的影晌 以下研究中，不考虑旅客列车对货物列车的影响，货物列车追踪运