第四章客运专线通过能力计算方法研究

1、第四章第四章客运专线通过能力计客运专线通过能力计算方法研究算方法研究 4.1 客运专线综合维修天窗设置方式客运专线综合维修天窗设置方式 4.1.1客运专线综合维修天窗作业时间客运专线综合维修天窗作业时间 高速客运专线的综合维修主要指对线路、供电、信号高速客运专线的综合维修主要指对线路、供电、信号等固定设备进行日常维护和检修。在列车运行图上预留的等固定设备进行日常维护和检修。在列车运行图上预留的用于维修施工所需要的行车用于维修施工所需要的行车“空隙空隙”称为天窗。它是解决称为天窗。它是解决列车运行与设备维修施工之间矛盾的技术措施。在高速度、列车运行与设备维修施工之间矛盾的技术措施。在高速度、高密

2、度的行车条件下，综合维修天窗开设方式和维修时间高密度的行车条件下，综合维修天窗开设方式和维修时间的确定，对客运专线的通过能力，行车组织方式有很大的的确定，对客运专线的通过能力，行车组织方式有很大的影响。影响。1.工务维修作业及其时间要求工务维修作业及其时间要求 p（1）国外工务维修天窗及维修作业时间概况）国外工务维修天窗及维修作业时间概况 采用大型综合维修机械，利用夜间进行维修是各国普遍的做法。各国主要利用夜间0： 006： 00进行维修，仅对天窗的利用方式及维修作业时间的具体安排有所不同，有的除夜间外，白天也安排一定时间的天窗，供养护人员做必要的补修使用。n法国TGV线是各国维修作业量最小的

3、。由于行车量的增加，可以开设天窗的时间也在缩短，但为了确保轨道的高质量状态，天窗开设时间不小于3.5h，以保证实际3h的维修时间。另外还安排11.5h的白天天窗。n日本新干线维修作业期间不存在邻线列车干扰问题，维修作业时间一般不小于3h。考虑维修设备，自维修基地到达作业地点的机械运行时间及作业完毕后返回基地和维修、检查、检测时间等，经常出现用足6h的情况。n德国铁路维修作业一般安排在夜间3： 306： 00间，由于其高速线为客货混行，夜间开行货车，在3： 00前160km/h的快货均已通过，少量速度较慢的列车在维修时间内组织一线维修，一线反向行车的形式。p(2)我国高速客运专线合理维修天窗时间

4、的确定我国高速客运专线合理维修天窗时间的确定 根据我国高速客运专线列车运行速度高，行车密度大的特点，借鉴国外工务维修的先进经验和组织方式，应采用大型养路机械组成维修机组进行设备的综合维修，以提高运输设备的质量，保证列车运行的安全。n大型养路机械作业的合理天窗时间应当充分保证一定数量的纯作业时间，使其实际作业效率接近或达到机械的设计作业效率，并且在线路通过能力允许的情况下，尽可能地为线路维修作业提供方便、高效的作业环境。所以，天窗时间的选择应当有利于提高机械作业效率。n决定养路机械维修作业效率的因素包括：天窗时间，机组效率及施工作业组织等几个方面。p大型养路机械维修机组作业的大型养路机械维修机组

5、作业的“天窗天窗”时间包括时间包括纯作业时间纯作业时间和和辅助作业时间辅助作业时间。n辅助作业时间是指“天窗”作业时间内的非维修作业时间，包括：车站办理区间封锁手续（约8min）、维修 机 组 由 车 站 至 作 业 地 点 的 往 返 运 行 时 间 （ 约24min）、机组整备及摘挂时间（约16min）、开通线路时间（约2min），一般需要50min。p机组效率与选用的机组数量有关机组效率与选用的机组数量有关。线路维修施工实践和有关研究表明，在同一“天窗”时间、同一区间内，单套机组作业方式线路维修效率最高，其次是两套机组。据了解，大型养路机械维修机组的平均作业效率为8001200m/h。p

6、大型养路机械维修机组的作业效率大型养路机械维修机组的作业效率是指一套机组、一个“天窗”小时平均维修线路长度。它是反应维修机组作业效率的综合性指标，它与机组平均作业效率、“天窗”时间、机组数量的关系可用下列公式表示：()P TTLMATAT天辅助天天p如果取“天窗”时间内的辅助作业时间50min、机组数量为1组、机组平均作业效率为1000m/h，计算不同“天窗”时间内维修机组的作业效率见下图。5005005505506006006506507007007507508008008508509009009509500 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9天窗时间天窗时间(h)(h

7、)维修机组作业效率维修机组作业效率(m/h(m/h组组) )系列系列1 1从图中曲线变化情况可以看出：维从图中曲线变化情况可以看出：维修机组作业效率随修机组作业效率随“天窗天窗”时间延时间延长而提高，这种随长而提高，这种随“天窗天窗”时间改时间改变而变化的幅度，当变而变化的幅度，当“天窗天窗”时间时间为为24h时最大，时最大，45h时次之，时次之，5h以上时曲线变化平缓。如果将以上时曲线变化平缓。如果将800m/h作为大型养路机械维修作为大型养路机械维修机组发挥作用的最低限值，则大型机组发挥作用的最低限值，则大型养路机械维修机组作业所需的养路机械维修机组作业所需的“天天窗窗”时间至少在时间至少

8、在4h以上。以上。p所以从充分发挥机组工作效率和提高维修机组作业效率考虑，合理的线路维修“天窗”时间应为46h。p根据客运专线列车开行情况，并考虑“天窗”时间对线路通过能力的影响，认为我国高速客运专线综合维修“天窗”时间以安排在0：006：00为宜。2.接触网维修作业及其时间要求接触网维修作业及其时间要求 p我国高速客运专线一般采用电力牵引的牵引形式，因此，需要涉及到牵引接触网的维修。p牵引供电系统的维修包括变电所，受电弓和接触网三部分。由于铁路供电均采用两路电源，所以牵引变电所的停电维修不会影响到接触网供电，即不会影响正线的正常行车；受电弓作为构成动车组的上部组成部分，应由车辆基地在进行机车

9、、动车维修时一并进行；而线路上进行接触网检修时，无法正常为列车运行提供必要的动力，必将影响客运专线的正常行车。p（1）既有线接触网维修作业情况）既有线接触网维修作业情况 既有电气化铁路接触网维修作业按设备运行的状态可以分为停电作业，带电作业和远离作业三种；按作业点位置分为高空作业（距地高3米以上的处所进行的所有作业）和地面作业；按复杂程度分为一般带电作业和特殊带电作业。p停电作业程序分为以下步骤及时间标准：n作业时间电力调度员电请停电，电力调度员发布停电命令2min；n作业组验电接地4 min；n作业组进行检修作业70 min（按90 min安排）；n作业组工作完毕，撤离现场2 min；n电力

10、调度员确认完全达到通电、行车安全条件后，给予解除停电作业命令5 min；n电力调度员按照规定进行倒闸作业，通知列车调度员接触网已通电可以行车 5 min。p对于具体接触网维修天窗的设置时间有以下几点要求：n单线区段不少于60 min，双线区段不少于90 min；n对较大的区段，例如枢纽、区段站等，若每无预留天窗有困难，每个供电臂每月应不少于10小时的停电检修时间；n对执行“V型天窗”作业的双线区段每月至少保证3个矩形天窗。p（2）国外高速客运专线接触网检修情况）国外高速客运专线接触网检修情况 在高速客运专线上，随着列车速度的提高，接触网受电弓供电系统在动力学方面存在的各种问题也就越加显著，要求

11、比普通铁路具有更高的性能。 基于此，高速客运专线接触网系统的特点是采用新结构和新材料。与此相应的，国外关于接触网维修作业的技术开发，主要是采用长寿命设备，进行作业机械化，检查自动化等。长寿命装备主要指采用低磨耗的接触线，作业机械化主要是指开发公铁两用车，高空作业车等便于机动施工的高性能维修作业车以及检验维修作业量的架电作业车等；检查自动化主要是指采用专用的接触网检测车或电气轨道综合试验车作为检查手段。如日本新干线的P23型新干线综合检测车。 高速客运专线的接触网维修应该以状态维修为主，即采用定期的检查和有计划的预防性维修方法，该方式的关键是接触网的故障诊断系统和维修天窗的设置形式。 电气化铁路

12、接触网维修的特点是需要经常进行日常检查，并按照诊断状态对接触网进行位置调查或更换其磨损部分。根据日本新干线的运行经验，特别是磨损部分有大量的维修工作。 关于高速客运专线接触网的维修方式，国外高速铁路以客运量和供电负荷最大的日本新干线为代表，基本上采用每天运营，夜间维修的方式，接触网检测和维修均在夜间无行车的时间进行，其所需的时间均小于工务维修所需时间。p（3）我国高速客运专线接触网维修作业天窗时间）我国高速客运专线接触网维修作业天窗时间 对于小型机械作业，一般应在运行图上每天安排固定的时间进行。对于大型机械作业，则只需每日、月、季安排几次，每次作业4h。按照现行规定，在运行图上预留接触网维修天

13、窗时间，双线铁路天窗时间为90至180 min。对于我国未来高速客运专线，由于维修技术的提高和维修设备的改进，其接触网维修应采取大型维修机械进行，并考虑实际运营的需要，其天窗时间建议采用90至180min，且与工务维修天窗重合设置的形式。3.通信信号维修作业及其时间要求通信信号维修作业及其时间要求p信号设备维修工作由信号设备维修工作由维修、中修和大修维修、中修和大修三部分组成。信号三部分组成。信号设备维护工作贯彻设备维护工作贯彻预防与整修相结合预防与整修相结合，以预防为主以预防为主的方针。的方针。n维修维修是指对运用中的信号设备进行养护和检修，掌握设备性能，预防设备故障，保证设备处于良好的运用

14、状态；n中修中修分为入所修和集中修，对现场可替换设备实行入所修，对现场规定设备实行集中修；n大修大修是指为恢复、改善和提高信号设备质量，保证既有设备的正常使用和运输生产的正常进行，对设备进行的维修作业。 p为提高信号设备的维护质量，对信号设备维修实行日常养护和集中检修，把养护和检修基本分开。信号检修作业实行天窗的检修方式，影响行车的检修作业项目，应纳入天窗时间内进行。天窗时间内无法完成的较大型检修作业，必须纳入月度综合作业计划。当发现危及行车安全的设备隐患时，应立即按规定办理停用手续，克服设备的缺陷。p另外，以既有铁路信号设备维修作业时间分析，基本是在预留的接触网维修天窗时间内对非接触网维修区

15、间和车站进行信号设备维修作业，其正常维修时间不大于进行接触网维修的时间。p我国高速客运专线在信号方面，由于采用了更先进的技术和设备，设备的可靠程度有了很大的提高，同时设备的检修手段也应该有了较大的提高和改善。信号设备的检修作业时间大大小于工务维修所需的时间，因此信号设备的检修也不应成为影响我国高速客运专线综合维修天窗设置的限制因素。p综上所述，可以得到以下结论：n 我国高速客运专线需要进行日常的工务维修、接触网维修和信号通信设备检修工作。因此需要设置工务维修天窗、接触网维修及其通信信号设备检修天窗来进行日常的维修工作。n 通信信号检修的时间远远小于工务维修所需的时间。n 我国高速客运专线上接触

16、网维修天窗的设置时间应采取90至180 min，而且应该与工务维修天窗重合设置。n 我国高速客运专线，应采用大型养路机械进行工务维修工作。为了充分发挥作业机组的工作效率，工务天窗的时间应为4至6h。n 我国高速客运专线应该为工务维修、接触网维修和通信信号设备检修共同开设4至6h的综合维修天窗。4.1.2综合维修天窗开设方式综述综合维修天窗开设方式综述1.天窗的种类天窗的种类 （1）工务维修天窗）工务维修天窗p 行车设备改造施工天窗p 线路大修天窗p 线路中修天窗p 线路日常维修天窗（2）电务维修天窗）电务维修天窗 由日常维修，中修，大修三部分组成（3）接触网维修天窗）接触网维修天窗2 天窗的开

17、设方式天窗的开设方式 p（1）矩形天窗）矩形天窗 如下图在0：006：00时段内，在运行图中安排其中一个区段为空白（在路网中铺画运行图时，优先安排跨线普通列车），使跨线普通列车避开高速客运专线的维修天窗，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受列车影响，维修作业效率和安全度相对较高。缺点主要是对列车运行有一定影响，尤其是跨线普通列车运行线的铺画受到一定限制。天窗p（2）V型天窗型天窗 如下图在整个区段内，按上下行分别形成运行图空白，一条线维修施工时，另一条线组织双向行车。优点是可以保证在全天内均可以行车，便于跨线列车运行线的铺画和日常的运行的调度调整；其缺点是一线维修、一线行车时

18、，对两条线路的作业都会产生干扰。p（3）Y型天窗型天窗 如下图，即矩形式的上下行部分重合天窗，整个区段分两段分别开设矩形天窗和V型天窗。此天窗的优点是利用列车间隔在天窗内无列车运行，可增加维修作业时间。缺点是V型天窗底部与重合天窗相邻处时间浪费严重，通过能力损失较大，且不能较好的解决渡线检修问题。p（4）r型天窗型天窗 如下图，在整个区段内，按上下行分别设置天窗，一方向上设为矩形天窗，另一方向设为底部重合的阶梯形天窗。此种天窗的优点是，某一方向的列车旅行速度可以提高，缺点是组织反向行车时天窗内有列车运行，有安全隐患，降低了维修施工作业的效率，同时不能检修渡线。另一方向的列车旅行速度将会有所降低

19、。p（5）X型天窗型天窗 如下图，在某时段内，对于高速客运专线上的某个区段或是全线分为两段，各自开设V型天窗，它同时具有V型天窗的优点和缺点，但另一方面它比V型天窗所占用的相邻天窗开设时段的范围要小，比较适合在较长的线路或区段上采用。p（6）平行矩形天窗）平行矩形天窗 如下图，在某时段内，某区段分上、下行分别形成两个不相互重合的矩形天窗，虽然它可以解决跨线列车运行线铺画的问题，在全天内都可以运行列车，但是由于两个矩形分别设置占用了较多的日间发车时段，不利于白天发车。而且在维修施工时，两条线路的维修作业与行车作业间均受到一定的影响。天窗天窗p（7）单线隔日矩形天窗）单线隔日矩形天窗 在0：006

20、：00夜间的时段内，运行图按上、下行分单、双日安排一线维修天窗，另一线在天窗时间内，按单线组织列车运行。可以看到，此种天窗形式，同时具有矩形天窗和平行矩形天窗的优点。解决了平行矩形天窗由于天窗时段范围开行太大而造成对发车时段影响的问题，使其控制在夜间0：006：00。同时，因为组织另一线反向行车，也解决了跨线列车运行图的铺画的问题。但是，仍然存在有维修作业与邻线行车之间的相互干扰问题。p（8）双向分隔式矩形天窗）双向分隔式矩形天窗 在0：006：00夜间的时段内，运行图上、下行线路同时设置“双向分隔式矩形天窗”，即在0： 006： 00间上下行均给出1小时时间安排需要在天窗内运行通过的列车运行

21、，其余时间用于综合维修作业。可以看到，此种天窗形式，同时具有矩形天窗和V形天窗的特点。解决了V天窗由于天窗时段范围开行太大而造成对发车时段影响的问题，使其控制在夜间0：006：00。同时，因为组织一线施工，另一线行车，也解决了跨线列车运行图的铺画的问题。但是，仍然存在有维修作业与邻线行车之间的相互干扰问题，而且行车带的开设对列车的到达分布有较高的要求。p我国高速客运专线采用300/250/200km/h多种速度的列车共线运行的运输组织模式，本线列车大都只在旅客列车始发终到的有效时段内运行，跨线列车由于列车始发终到站距离客运专线的出入口较远，并受到邻接干线运行图的制约和可能晚点列车的影响，由既有

22、线进入客运专线运行或自客运专线车站始发进入既有线运行的跨线列车，如果不能避开夜间0：006：00在相应的客运专线上运行，就必须考虑行车组织和线路、接触网、信号维修的协调问题。4.1.3单线隔日矩形天窗行车组织的特点分析单线隔日矩形天窗行车组织的特点分析p1. 单线隔日矩形天窗对列车运行组织的要求单线隔日矩形天窗对列车运行组织的要求 开设单线隔日矩形天窗运行图中按上、下行分开设单线隔日矩形天窗运行图中按上、下行分单、双日安排线路维修施工天窗，另一线在天窗单、双日安排线路维修施工天窗，另一线在天窗开行的时间内按单线组织行车。一线维修、邻线开行的时间内按单线组织行车。一线维修、邻线行车的组织方法对行

23、车和维修都存在一定的互相行车的组织方法对行车和维修都存在一定的互相干扰和不安全因素。干扰和不安全因素。 p为保证一线维修，一线行车组织方式的实施，对高速铁路相关维修作为保证一线维修，一线行车组织方式的实施，对高速铁路相关维修作业有如下要求：业有如下要求：n夜间一线行车，一线维修，不一定是上、下行线中的一条线全线封锁停运，只要求构成一条单线通道，因此要求具有组织双向行车的能力。n站间距较大时，应在合适地点设置区间渡线。n牵引供电系统应采取上、下行线路分别供电，但应保持同相位同时需要安装分段开关。n通讯信号设备应保证双向行车的安全。n一线维修，另一线行车的列车速度应限定不大于160km/h。n制定

24、一系列确保一线行车一线维修作业安全的规章制度，包括办理封锁线路、恢复运行系统、安全防护、机械操作、通讯联络、工程列车和维修列车运行等各项规定。p在0：006：00综合维修时段内，必须严格遵守两项根本原则：n一是维修作业人员必须掌握列车通过维修作业地点的具体时间，必须在此时间内停止两线间可能产生不利影响的作业项目，并且作业人员不得在两线间站立；n二是列车通过综合维修地段时，其运行速度不应超过160km/h。2 单线隔日矩形天窗对线路通过能力的影响分析单线隔日矩形天窗对线路通过能力的影响分析 p由于天窗的开行，客运专线上的旅客列车不可避免的要受到影响。采用隔日矩形天窗，每天封锁一条线路，另一条线路

25、在天窗时间内组织双向行车。由此，线路由于有了反向运行的列车，其通过能力必然会受到一定的影响。下面将针对此种特点的隔日矩形天窗来具体分析对线路通过能力的影响。p1.天窗影响区天窗影响区n（1）天窗影响区的确定 当双线客运专线区段开设矩形天窗后，考虑天窗对列车运行的影响时，从天窗开设的起始时间左端最靠近天窗的一列没有运行进入天窗开设时段内部的列车时起，至天窗开始的终止时间右端最靠近天窗的一列同方向没有运行进入天窗开设的时段内部的列车时止，所包围的时空区域称为隔日矩形天窗的影响区。从上面的定义可以看出，根据列车运行方向的不同，可以将天窗影响区分为上行影响区和下行影响区，两者合称为天窗影响区。如图4-

26、1-8所示。p从图中可以看出，不管是上行影响区还是下行影响区，都从图中可以看出，不管是上行影响区还是下行影响区，都是由以下三部分构成的。是由以下三部分构成的。n天窗时段前的一个三角形区域，称为天窗前影响时段天窗时段前的一个三角形区域，称为天窗前影响时段，在此时段内，线路上只有一个方向的列车运行，并以一定的间隔追踪运行。n 天窗时段天窗时段。在此时段内，组织封锁线路的相邻线路进行反向行车，在此时段内的相邻线路具有单线铁路的性质，列车交会运行。 n天窗时段后的一个三角形区域，称为天窗后影响时段天窗时段后的一个三角形区域，称为天窗后影响时段，在此时段内，线路已恢复为复线运行方式，只有一个方向的列车以

27、一定的间隔时间追踪运行。p（2）天窗影响区的时段要素n天窗前影响时段，记为 。n天窗后影响时段，记为 。n天窗时段，记为 。在实际的天窗开设时，除了需要开设一定的施工需要的天窗时间外，为了保证列车运行和施工作业的安全，在天窗开设的前后，都还需要预留一定的附加时间，而在此时间内，通常仍然采用天窗实际开设时的行车组织方式。因此，这段时间可以看成是天窗开设时间的延续，是天窗时段的一部分。tqThqTtTp天窗影响区是由 、 和 三部分组成，即： = + + 。tqThqTtTtyTtqThqTtTp（3）天窗影响区的行车特性描述）天窗影响区的行车特性描述 在研究的区段内，有m+1个车站，区段内没有分

28、歧线路，有个m区间，第k+1个区间是由车站k和车站k+1以及其间的线路构成。车站顺列车运行方向依次标记为0，1，2.m；区间顺列车运行方向也同样依次标记为1，2，3m。可以看出，上行天窗影响区和下行天窗影响区中的车站和区间序号是相反的。列车在区i的运行时分为 ，其中上行区间运行时分为 ，下行区间运行时分为 。由于在客运专线上，运行列数最多的是运行速度比较高的本线高速动车组，这里指的 和 也均指此种列车的区间上下行运行时分。ititit it itp另外，在研究区段内，特别是天窗影响区内，运行的列车均是指从区段首站即车站0顺序经过所有车站最终运行至车站m的列车。而且，对于某一个特定点天窗影响区，

29、认为其中运行的列车是成对的，即上行天窗影响区内和下行天窗影响区内运行的列车数量是相等的。因此在天窗时段内，所形成的列车运行方式就成为了成对平行列车运行图的形式。p2.2.天窗前后影响时段分析天窗前后影响时段分析p3.3.天窗后时段内的列车间隙分析天窗后时段内的列车间隙分析 对于某一个区段来说，其某一方向的列车，在区间起、止两个车站上的天窗前后两个时段内，会形成四个间隙，如图4-1-10所示。 p从图中可以看出，在四边形ABCD中，边AB和CD是两个相邻的站线，是相互平行的，边AD和BC是天窗前时段和天窗后时段中的列车运行线，由于速度相同，因此也是平行的。这样ABCD就是一个平行四边形，则有：n

30、knkqnkqqnknktqnktqqttDCABDCtTABTtkkkkkk111111即：p从上面分析可以知道 ，当天窗时间为I的整数倍时，总有 因此可以得到：IIhiqi;Ihiqidkhqkdnkqnnttk)1(1p就是说在天窗前时段内以紧密发车形式进入天窗时段的列车数与以天窗时段内的列车以紧密发车的形式运行到天窗后的时段的列车数是相同的。p同理可以得出每个车站上天窗前时段tqi和天窗后时段thi之和都相等，都应该等于天窗前时段或天窗后时段的长度，即： thtqhiqiTTttp4.4.单线隔日矩形天窗的通过能力分析单线隔日矩形天窗的通过能力分析n（1）最大通过能力的计算）最大通过能

31、力的计算 所谓天窗内最大通过能力就是指在这个区段或整条高速客运专线上，区间所能通过的最大列车对数，也可以说是在整个天窗影响时段内所能够通过的最大列车数。从上面的分析可以看出，在天窗前和天窗后的时段内，所能通过的列车数对于每个区间来讲都是相同的，所不同的是，在天窗时间内所能通过的列车数。在天窗时间内，是单线运行组织方式，列车以相同的速度运行，通过对天窗前后的间隙可以看出，列车实际上要组织单线运行的时间在每个区间上都略大于天窗时间，应该是天窗时间与前后间隙之和。p构造数学模型：构造数学模型：n定义变量：定义变量：定义nqi为车站i上在天窗前时段中发出的列车数；nshi为车站i上在天窗后时段中发出的

32、列车数；ndi为车站i上在天窗的单线运行时段内发出的列车数。n目标函数。目标函数。在求出每个区间可以通过的最大列车数，而后再求出其中的最小者即为限制整个区段或是整条线路的最大通过能力。p约束条件：约束条件：此模型中要满足以下几个约束条件：n在天窗前时段发出的列车数 不能大于最多可发出的列车数；n在天窗后时段发出的列车数 不能大于最多可发出的列车数；n在天窗的单线运行时段内发出的列车数 不能大于最多可发出的列车数。sqinshindinp这样可以得到该模型如下： minnnZNObjectdishisqii.2 , 1 , 0/maxmin:maxdihqisqiihiqitdiikkhqimi

33、kksqinnnTTnItnItn,/ )(/111周Res： p（2）最高旅行速度条件下的通过能力计算）最高旅行速度条件下的通过能力计算 在天窗内开行的列车，如果不产生单线上的列车交会，以同方向的列车追踪运行时，列车的旅行速度将达到最高。为了达到此种情况的列车运行条件，两个相对方向的列车所形成的“交会”，都必须要在天窗前的时段内或天窗后的时段内完成，只有利用这两个时段中的线路可以双线运行的条件来达到这个目的，而让进入天窗时间的列车在某几个区间内只有同一个方向的列车运行，这样就可以使其利用单线组织某个方向上的追踪运行。其具体的运行组织形式如图4-1-11所示。车站i车站i+1区间i4-1-11

34、天窗内列车追踪运行示意图天窗内列车追踪运行示意图p从图中可以看出，列车是利用天窗前时段组织天窗时段内在单线上追踪运行的。上、下行以此种运行的最大列车数取决于在车站i和i+1上天窗前时段内到达的列车数，为了在上、下行能运行的最大列车数比较均衡，另外也是为了尽可能的减少列车在天窗时间内追踪运行的时间，应该选取上、下行天窗前时段差值最小的某个区间的首尾站作为i和i+1站，即追踪运行的组织站。也就是需满足也就是需满足即满足即满足 D D 1102:miniitqiimikkikktTttttiip由此可以得到，此种运行组织条件下，利用天窗前时段可以通过的最大列车数为：) 1(212maxqotqqnI

35、Tnp如果在天窗时段内单线追踪运行的时间并不是很长时，当其运行的时间小于天窗开行的时间的一半时，仍然可以利用天窗后时段组织列车在天窗时段内的追踪运行，即满足： 2300160iittTp当 就可以满足利用天窗后的时段组织列车单线追踪运行。p同理可以得到，此种运行组织情况下，利用天窗后时段可以通过的最大列车数为：时即：时，得到min192,96min3606tqiitTthT) 1(21hmhmxnnp这样，以此种方法组织列车，在天窗中的运行，其最大的通过能力为：开行 时间的天窗，损失的通过能力值为：11maxmaxmaxhmqoqhnnnnntTITnITTntttqDmaxp即采用此种方法组

36、织行车，其能力损失值只是天窗开行时间内能力的扣除值。可以看出，此能力损失值较上述最大通过能力下的能力损失值要大些。p此种方法，最大程度地提高了列车在天窗时段内的旅行速度，有力地确保了高速列车的运行质量。但是，此种运行组织方式，对于列车的到达时间范围，有很强的时段要求特性。对于我国高速客运专线，采用多种速度的列车共线运行的模式，对于长距离的长线跨车列车来讲，很难达到此种时段要求特性。因此它只能作为一种有能力满足此要求下的运行组织方法。p当可以同时利用天窗前后时段组织单线追踪运行时，则对于i站的选择就并不是很严格了，它可以选择在区段或全线上的任何一个车站，当i站越靠近下行方向的首站（车站0），则在

37、天窗时段前下行方向可追踪运行的列车数越多，上行时间可运行的就越少；而对于天窗后的时段则刚好相反。但对于任何一个车站i其天窗前时段和天窗后时段所能通过的列车总数时相同的，只是当i处于 时，天窗前后时段各自的通过能力是最均衡的，i越靠近0或m站，其能力的差值就越大。因此可以利用通过选择合理适当的i站来调节在某个时段内对于通过能力的需求。但是，尽管如此，调节也是有限的，它并不能从根本上解决列车随机到达的矛盾。2tqTp（3）列车均衡到达情况下的能力分析）列车均衡到达情况下的能力分析 在夜间运行通过天窗的列车，一般来说是跨线列车。大部分跨线列车，其始发或是终到站距离进出高速客运专线的站点较远，而且又比

38、较分散，这使得跨线列车进入高速客运专线的时间比较分散，往往呈比较随机或比较均衡的状态进入客运专线。如果列车以这种情况来组织运行通过天窗，一般是以天窗内单线运行的周期为间隔而进入天窗影响区的，如图4-1-12所示。图图4-1-12 天窗内列车均衡运行分布示意图天窗内列车均衡运行分布示意图p从图中可以看出，在天窗时间内，单线运行下的区间运行线的铺画方式，完全取决于通过能力最小区间运行线的铺画方式。 p另外，从图中还可以看出，在天窗前影响时段内只能发出列车而不能到达列车，在天窗后影响时段则只能到达列车而不能发出列车。则整个影响区的通过能力是由天窗前时段和天窗时段发出的列车两部分组成。 p从图中进一步

39、分析，可以看出，天窗前时段发出的列车数，可以用靠近天窗起始时间的会车点数来表示，有一个会车点就有一列列车发出。而且从天窗起始时间开始（或天窗起始时间之前的 开始，列车就要组织单线行车了，所以在靠近其起始时间处，一定存在有会车点。由于列车在天窗时间内的运行速度是相同的，交会形式是以相互平行的规律进行的。而每个车站上的交会周期是一个运行图周期，不同车站上的交会周期是相隔两个车站。 qip所以，在此种运行组织条件下，天窗对通过能力的影响损失为：p此种方法，在一定程度上满足了跨线列车随机到达时的运行组织需求，而且在组织的同时，充分考虑到跨线列车跨线运行距离的不同，预留了在天窗前以及天窗后时段由列车利用

40、空闲时间追踪运行的通过能力潜力。但是此种方法对于运行距离较长的跨线列车在天窗时间内通过天窗时，旅行速度将会有较大的损失。 21maxmaxDmTTITITnITTnttqtttq周3 单线隔日矩形天窗适应性特点分析单线隔日矩形天窗适应性特点分析p通过以上的分析，可以得出在夜间通过以上的分析，可以得出在夜间0：006：00开行单线隔日矩形开行单线隔日矩形天窗的特点：天窗的特点：n在夜间0：006：00开行单线隔日矩形天窗能够满足工务、接触网、信号综合维修的要求。n一线施工、一线行车的列车运行组织方式，对行车和施工都会造成一定的影响。对于维修施工的线路，影响了维修效率的充分发挥；对于行车线路，限制

41、了列车的运行速度，最高不得超过160km/h。n单线隔日矩形天窗，对于维修线路，可以提供连续56小时的维修作业时间，能较好的适应维修作业的需要，较好的发挥维修机械的作业效率。n在夜间0：006：00的六个小时时间内，单线隔日矩形天窗提供了一条单线通道，可以组织列车以不同的形式利用其运行，能满足一定数量的夕发朝至和跨线列车的需要。n在天窗的单线通道内，可以组织列车以单线双向交会运行，也可以组织列车按单线追踪运行。n按单线双向交会运行的区间通过能力较低，但可以较好的利用天窗前后形成的空费三角区的线路能力。但是由于车站间距的不均衡以及相对方向列车的待避，列车的旅速相对较低。n按单线追踪运行时，能最大

42、限度的提高列车旅行速度。但是在能力利用方面只能较好的利用天窗前后三角区的能力，所以受到一定的限制。对天窗时间内的能力浪费较大。另外，此种方法对跨线列车进出高速客运专线的时间段要求十分严格。n单线隔日矩形天窗的通过能力与在天窗内列车的运行组织方法有关，其区间通过能力的最大值为天窗前后三角区内追踪运行的最大列车数与天窗时段内单线运行限制区间通过能力之和。但采用单线追踪运行时，其通过能力只是空费三角区由可通过的追踪运行的最大列车数。当采用均衡的单线交会形式时，其通过能力仅为单线限制区间通过能力与车站数目一半之和。4.1.4 V型天窗的特点分析型天窗的特点分析p1.V1.V型天窗对列车运行组织的要求型

43、天窗对列车运行组织的要求 开设开设V型天窗，运行图中按上、下行分别安排一线维型天窗，运行图中按上、下行分别安排一线维修施工天窗，另一线在天窗时间内组织列车按单线行车。修施工天窗，另一线在天窗时间内组织列车按单线行车。由于由于V型天窗是按上、下行分别开设天窗，即在每日的运型天窗是按上、下行分别开设天窗，即在每日的运行图中，上、下行共存在有两个天窗时间段。一线维修、行图中，上、下行共存在有两个天窗时间段。一线维修、一线行车的组织方法对行车和维修都存在一定的互相干扰一线行车的组织方法对行车和维修都存在一定的互相干扰和不安全因素。和不安全因素。p为了保证一线维修、一线行车组织方式的实施，对高速客运专线

44、开行为了保证一线维修、一线行车组织方式的实施，对高速客运专线开行V型天型天窗的相关维修作业有如下要求：窗的相关维修作业有如下要求：n（1） 不论是在上行天窗还是在下行天窗内，都需要组织列车反向运行。因此需要具有组织，双向列车的能力；n（2） 当车站间距较大时，应设置区间渡线；n（3） 牵引供电系统应采取上下行线路分别供电，但应保持同向位，同时需安装分段开关；n（4） 通信、信号设备应保证双向行车的安全。n（5） 一线维修另一线的行车速度应限定不高于160km/h。n（6） 应制定一套完善的确保一线行车，一线维修作业安全的规章制度，包括办理封锁线路，恢复列车运行手续，安全防护，机械操作，通信联络

45、，工程列车和维修列车的运行等各项规定。p在V型天窗上、下行综合维修时间段内，必须严格遵守两项根本原则：n一是维修作业人员，必须掌握列车通过维修作业地点的具体时间，必须在此时间内停止两线间可能产生不利影响的作业项目，并且作业人员不得在两线之间停留；n二是列车通过综合维修作业地段时，按限速160km/h运行。2 V2 V型天窗对列车运行组织的影响型天窗对列车运行组织的影响 p (1) V型天窗对列车发车时段的影响型天窗对列车发车时段的影响 从前面的分析可以了解到，对于高速客运专线要求综合维修天窗的长度应保证46小时，而对于某条客运专线或是某区段开行V型天窗，就无法保证综合维修天窗全部开设在夜间。从

46、下图可以看出，一般V型天窗的倾斜角度 往往小于列车追踪运行时运行线的倾角 ，说明对于下行天窗，最下部天窗分段的天窗起始时间与最上部天窗分段的起始时间的差值为： ctgtgTTTyy)(1D 图4-1-13 V型天窗示意图yT表示列车在区段（或全线）运行的总时分； 1yT表示列车在区段（或全线）由第一个天窗分段内运行的总时分。 yT1yTp由于 ，可得 。同理，对于上行天窗也有同样的规律。对于上、下行两个天窗，在最下面的天窗分段是相互靠得最近的，如果力争将其尽可能的安排至夜间，要保证留有一条线路行车，即上、下行两个分段不能相互重合，则必定有一部分要开设到日间（因为两个分段需812h的天窗时间），

47、而此时，每个分段由下向上依次向早黄金时段和晚黄金时段移动，直到最上部的天窗分段，将占用大部分的发车黄金时段时间。p由此看来，V型天窗的开设对于列车合理发车范围或是在区段起止站的发车黄金时段都会造成比较大的影响。)(1yyTTTDp(2) V型天窗对线路通过能力的影响型天窗对线路通过能力的影响 V型天窗是以客运专线的天窗分段为单位，组成上行或下行天窗，为了使天窗内有列车运行的通道，不允许两个方向的天窗有重合的现象。V型天窗在上行线或下行天窗内，包含有若干个分段，每个分段的起止时间不同，依列车运行方面形成一个倾斜的时间带。p V型天窗影响区时段因素分析型天窗影响区时段因素分析 如图4-1-14，以

48、下行方向的V型天窗为例。 图4-1-14 V型天窗下行方向时段分析示意图 分段1 车站0 车站1 车站m 分段2 分段m0hT1lmTyxTxTysT2qT1xTsT1tT1dTp从图中可以看出，在V型天窗的下行天窗影响时段中，虽然开行的只是下行天窗，但由于利用上行线路组织下行列车反向行车，所以对此时段范围内的上行列车也造成了一定的影响。所以其天窗影响区分为上行和下行影响区。只要列车要在此范围内运行，就必然会进入到反向行车的上行线路上以单线交会方式运行。tgtgTTTTTxxxmtyx)(1ctgtgTTTTTTxxsstys)()(11p从上两式中可以看出 ，因此对于V型天窗在下行方向上的天

49、窗影响区中上行影响区较下行影响区要大些。p另外，从图中可以看到，对于天窗开设时间 ，在每个分段的前后都会形成有一个比较小的三角空费区，其长度为 和 。此三角区虽然没有进入天窗的维修时间内，但在其中也只能组织列车单线交会运行。再考虑到列车由于追踪而进入到天窗时间之前形成的间隙，其实际的单线行车最小时间应该为xmssTTT1tTdiTliTITTTlittp由进一步的分析可以知道， 的大小，除了取决于 之外，关键在于 的大小。在天窗外面的轮廓线左右两条都是平行的，表明每个分段上的 都应该相同，即： 或tTxTdiTtTITTTlttmaxITTTxttmaxp对于天窗前时段，列车不可能在其内追踪运

50、行，因为在第一分段内列车无法进入这个区域，一旦在第一分段中向下行方向运行与上行列车交会时，由于运行速度的降低和交会时间的增加，更导致了旅行时间的增加，使得列车不可能由下一个分段的 时段内通过。而对于天窗后时段，列车也不可能在其内追踪运行。因为列车若在其内追踪运行，则在第m分段必定进入天窗维修时段内，会使列车的旅行时间增加，就会在下行影响区的外侧运行至区段终点，这样相当于列车从影响区外侧追踪运行直接到达区段终点，即节省了旅行时间，提高了旅行速度，又减少了对维修的干扰。因此，使列车在 时段内也不可能以追踪间隔运行。liThTp V型天窗对线路通过能力的影响分析型天窗对线路通过能力的影响分析 通过上

51、面的分析，可以看出，在V型天窗的影响区内，无法组织列车在每个区间或是分段内的紧密发车，同样也无法组织象隔日矩形天窗中的单线追踪运行。只能以很普通的形式来组织列车进入维修时段时以单线形式运行。这样，对于V型天窗下行方向的天窗来讲，其通过能力就应该是在单线行车区域内可以运行的最大列车数与在天窗前时段和天窗后时段内所运行的列车数之和。 另外，对于下行列车来讲，无法利用天窗后时段来运行，而上行列车则可以利用上行影响区的天窗前后时段组织列车运行。因此对于某个方向的天窗通过能力在上下行方向上可以通过的列车数是不同的，需分别加以计算。p可以得到V型天窗的能力损失为： p从上式可以看出，V型天窗的能力损失，较

52、单线隔日矩形天窗的能力损失值几乎要大一倍多。产生这种现象的原因主要有三个方面：n单线隔日矩形天窗，每天只有一个天窗开行时段（上行或下行方向），而V型天窗每天要开设两个天窗时段（上行和下行）。n单线隔日矩形天窗可以利用天窗前后时段组织列车密集到发或追踪运行，而v型天窗无法利用天窗前后时段组织列车追踪运行。n单线隔日矩形天窗上、下行都可以利用天窗前后时段发车，而v型天窗只有一个方向的列车可以利用此区域组织列车的运行。) 1(23)(2maxDdxtymTTTITn周p(3) V型天窗适应性特点分析型天窗适应性特点分析 通过以上的分析，可以得出v型天窗具有以下特点：n 开行46h的v型天窗，能够满足

53、工务、接触网、信号综合维修施工的要求，它可以提供连续56小时的维修作业时间，能够较好适应维修工作的需要，比较充分的发挥维修机组的作业效率。n 在V型天窗开设的时间内，组织维修施工线路的列车反向行车，为天窗内的列车运行提供了一条单线通道，可以满足一定数量的列车运行通过。n 一线施工，一线维修的列车运行组织模式，对行车和施工都将造成一定的影响。对于维修施工线路，影响维修效率的充分发挥；对于行车线路，限制了列车的运行速度，最高不得超过160km/h。n V型天窗由于天窗分段的倾斜开设，而且一天内上下行分别开设两个天窗，天窗时间要求较长，严重的影响了区段始终两个站日间高速列车的正常运行，占用了大量的黄

54、金发车时段，对列车的运行干扰较大，无法较好的满足高速客流对列车开行时间的具体需要。p V型天窗在组织列车按单线运行时，由于无法利用天窗前后的影响时段，而且在一日内开设上、下行两个天窗带，对通过能力的扣除影响较大。其通过能力远小于单线隔日矩形天窗，而能力的损失值则多出单线隔日矩形天窗一倍以上。p V型天窗的上行天窗带和下行天窗带，由于倾斜开设的原因极大的影响了顺天窗倾斜方向列车的旅行速度，但对另一相反方向列车的旅行速度有所提高。另外，在V型天窗夹角内底部运行的列车，很可能出现两次进入天窗的情况，这样将极大地降低列车的旅行速度。p V型天窗内，如果组织列车反向运行，则列车在各时段的分布较为均衡，便

55、于动车组及机车的均衡利用和乘务人员的有效运乘，但其列车旅行速度相对较低，线路通过能力较小。如果不组织列车反向运行，则列车运行速度较高，线路通过能力较大，但双向列车在各时段的分布不均衡，不便于车底及机车均衡利用。基于此，对于我国高速客运专线，在运营初期近期，由于列车数量少，列车种类多，线路能较富裕，应采用列车单线双向行车的组织方法。在远期行车开行数量较多时，能力比较紧张的情况下，应采用不组织反向列车运行的组织方式。4.1.5 矩形天窗的特点分析矩形天窗的特点分析p上、下行同时开行矩形天窗，同时封锁夜间0:006:00全区段的两条线路，形成矩形天窗的形式如图4-1-15所示。qTyT 无论是对于上

56、行反向还是下行方向，矩形天窗都将形成一个影响区 。 tT其包含有天窗时段 、天窗前时段hT和天窗后时段三个部分，并有：htqtyTTTTT 在影响区内，由于两条线路同时封锁，无法行车。这样就形成天窗前后两个空费三角区。在 qT 中运行的列车要想到达区段终点，就必须停车在某个车站上等待天窗结束后在 hT内运行到达区 段终站。由于天窗时间比较长，所以此种情况不允许发生。 图4-1-15 矩形天窗示意图qTyTtThTp如果天窗开设的时间是在0:006:00，那么对于区段起站在 到6:00的范围内就不允许列车运行进入区段，而区段终站则在0:00到 时段范围内也不允许列车到达。那样，天窗不仅占用区段首

57、站和终站 小时的黄金发车时段，而且在夜间无法运行列车，无法组织夕发朝至列车，对于一些运行距离较长的跨线列车的夜间运行也无法组织。严重的影响了夕发朝至列车和跨线列车的运行组织。p矩形天窗的能力损失为：DITTnqt) 12(qT)6(hT)24(qTp它的能力损失是前述所有同类型天窗中最大的。对于一些短途的列车，可以通过利用两侧的空费三角区组织列车运行，由此而降低其对能力的扣除。虽然它在能力损失和夜间列车开行上有很大的不利因素，但其在维修施工方面却创造了较其他天窗形式都好的条件。p由于没有组织列车反向行车，提供了较长的连续作业时间，可以充分发挥作业机械的效率。另外，维修施工作业可以利用天窗前后的

58、空费三角区的时间适当延长。这些都为施工维修作业提供了较其他天窗形式优越的条件。p综上所述，可以得到矩形天窗的特点：综上所述，可以得到矩形天窗的特点：n在夜间0： 006： 00两线同时开行矩形天窗，能够满足工务、接触网、信号综合维修施工的要求。它可以连续提供56小时，甚至利用天窗外空费时间可以提供更长时间的维修作业时间，能够充分地发挥维修机组的作业效率。n两线重合开设矩形天窗，对于一些相邻渡线等需两线同时封锁维修的设备提供了良好的条件。另外，两线同时封锁，在维修施工过程中，不会受到相邻线路行车的干扰。n矩形天窗会影响区段始终两站一定时间范围的黄金时段，使其在影响时段内无法发车，缩小其发车时段范

59、围。n由于两线同时封锁造成在矩形天窗影响区内无法行车，其形成空闲区的长度为。这较大地影响了此时段范围内列车的运行组织，尤其是对夕发朝至列车和运行距离较长的跨线列车，使其无法在夜间通过该区段。n矩形天窗对通过能力的影响也是最大的。4.1.6 双向分隔式矩形天窗的特点分析双向分隔式矩形天窗的特点分析p1 1 双向分隔式矩形天窗对综合维修作业影双向分隔式矩形天窗对综合维修作业影响的特点分析响的特点分析 在高速客运专线采用上下行线路同时设置“双向分隔式矩形天窗” ,即在0： 006： 00间上下行均给出1小时时间安排需要在天窗内运行通过的列车运行，其余时间用于综合维修作业。hTqTtTtTkTxT从图

60、中可以看出，一小时行车时间带对矩形天窗的设置产生了较大的影响。它的设置首先将连续的综合维修天窗分隔为左右两个部分，使大型作业机组的工作效率无法充分的发挥，而且要两次上下线路作业，增大了辅助时间的比例。其次，一小时时间带的设置，占用了部分的天窗时间，使天窗时间缩小，其占用的时间kiT与时间带开设的倾斜角度和天窗分段的长度有关。 式中： 表示行车时间带的宽度（1h）； 表示第i个分段的距离； 表示在运行图中，距离与时间转化的比例值； 表示行车时间带的倾斜角度（锐角）。 天窗内设置行车带是为需要在天窗时间内运行的列车所提供的，使其在时间带内可以组织同方向列车的追踪运行。因此倾斜的角度应该与列车在行车