1、第四章第四章客運專線通過能力計客運專線通過能力計算方法研究算方法研究 4.1 客運專線綜合維修天窗設置方式客運專線綜合維修天窗設置方式 4.1.1客運專線綜合維修天窗作業時間客運專線綜合維修天窗作業時間 高速客運專線的綜合維修主要指對線路、供電、信號高速客運專線的綜合維修主要指對線路、供電、信號等固定設備進行日常維護和檢修。在列車運行圖上預留的等固定設備進行日常維護和檢修。在列車運行圖上預留的用于維修施工所需要的行車用于維修施工所需要的行車“空隙空隙”稱為天窗。它是解決稱為天窗。它是解決列車運行與設備維修施工之間矛盾的技術措施。在高速度、列車運行與設備維修施工之間矛盾的技術措施。在高速度、高密

2、度的行車條件下，綜合維修天窗開設方式和維修時間高密度的行車條件下，綜合維修天窗開設方式和維修時間的確定，對客運專線的通過能力，行車組織方式有很大的的確定，對客運專線的通過能力，行車組織方式有很大的影響。影響。1.工務維修作業及其時間要求工務維修作業及其時間要求 p（1）國外工務維修天窗及維修作業時間概況）國外工務維修天窗及維修作業時間概況 采用大型綜合維修機械，利用夜間進行維修是各國普遍的做法。各國主要利用夜間0： 006： 00進行維修，僅對天窗的利用方式及維修作業時間的具體安排有所不同，有的除夜間外，白天也安排一定時間的天窗，供養護人員做必要的補修使用。n法國TGV線是各國維修作業量最小的

3、。由于行車量的增加，可以開設天窗的時間也在縮短，但為了確保軌道的高質量狀態，天窗開設時間不小于3.5h，以保證實際3h的維修時間。另外還安排11.5h的白天天窗。n日本新干線維修作業期間不存在鄰線列車干擾問題，維修作業時間一般不小于3h。考慮維修設備，自維修基地到達作業地點的機械運行時間及作業完畢后返回基地和維修、檢查、檢測時間等，經常出現用足6h的情況。n德國鐵路維修作業一般安排在夜間3： 306： 00間，由于其高速線為客貨混行，夜間開行貨車，在3： 00前160km/h的快貨均已通過，少量速度較慢的列車在維修時間內組織一線維修，一線反向行車的形式。p(2)我國高速客運專線合理維修天窗時間

4、的確定我國高速客運專線合理維修天窗時間的確定 根據我國高速客運專線列車運行速度高，行車密度大的特點，借鑒國外工務維修的先進經驗和組織方式，應采用大型養路機械組成維修機組進行設備的綜合維修，以提高運輸設備的質量，保證列車運行的安全。n大型養路機械作業的合理天窗時間應當充分保證一定數量的純作業時間，使其實際作業效率接近或達到機械的設計作業效率，并且在線路通過能力允許的情況下，盡可能地為線路維修作業提供方便、高效的作業環境。所以，天窗時間的選擇應當有利于提高機械作業效率。n決定養路機械維修作業效率的因素包括：天窗時間，機組效率及施工作業組織等幾個方面。p大型養路機械維修機組作業的大型養路機械維修機組

5、作業的“天窗天窗”時間包括時間包括純作業時間純作業時間和和輔助作業時間輔助作業時間。n輔助作業時間是指“天窗”作業時間內的非維修作業時間，包括：車站辦理區間封鎖手續（約8min）、維修 機 組 由 車 站 至 作 業 地 點 的 往 返 運 行 時 間 （ 約24min）、機組整備及摘掛時間（約16min）、開通線路時間（約2min），一般需要50min。p機組效率與選用的機組數量有關機組效率與選用的機組數量有關。線路維修施工實踐和有關研究表明，在同一“天窗”時間、同一區間內，單套機組作業方式線路維修效率最高，其次是兩套機組。據了解，大型養路機械維修機組的平均作業效率為8001200m/h。p

6、大型養路機械維修機組的作業效率大型養路機械維修機組的作業效率是指一套機組、一個“天窗”小時平均維修線路長度。它是反應維修機組作業效率的綜合性指標，它與機組平均作業效率、“天窗”時間、機組數量的關系可用下列公式表示：()P TTLMATAT天輔助天天p如果取“天窗”時間內的輔助作業時間50min、機組數量為1組、機組平均作業效率為1000m/h，計算不同“天窗”時間內維修機組的作業效率見下圖。5005005505506006006506507007007507508008008508509009009509500 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9天窗時間天窗時間(h)(h

7、)維修機組作業效率維修機組作業效率(m/h(m/h組組) )系列系列1 1從圖中曲線變化情況可以看出：維從圖中曲線變化情況可以看出：維修機組作業效率隨修機組作業效率隨“天窗天窗”時間延時間延長而提高，這種隨長而提高，這種隨“天窗天窗”時間改時間改變而變化的幅度，當變而變化的幅度，當“天窗天窗”時間時間為為24h時最大，時最大，45h時次之，時次之，5h以上時曲線變化平緩。如果將以上時曲線變化平緩。如果將800m/h作為大型養路機械維修作為大型養路機械維修機組發揮作用的最低限值，則大型機組發揮作用的最低限值，則大型養路機械維修機組作業所需的養路機械維修機組作業所需的“天天窗窗”時間至少在時間至少

8、在4h以上。以上。p所以從充分發揮機組工作效率和提高維修機組作業效率考慮，合理的線路維修“天窗”時間應為46h。p根據客運專線列車開行情況，并考慮“天窗”時間對線路通過能力的影響，認為我國高速客運專線綜合維修“天窗”時間以安排在0：006：00為宜。2.接觸網維修作業及其時間要求接觸網維修作業及其時間要求 p我國高速客運專線一般采用電力牽引的牽引形式，因此，需要涉及到牽引接觸網的維修。p牽引供電系統的維修包括變電所，受電弓和接觸網三部分。由于鐵路供電均采用兩路電源，所以牽引變電所的停電維修不會影響到接觸網供電，即不會影響正線的正常行車；受電弓作為構成動車組的上部組成部分，應由車輛基地在進行機車

9、、動車維修時一并進行；而線路上進行接觸網檢修時，無法正常為列車運行提供必要的動力，必將影響客運專線的正常行車。p（1）既有線接觸網維修作業情況）既有線接觸網維修作業情況 既有電氣化鐵路接觸網維修作業按設備運行的狀態可以分為停電作業，帶電作業和遠離作業三種；按作業點位置分為高空作業（距地高3米以上的處所進行的所有作業）和地面作業；按復雜程度分為一般帶電作業和特殊帶電作業。p停電作業程序分為以下步驟及時間標準：n作業時間電力調度員電請停電，電力調度員發布停電命令2min；n作業組驗電接地4 min；n作業組進行檢修作業70 min（按90 min安排）；n作業組工作完畢，撤離現場2 min；n電力

10、調度員確認完全達到通電、行車安全條件后，給予解除停電作業命令5 min；n電力調度員按照規定進行倒閘作業，通知列車調度員接觸網已通電可以行車 5 min。p對于具體接觸網維修天窗的設置時間有以下幾點要求：n單線區段不少于60 min，雙線區段不少于90 min；n對較大的區段，例如樞紐、區段站等，若每無預留天窗有困難，每個供電臂每月應不少于10小時的停電檢修時間；n對執行“V型天窗”作業的雙線區段每月至少保證3個矩形天窗。p（2）國外高速客運專線接觸網檢修情況）國外高速客運專線接觸網檢修情況 在高速客運專線上，隨著列車速度的提高，接觸網受電弓供電系統在動力學方面存在的各種問題也就越加顯著，要求

11、比普通鐵路具有更高的性能。 基于此，高速客運專線接觸網系統的特點是采用新結構和新材料。與此相應的，國外關于接觸網維修作業的技術開發，主要是采用長壽命設備，進行作業機械化，檢查自動化等。長壽命裝備主要指采用低磨耗的接觸線，作業機械化主要是指開發公鐵兩用車，高空作業車等便于機動施工的高性能維修作業車以及檢驗維修作業量的架電作業車等；檢查自動化主要是指采用專用的接觸網檢測車或電氣軌道綜合試驗車作為檢查手段。如日本新干線的P23型新干線綜合檢測車。 高速客運專線的接觸網維修應該以狀態維修為主，即采用定期的檢查和有計劃的預防性維修方法，該方式的關鍵是接觸網的故障診斷系統和維修天窗的設置形式。 電氣化鐵路

12、接觸網維修的特點是需要經常進行日常檢查，并按照診斷狀態對接觸網進行位置調查或更換其磨損部分。根據日本新干線的運行經驗，特別是磨損部分有大量的維修工作。 關于高速客運專線接觸網的維修方式，國外高速鐵路以客運量和供電負荷最大的日本新干線為代表，基本上采用每天運營，夜間維修的方式，接觸網檢測和維修均在夜間無行車的時間進行，其所需的時間均小于工務維修所需時間。p（3）我國高速客運專線接觸網維修作業天窗時間）我國高速客運專線接觸網維修作業天窗時間 對于小型機械作業，一般應在運行圖上每天安排固定的時間進行。對于大型機械作業，則只需每日、月、季安排幾次，每次作業4h。按照現行規定，在運行圖上預留接觸網維修天

13、窗時間，雙線鐵路天窗時間為90至180 min。對于我國未來高速客運專線，由于維修技術的提高和維修設備的改進，其接觸網維修應采取大型維修機械進行，并考慮實際運營的需要，其天窗時間建議采用90至180min，且與工務維修天窗重合設置的形式。3.通信信號維修作業及其時間要求通信信號維修作業及其時間要求p信號設備維修工作由信號設備維修工作由維修、中修和大修維修、中修和大修三部分組成。信號三部分組成。信號設備維護工作貫徹設備維護工作貫徹預防與整修相結合預防與整修相結合，以預防為主以預防為主的方針。的方針。n維修維修是指對運用中的信號設備進行養護和檢修，掌握設備性能，預防設備故障，保證設備處于良好的運用

14、狀態；n中修中修分為入所修和集中修，對現場可替換設備實行入所修，對現場規定設備實行集中修；n大修大修是指為恢復、改善和提高信號設備質量，保證既有設備的正常使用和運輸生產的正常進行，對設備進行的維修作業。 p為提高信號設備的維護質量，對信號設備維修實行日常養護和集中檢修，把養護和檢修基本分開。信號檢修作業實行天窗的檢修方式，影響行車的檢修作業項目，應納入天窗時間內進行。天窗時間內無法完成的較大型檢修作業，必須納入月度綜合作業計劃。當發現危及行車安全的設備隱患時，應立即按規定辦理停用手續，克服設備的缺陷。p另外，以既有鐵路信號設備維修作業時間分析，基本是在預留的接觸網維修天窗時間內對非接觸網維修區

15、間和車站進行信號設備維修作業，其正常維修時間不大于進行接觸網維修的時間。p我國高速客運專線在信號方面，由于采用了更先進的技術和設備，設備的可靠程度有了很大的提高，同時設備的檢修手段也應該有了較大的提高和改善。信號設備的檢修作業時間大大小于工務維修所需的時間，因此信號設備的檢修也不應成為影響我國高速客運專線綜合維修天窗設置的限制因素。p綜上所述，可以得到以下結論：n 我國高速客運專線需要進行日常的工務維修、接觸網維修和信號通信設備檢修工作。因此需要設置工務維修天窗、接觸網維修及其通信信號設備檢修天窗來進行日常的維修工作。n 通信信號檢修的時間遠遠小于工務維修所需的時間。n 我國高速客運專線上接觸

16、網維修天窗的設置時間應采取90至180 min，而且應該與工務維修天窗重合設置。n 我國高速客運專線，應采用大型養路機械進行工務維修工作。為了充分發揮作業機組的工作效率，工務天窗的時間應為4至6h。n 我國高速客運專線應該為工務維修、接觸網維修和通信信號設備檢修共同開設4至6h的綜合維修天窗。4.1.2綜合維修天窗開設方式綜述綜合維修天窗開設方式綜述1.天窗的種類天窗的種類 （1）工務維修天窗）工務維修天窗p 行車設備改造施工天窗p 線路大修天窗p 線路中修天窗p 線路日常維修天窗（2）電務維修天窗）電務維修天窗 由日常維修，中修，大修三部分組成（3）接觸網維修天窗）接觸網維修天窗2 天窗的開

17、設方式天窗的開設方式 p（1）矩形天窗）矩形天窗 如下圖在0：006：00時段內，在運行圖中安排其中一個區段為空白（在路網中鋪畫運行圖時，優先安排跨線普通列車），使跨線普通列車避開高速客運專線的維修天窗，確保上下行線均停電進行綜合維修。其優點是綜合維修時不受列車影響，維修作業效率和安全度相對較高。缺點主要是對列車運行有一定影響，尤其是跨線普通列車運行線的鋪畫受到一定限制。天窗p（2）V型天窗型天窗 如下圖在整個區段內，按上下行分別形成運行圖空白，一條線維修施工時，另一條線組織雙向行車。優點是可以保證在全天內均可以行車，便于跨線列車運行線的鋪畫和日常的運行的調度調整；其缺點是一線維修、一線行車時

18、，對兩條線路的作業都會產生干擾。p（3）Y型天窗型天窗 如下圖，即矩形式的上下行部分重合天窗，整個區段分兩段分別開設矩形天窗和V型天窗。此天窗的優點是利用列車間隔在天窗內無列車運行，可增加維修作業時間。缺點是V型天窗底部與重合天窗相鄰處時間浪費嚴重，通過能力損失較大，且不能較好的解決渡線檢修問題。p（4）r型天窗型天窗 如下圖，在整個區段內，按上下行分別設置天窗，一方向上設為矩形天窗，另一方向設為底部重合的階梯形天窗。此種天窗的優點是，某一方向的列車旅行速度可以提高，缺點是組織反向行車時天窗內有列車運行，有安全隱患，降低了維修施工作業的效率，同時不能檢修渡線。另一方向的列車旅行速度將會有所降低

19、。p（5）X型天窗型天窗 如下圖，在某時段內，對于高速客運專線上的某個區段或是全線分為兩段，各自開設V型天窗，它同時具有V型天窗的優點和缺點，但另一方面它比V型天窗所占用的相鄰天窗開設時段的范圍要小，比較適合在較長的線路或區段上采用。p（6）平行矩形天窗）平行矩形天窗 如下圖，在某時段內，某區段分上、下行分別形成兩個不相互重合的矩形天窗，雖然它可以解決跨線列車運行線鋪畫的問題，在全天內都可以運行列車，但是由于兩個矩形分別設置占用了較多的日間發車時段，不利于白天發車。而且在維修施工時，兩條線路的維修作業與行車作業間均受到一定的影響。天窗天窗p（7）單線隔日矩形天窗）單線隔日矩形天窗 在0：006

20、：00夜間的時段內，運行圖按上、下行分單、雙日安排一線維修天窗，另一線在天窗時間內，按單線組織列車運行?？梢钥吹?，此種天窗形式，同時具有矩形天窗和平行矩形天窗的優點。解決了平行矩形天窗由于天窗時段范圍開行太大而造成對發車時段影響的問題，使其控制在夜間0：006：00。同時，因為組織另一線反向行車，也解決了跨線列車運行圖的鋪畫的問題。但是，仍然存在有維修作業與鄰線行車之間的相互干擾問題。p（8）雙向分隔式矩形天窗）雙向分隔式矩形天窗 在0：006：00夜間的時段內，運行圖上、下行線路同時設置“雙向分隔式矩形天窗”，即在0： 006： 00間上下行均給出1小時時間安排需要在天窗內運行通過的列車運行

21、，其余時間用于綜合維修作業。可以看到，此種天窗形式，同時具有矩形天窗和V形天窗的特點。解決了V天窗由于天窗時段范圍開行太大而造成對發車時段影響的問題，使其控制在夜間0：006：00。同時，因為組織一線施工，另一線行車，也解決了跨線列車運行圖的鋪畫的問題。但是，仍然存在有維修作業與鄰線行車之間的相互干擾問題，而且行車帶的開設對列車的到達分布有較高的要求。p我國高速客運專線采用300/250/200km/h多種速度的列車共線運行的運輸組織模式，本線列車大都只在旅客列車始發終到的有效時段內運行，跨線列車由于列車始發終到站距離客運專線的出入口較遠，并受到鄰接干線運行圖的制約和可能晚點列車的影響，由既有

22、線進入客運專線運行或自客運專線車站始發進入既有線運行的跨線列車，如果不能避開夜間0：006：00在相應的客運專線上運行，就必須考慮行車組織和線路、接觸網、信號維修的協調問題。4.1.3單線隔日矩形天窗行車組織的特點分析單線隔日矩形天窗行車組織的特點分析p1. 單線隔日矩形天窗對列車運行組織的要求單線隔日矩形天窗對列車運行組織的要求 開設單線隔日矩形天窗運行圖中按上、下行分開設單線隔日矩形天窗運行圖中按上、下行分單、雙日安排線路維修施工天窗，另一線在天窗單、雙日安排線路維修施工天窗，另一線在天窗開行的時間內按單線組織行車。一線維修、鄰線開行的時間內按單線組織行車。一線維修、鄰線行車的組織方法對行

23、車和維修都存在一定的互相行車的組織方法對行車和維修都存在一定的互相干擾和不安全因素。干擾和不安全因素。 p為保證一線維修，一線行車組織方式的實施，對高速鐵路相關維修作為保證一線維修，一線行車組織方式的實施，對高速鐵路相關維修作業有如下要求：業有如下要求：n夜間一線行車，一線維修，不一定是上、下行線中的一條線全線封鎖停運，只要求構成一條單線通道，因此要求具有組織雙向行車的能力。n站間距較大時，應在合適地點設置區間渡線。n牽引供電系統應采取上、下行線路分別供電，但應保持同相位同時需要安裝分段開關。n通訊信號設備應保證雙向行車的安全。n一線維修，另一線行車的列車速度應限定不大于160km/h。n制定

24、一系列確保一線行車一線維修作業安全的規章制度，包括辦理封鎖線路、恢復運行系統、安全防護、機械操作、通訊聯絡、工程列車和維修列車運行等各項規定。p在0：006：00綜合維修時段內，必須嚴格遵守兩項根本原則：n一是維修作業人員必須掌握列車通過維修作業地點的具體時間，必須在此時間內停止兩線間可能產生不利影響的作業項目，并且作業人員不得在兩線間站立；n二是列車通過綜合維修地段時，其運行速度不應超過160km/h。2 單線隔日矩形天窗對線路通過能力的影響分析單線隔日矩形天窗對線路通過能力的影響分析 p由于天窗的開行，客運專線上的旅客列車不可避免的要受到影響。采用隔日矩形天窗，每天封鎖一條線路，另一條線路

25、在天窗時間內組織雙向行車。由此，線路由于有了反向運行的列車，其通過能力必然會受到一定的影響。下面將針對此種特點的隔日矩形天窗來具體分析對線路通過能力的影響。p1.天窗影響區天窗影響區n（1）天窗影響區的確定 當雙線客運專線區段開設矩形天窗后，考慮天窗對列車運行的影響時，從天窗開設的起始時間左端最靠近天窗的一列沒有運行進入天窗開設時段內部的列車時起，至天窗開始的終止時間右端最靠近天窗的一列同方向沒有運行進入天窗開設的時段內部的列車時止，所包圍的時空區域稱為隔日矩形天窗的影響區。從上面的定義可以看出，根據列車運行方向的不同，可以將天窗影響區分為上行影響區和下行影響區，兩者合稱為天窗影響區。如圖4-

26、1-8所示。p從圖中可以看出，不管是上行影響區還是下行影響區，都從圖中可以看出，不管是上行影響區還是下行影響區，都是由以下三部分構成的。是由以下三部分構成的。n天窗時段前的一個三角形區域，稱為天窗前影響時段天窗時段前的一個三角形區域，稱為天窗前影響時段，在此時段內，線路上只有一個方向的列車運行，并以一定的間隔追蹤運行。n 天窗時段天窗時段。在此時段內，組織封鎖線路的相鄰線路進行反向行車，在此時段內的相鄰線路具有單線鐵路的性質，列車交會運行。 n天窗時段后的一個三角形區域，稱為天窗后影響時段天窗時段后的一個三角形區域，稱為天窗后影響時段，在此時段內，線路已恢復為復線運行方式，只有一個方向的列車以

27、一定的間隔時間追蹤運行。p（2）天窗影響區的時段要素n天窗前影響時段，記為 。n天窗后影響時段，記為 。n天窗時段，記為 。在實際的天窗開設時，除了需要開設一定的施工需要的天窗時間外，為了保證列車運行和施工作業的安全，在天窗開設的前后，都還需要預留一定的附加時間，而在此時間內，通常仍然采用天窗實際開設時的行車組織方式。因此，這段時間可以看成是天窗開設時間的延續，是天窗時段的一部分。tqThqTtTp天窗影響區是由 、 和 三部分組成，即： = + + 。tqThqTtTtyTtqThqTtTp（3）天窗影響區的行車特性描述）天窗影響區的行車特性描述 在研究的區段內，有m+1個車站，區段內沒有分

28、歧線路，有個m區間，第k+1個區間是由車站k和車站k+1以及其間的線路構成。車站順列車運行方向依次標記為0，1，2.m；區間順列車運行方向也同樣依次標記為1，2，3m。可以看出，上行天窗影響區和下行天窗影響區中的車站和區間序號是相反的。列車在區i的運行時分為 ，其中上行區間運行時分為 ，下行區間運行時分為 。由于在客運專線上，運行列數最多的是運行速度比較高的本線高速動車組，這里指的 和 也均指此種列車的區間上下行運行時分。ititit it itp另外，在研究區段內，特別是天窗影響區內，運行的列車均是指從區段首站即車站0順序經過所有車站最終運行至車站m的列車。而且，對于某一個特定點天窗影響區，

29、認為其中運行的列車是成對的，即上行天窗影響區內和下行天窗影響區內運行的列車數量是相等的。因此在天窗時段內，所形成的列車運行方式就成為了成對平行列車運行圖的形式。p2.2.天窗前后影響時段分析天窗前后影響時段分析p3.3.天窗后時段內的列車間隙分析天窗后時段內的列車間隙分析 對于某一個區段來說，其某一方向的列車，在區間起、止兩個車站上的天窗前后兩個時段內，會形成四個間隙，如圖4-1-10所示。 p從圖中可以看出，在四邊形ABCD中，邊AB和CD是兩個相鄰的站線，是相互平行的，邊AD和BC是天窗前時段和天窗后時段中的列車運行線，由于速度相同，因此也是平行的。這樣ABCD就是一個平行四邊形，則有：n

30、knkqnkqqnknktqnktqqttDCABDCtTABTtkkkkkk111111即：p從上面分析可以知道 ，當天窗時間為I的整數倍時，總有 因此可以得到：IIhiqi;Ihiqidkhqkdnkqnnttk)1(1p就是說在天窗前時段內以緊密發車形式進入天窗時段的列車數與以天窗時段內的列車以緊密發車的形式運行到天窗后的時段的列車數是相同的。p同理可以得出每個車站上天窗前時段tqi和天窗后時段thi之和都相等，都應該等于天窗前時段或天窗后時段的長度，即： thtqhiqiTTttp4.4.單線隔日矩形天窗的通過能力分析單線隔日矩形天窗的通過能力分析n（1）最大通過能力的計算）最大通過能

31、力的計算 所謂天窗內最大通過能力就是指在這個區段或整條高速客運專線上，區間所能通過的最大列車對數，也可以說是在整個天窗影響時段內所能夠通過的最大列車數。從上面的分析可以看出，在天窗前和天窗后的時段內，所能通過的列車數對于每個區間來講都是相同的，所不同的是，在天窗時間內所能通過的列車數。在天窗時間內，是單線運行組織方式，列車以相同的速度運行，通過對天窗前后的間隙可以看出，列車實際上要組織單線運行的時間在每個區間上都略大于天窗時間，應該是天窗時間與前后間隙之和。p構造數學模型：構造數學模型：n定義變量：定義變量：定義nqi為車站i上在天窗前時段中發出的列車數；nshi為車站i上在天窗后時段中發出的

32、列車數；ndi為車站i上在天窗的單線運行時段內發出的列車數。n目標函數。目標函數。在求出每個區間可以通過的最大列車數，而后再求出其中的最小者即為限制整個區段或是整條線路的最大通過能力。p約束條件：約束條件：此模型中要滿足以下幾個約束條件：n在天窗前時段發出的列車數 不能大于最多可發出的列車數；n在天窗后時段發出的列車數 不能大于最多可發出的列車數；n在天窗的單線運行時段內發出的列車數 不能大于最多可發出的列車數。sqinshindinp這樣可以得到該模型如下： minnnZNObjectdishisqii.2 , 1 , 0/maxmin:maxdihqisqiihiqitdiikkhqimi

33、kksqinnnTTnItnItn,/ )(/111周Res： p（2）最高旅行速度條件下的通過能力計算）最高旅行速度條件下的通過能力計算 在天窗內開行的列車，如果不產生單線上的列車交會，以同方向的列車追蹤運行時，列車的旅行速度將達到最高。為了達到此種情況的列車運行條件，兩個相對方向的列車所形成的“交會”，都必須要在天窗前的時段內或天窗后的時段內完成，只有利用這兩個時段中的線路可以雙線運行的條件來達到這個目的，而讓進入天窗時間的列車在某幾個區間內只有同一個方向的列車運行，這樣就可以使其利用單線組織某個方向上的追蹤運行。其具體的運行組織形式如圖4-1-11所示。車站i車站i+1區間i4-1-11

34、天窗內列車追蹤運行示意圖天窗內列車追蹤運行示意圖p從圖中可以看出，列車是利用天窗前時段組織天窗時段內在單線上追蹤運行的。上、下行以此種運行的最大列車數取決于在車站i和i+1上天窗前時段內到達的列車數，為了在上、下行能運行的最大列車數比較均衡，另外也是為了盡可能的減少列車在天窗時間內追蹤運行的時間，應該選取上、下行天窗前時段差值最小的某個區間的首尾站作為i和i+1站，即追蹤運行的組織站。也就是需滿足也就是需滿足即滿足即滿足 D D 1102:miniitqiimikkikktTttttiip由此可以得到，此種運行組織條件下，利用天窗前時段可以通過的最大列車數為：) 1(212maxqotqqnI

35、Tnp如果在天窗時段內單線追蹤運行的時間并不是很長時，當其運行的時間小于天窗開行的時間的一半時，仍然可以利用天窗后時段組織列車在天窗時段內的追蹤運行，即滿足： 2300160iittTp當 就可以滿足利用天窗后的時段組織列車單線追蹤運行。p同理可以得到，此種運行組織情況下，利用天窗后時段可以通過的最大列車數為：時即：時，得到min192,96min3606tqiitTthT) 1(21hmhmxnnp這樣，以此種方法組織列車，在天窗中的運行，其最大的通過能力為：開行 時間的天窗，損失的通過能力值為：11maxmaxmaxhmqoqhnnnnntTITnITTntttqDmaxp即采用此種方法組

36、織行車，其能力損失值只是天窗開行時間內能力的扣除值?？梢钥闯觯四芰p失值較上述最大通過能力下的能力損失值要大些。p此種方法，最大程度地提高了列車在天窗時段內的旅行速度，有力地確保了高速列車的運行質量。但是，此種運行組織方式，對于列車的到達時間范圍，有很強的時段要求特性。對于我國高速客運專線，采用多種速度的列車共線運行的模式，對于長距離的長線跨車列車來講，很難達到此種時段要求特性。因此它只能作為一種有能力滿足此要求下的運行組織方法。p當可以同時利用天窗前后時段組織單線追蹤運行時，則對于i站的選擇就并不是很嚴格了，它可以選擇在區段或全線上的任何一個車站，當i站越靠近下行方向的首站（車站0），則在

37、天窗時段前下行方向可追蹤運行的列車數越多，上行時間可運行的就越少；而對于天窗后的時段則剛好相反。但對于任何一個車站i其天窗前時段和天窗后時段所能通過的列車總數時相同的，只是當i處于 時，天窗前后時段各自的通過能力是最均衡的，i越靠近0或m站，其能力的差值就越大。因此可以利用通過選擇合理適當的i站來調節在某個時段內對于通過能力的需求。但是，盡管如此，調節也是有限的，它并不能從根本上解決列車隨機到達的矛盾。2tqTp（3）列車均衡到達情況下的能力分析）列車均衡到達情況下的能力分析 在夜間運行通過天窗的列車，一般來說是跨線列車。大部分跨線列車，其始發或是終到站距離進出高速客運專線的站點較遠，而且又比

38、較分散，這使得跨線列車進入高速客運專線的時間比較分散，往往呈比較隨機或比較均衡的狀態進入客運專線。如果列車以這種情況來組織運行通過天窗，一般是以天窗內單線運行的周期為間隔而進入天窗影響區的，如圖4-1-12所示。圖圖4-1-12 天窗內列車均衡運行分布示意圖天窗內列車均衡運行分布示意圖p從圖中可以看出，在天窗時間內，單線運行下的區間運行線的鋪畫方式，完全取決于通過能力最小區間運行線的鋪畫方式。 p另外，從圖中還可以看出，在天窗前影響時段內只能發出列車而不能到達列車，在天窗后影響時段則只能到達列車而不能發出列車。則整個影響區的通過能力是由天窗前時段和天窗時段發出的列車兩部分組成。 p從圖中進一步

39、分析，可以看出，天窗前時段發出的列車數，可以用靠近天窗起始時間的會車點數來表示，有一個會車點就有一列列車發出。而且從天窗起始時間開始（或天窗起始時間之前的 開始，列車就要組織單線行車了，所以在靠近其起始時間處，一定存在有會車點。由于列車在天窗時間內的運行速度是相同的，交會形式是以相互平行的規律進行的。而每個車站上的交會周期是一個運行圖周期，不同車站上的交會周期是相隔兩個車站。 qip所以，在此種運行組織條件下，天窗對通過能力的影響損失為：p此種方法，在一定程度上滿足了跨線列車隨機到達時的運行組織需求，而且在組織的同時，充分考慮到跨線列車跨線運行距離的不同，預留了在天窗前以及天窗后時段由列車利用

40、空閑時間追蹤運行的通過能力潛力。但是此種方法對于運行距離較長的跨線列車在天窗時間內通過天窗時，旅行速度將會有較大的損失。 21maxmaxDmTTITITnITTnttqtttq周3 單線隔日矩形天窗適應性特點分析單線隔日矩形天窗適應性特點分析p通過以上的分析，可以得出在夜間通過以上的分析，可以得出在夜間0：006：00開行單線隔日矩形開行單線隔日矩形天窗的特點：天窗的特點：n在夜間0：006：00開行單線隔日矩形天窗能夠滿足工務、接觸網、信號綜合維修的要求。n一線施工、一線行車的列車運行組織方式，對行車和施工都會造成一定的影響。對于維修施工的線路，影響了維修效率的充分發揮；對于行車線路，限制

41、了列車的運行速度，最高不得超過160km/h。n單線隔日矩形天窗，對于維修線路，可以提供連續56小時的維修作業時間，能較好的適應維修作業的需要，較好的發揮維修機械的作業效率。n在夜間0：006：00的六個小時時間內，單線隔日矩形天窗提供了一條單線通道，可以組織列車以不同的形式利用其運行，能滿足一定數量的夕發朝至和跨線列車的需要。n在天窗的單線通道內，可以組織列車以單線雙向交會運行，也可以組織列車按單線追蹤運行。n按單線雙向交會運行的區間通過能力較低，但可以較好的利用天窗前后形成的空費三角區的線路能力。但是由于車站間距的不均衡以及相對方向列車的待避，列車的旅速相對較低。n按單線追蹤運行時，能最大

42、限度的提高列車旅行速度。但是在能力利用方面只能較好的利用天窗前后三角區的能力，所以受到一定的限制。對天窗時間內的能力浪費較大。另外，此種方法對跨線列車進出高速客運專線的時間段要求十分嚴格。n單線隔日矩形天窗的通過能力與在天窗內列車的運行組織方法有關，其區間通過能力的最大值為天窗前后三角區內追蹤運行的最大列車數與天窗時段內單線運行限制區間通過能力之和。但采用單線追蹤運行時，其通過能力只是空費三角區由可通過的追蹤運行的最大列車數。當采用均衡的單線交會形式時，其通過能力僅為單線限制區間通過能力與車站數目一半之和。4.1.4 V型天窗的特點分析型天窗的特點分析p1.V1.V型天窗對列車運行組織的要求型

43、天窗對列車運行組織的要求 開設開設V型天窗，運行圖中按上、下行分別安排一線維型天窗，運行圖中按上、下行分別安排一線維修施工天窗，另一線在天窗時間內組織列車按單線行車。修施工天窗，另一線在天窗時間內組織列車按單線行車。由于由于V型天窗是按上、下行分別開設天窗，即在每日的運型天窗是按上、下行分別開設天窗，即在每日的運行圖中，上、下行共存在有兩個天窗時間段。一線維修、行圖中，上、下行共存在有兩個天窗時間段。一線維修、一線行車的組織方法對行車和維修都存在一定的互相干擾一線行車的組織方法對行車和維修都存在一定的互相干擾和不安全因素。和不安全因素。p為了保證一線維修、一線行車組織方式的實施，對高速客運專線

44、開行為了保證一線維修、一線行車組織方式的實施，對高速客運專線開行V型天型天窗的相關維修作業有如下要求：窗的相關維修作業有如下要求：n（1） 不論是在上行天窗還是在下行天窗內，都需要組織列車反向運行。因此需要具有組織，雙向列車的能力；n（2） 當車站間距較大時，應設置區間渡線；n（3） 牽引供電系統應采取上下行線路分別供電，但應保持同向位，同時需安裝分段開關；n（4） 通信、信號設備應保證雙向行車的安全。n（5） 一線維修另一線的行車速度應限定不高于160km/h。n（6） 應制定一套完善的確保一線行車，一線維修作業安全的規章制度，包括辦理封鎖線路，恢復列車運行手續，安全防護，機械操作，通信聯絡

45、，工程列車和維修列車的運行等各項規定。p在V型天窗上、下行綜合維修時間段內，必須嚴格遵守兩項根本原則：n一是維修作業人員，必須掌握列車通過維修作業地點的具體時間，必須在此時間內停止兩線間可能產生不利影響的作業項目，并且作業人員不得在兩線之間停留；n二是列車通過綜合維修作業地段時，按限速160km/h運行。2 V2 V型天窗對列車運行組織的影響型天窗對列車運行組織的影響 p (1) V型天窗對列車發車時段的影響型天窗對列車發車時段的影響 從前面的分析可以了解到，對于高速客運專線要求綜合維修天窗的長度應保證46小時，而對于某條客運專線或是某區段開行V型天窗，就無法保證綜合維修天窗全部開設在夜間。從

46、下圖可以看出，一般V型天窗的傾斜角度 往往小于列車追蹤運行時運行線的傾角 ，說明對于下行天窗，最下部天窗分段的天窗起始時間與最上部天窗分段的起始時間的差值為： ctgtgTTTyy)(1D 圖4-1-13 V型天窗示意圖yT表示列車在區段（或全線）運行的總時分； 1yT表示列車在區段（或全線）由第一個天窗分段內運行的總時分。 yT1yTp由于 ，可得 。同理，對于上行天窗也有同樣的規律。對于上、下行兩個天窗，在最下面的天窗分段是相互靠得最近的，如果力爭將其盡可能的安排至夜間，要保證留有一條線路行車，即上、下行兩個分段不能相互重合，則必定有一部分要開設到日間（因為兩個分段需812h的天窗時間），

47、而此時，每個分段由下向上依次向早黃金時段和晚黃金時段移動，直到最上部的天窗分段，將占用大部分的發車黃金時段時間。p由此看來，V型天窗的開設對于列車合理發車范圍或是在區段起止站的發車黃金時段都會造成比較大的影響。)(1yyTTTDp(2) V型天窗對線路通過能力的影響型天窗對線路通過能力的影響 V型天窗是以客運專線的天窗分段為單位，組成上行或下行天窗，為了使天窗內有列車運行的通道，不允許兩個方向的天窗有重合的現象。V型天窗在上行線或下行天窗內，包含有若干個分段，每個分段的起止時間不同，依列車運行方面形成一個傾斜的時間帶。p V型天窗影響區時段因素分析型天窗影響區時段因素分析 如圖4-1-14，以

48、下行方向的V型天窗為例。 圖4-1-14 V型天窗下行方向時段分析示意圖 分段1 車站0 車站1 車站m 分段2 分段m0hT1lmTyxTxTysT2qT1xTsT1tT1dTp從圖中可以看出，在V型天窗的下行天窗影響時段中，雖然開行的只是下行天窗，但由于利用上行線路組織下行列車反向行車，所以對此時段范圍內的上行列車也造成了一定的影響。所以其天窗影響區分為上行和下行影響區。只要列車要在此范圍內運行，就必然會進入到反向行車的上行線路上以單線交會方式運行。tgtgTTTTTxxxmtyx)(1ctgtgTTTTTTxxsstys)()(11p從上兩式中可以看出 ，因此對于V型天窗在下行方向上的天

49、窗影響區中上行影響區較下行影響區要大些。p另外，從圖中可以看到，對于天窗開設時間 ，在每個分段的前后都會形成有一個比較小的三角空費區，其長度為 和 。此三角區雖然沒有進入天窗的維修時間內，但在其中也只能組織列車單線交會運行。再考慮到列車由于追蹤而進入到天窗時間之前形成的間隙，其實際的單線行車最小時間應該為xmssTTT1tTdiTliTITTTlittp由進一步的分析可以知道， 的大小，除了取決于 之外，關鍵在于 的大小。在天窗外面的輪廓線左右兩條都是平行的，表明每個分段上的 都應該相同，即： 或tTxTdiTtTITTTlttmaxITTTxttmaxp對于天窗前時段，列車不可能在其內追蹤運

50、行，因為在第一分段內列車無法進入這個區域，一旦在第一分段中向下行方向運行與上行列車交會時，由于運行速度的降低和交會時間的增加，更導致了旅行時間的增加，使得列車不可能由下一個分段的 時段內通過。而對于天窗后時段，列車也不可能在其內追蹤運行。因為列車若在其內追蹤運行，則在第m分段必定進入天窗維修時段內，會使列車的旅行時間增加，就會在下行影響區的外側運行至區段終點，這樣相當于列車從影響區外側追蹤運行直接到達區段終點，即節省了旅行時間，提高了旅行速度，又減少了對維修的干擾。因此，使列車在 時段內也不可能以追蹤間隔運行。liThTp V型天窗對線路通過能力的影響分析型天窗對線路通過能力的影響分析 通過上

51、面的分析，可以看出，在V型天窗的影響區內，無法組織列車在每個區間或是分段內的緊密發車，同樣也無法組織象隔日矩形天窗中的單線追蹤運行。只能以很普通的形式來組織列車進入維修時段時以單線形式運行。這樣，對于V型天窗下行方向的天窗來講，其通過能力就應該是在單線行車區域內可以運行的最大列車數與在天窗前時段和天窗后時段內所運行的列車數之和。 另外，對于下行列車來講，無法利用天窗后時段來運行，而上行列車則可以利用上行影響區的天窗前后時段組織列車運行。因此對于某個方向的天窗通過能力在上下行方向上可以通過的列車數是不同的，需分別加以計算。p可以得到V型天窗的能力損失為： p從上式可以看出，V型天窗的能力損失，較

52、單線隔日矩形天窗的能力損失值幾乎要大一倍多。產生這種現象的原因主要有三個方面：n單線隔日矩形天窗，每天只有一個天窗開行時段（上行或下行方向），而V型天窗每天要開設兩個天窗時段（上行和下行）。n單線隔日矩形天窗可以利用天窗前后時段組織列車密集到發或追蹤運行，而v型天窗無法利用天窗前后時段組織列車追蹤運行。n單線隔日矩形天窗上、下行都可以利用天窗前后時段發車，而v型天窗只有一個方向的列車可以利用此區域組織列車的運行。) 1(23)(2maxDdxtymTTTITn周p(3) V型天窗適應性特點分析型天窗適應性特點分析 通過以上的分析，可以得出v型天窗具有以下特點：n 開行46h的v型天窗，能夠滿足

53、工務、接觸網、信號綜合維修施工的要求，它可以提供連續56小時的維修作業時間，能夠較好適應維修工作的需要，比較充分的發揮維修機組的作業效率。n 在V型天窗開設的時間內，組織維修施工線路的列車反向行車，為天窗內的列車運行提供了一條單線通道，可以滿足一定數量的列車運行通過。n 一線施工，一線維修的列車運行組織模式，對行車和施工都將造成一定的影響。對于維修施工線路，影響維修效率的充分發揮；對于行車線路，限制了列車的運行速度，最高不得超過160km/h。n V型天窗由于天窗分段的傾斜開設，而且一天內上下行分別開設兩個天窗，天窗時間要求較長，嚴重的影響了區段始終兩個站日間高速列車的正常運行，占用了大量的黃

54、金發車時段，對列車的運行干擾較大，無法較好的滿足高速客流對列車開行時間的具體需要。p V型天窗在組織列車按單線運行時，由于無法利用天窗前后的影響時段，而且在一日內開設上、下行兩個天窗帶，對通過能力的扣除影響較大。其通過能力遠小于單線隔日矩形天窗，而能力的損失值則多出單線隔日矩形天窗一倍以上。p V型天窗的上行天窗帶和下行天窗帶，由于傾斜開設的原因極大的影響了順天窗傾斜方向列車的旅行速度，但對另一相反方向列車的旅行速度有所提高。另外，在V型天窗夾角內底部運行的列車，很可能出現兩次進入天窗的情況，這樣將極大地降低列車的旅行速度。p V型天窗內，如果組織列車反向運行，則列車在各時段的分布較為均衡，便

55、于動車組及機車的均衡利用和乘務人員的有效運乘，但其列車旅行速度相對較低，線路通過能力較小。如果不組織列車反向運行，則列車運行速度較高，線路通過能力較大，但雙向列車在各時段的分布不均衡，不便于車底及機車均衡利用?；诖?，對于我國高速客運專線，在運營初期近期，由于列車數量少，列車種類多，線路能較富裕，應采用列車單線雙向行車的組織方法。在遠期行車開行數量較多時，能力比較緊張的情況下，應采用不組織反向列車運行的組織方式。4.1.5 矩形天窗的特點分析矩形天窗的特點分析p上、下行同時開行矩形天窗，同時封鎖夜間0:006:00全區段的兩條線路，形成矩形天窗的形式如圖4-1-15所示。qTyT 無論是對于上

56、行反向還是下行方向，矩形天窗都將形成一個影響區 。 tT其包含有天窗時段 、天窗前時段hT和天窗后時段三個部分，并有：htqtyTTTTT 在影響區內，由于兩條線路同時封鎖，無法行車。這樣就形成天窗前后兩個空費三角區。在 qT 中運行的列車要想到達區段終點，就必須停車在某個車站上等待天窗結束后在 hT內運行到達區 段終站。由于天窗時間比較長，所以此種情況不允許發生。 圖4-1-15 矩形天窗示意圖qTyTtThTp如果天窗開設的時間是在0:006:00，那么對于區段起站在 到6:00的范圍內就不允許列車運行進入區段，而區段終站則在0:00到 時段范圍內也不允許列車到達。那樣，天窗不僅占用區段首

57、站和終站 小時的黃金發車時段，而且在夜間無法運行列車，無法組織夕發朝至列車，對于一些運行距離較長的跨線列車的夜間運行也無法組織。嚴重的影響了夕發朝至列車和跨線列車的運行組織。p矩形天窗的能力損失為：DITTnqt) 12(qT)6(hT)24(qTp它的能力損失是前述所有同類型天窗中最大的。對于一些短途的列車，可以通過利用兩側的空費三角區組織列車運行，由此而降低其對能力的扣除。雖然它在能力損失和夜間列車開行上有很大的不利因素，但其在維修施工方面卻創造了較其他天窗形式都好的條件。p由于沒有組織列車反向行車，提供了較長的連續作業時間，可以充分發揮作業機械的效率。另外，維修施工作業可以利用天窗前后的

58、空費三角區的時間適當延長。這些都為施工維修作業提供了較其他天窗形式優越的條件。p綜上所述，可以得到矩形天窗的特點：綜上所述，可以得到矩形天窗的特點：n在夜間0： 006： 00兩線同時開行矩形天窗，能夠滿足工務、接觸網、信號綜合維修施工的要求。它可以連續提供56小時，甚至利用天窗外空費時間可以提供更長時間的維修作業時間，能夠充分地發揮維修機組的作業效率。n兩線重合開設矩形天窗，對于一些相鄰渡線等需兩線同時封鎖維修的設備提供了良好的條件。另外，兩線同時封鎖，在維修施工過程中，不會受到相鄰線路行車的干擾。n矩形天窗會影響區段始終兩站一定時間范圍的黃金時段，使其在影響時段內無法發車，縮小其發車時段范

59、圍。n由于兩線同時封鎖造成在矩形天窗影響區內無法行車，其形成空閑區的長度為。這較大地影響了此時段范圍內列車的運行組織，尤其是對夕發朝至列車和運行距離較長的跨線列車，使其無法在夜間通過該區段。n矩形天窗對通過能力的影響也是最大的。4.1.6 雙向分隔式矩形天窗的特點分析雙向分隔式矩形天窗的特點分析p1 1 雙向分隔式矩形天窗對綜合維修作業影雙向分隔式矩形天窗對綜合維修作業影響的特點分析響的特點分析 在高速客運專線采用上下行線路同時設置“雙向分隔式矩形天窗” ,即在0： 006： 00間上下行均給出1小時時間安排需要在天窗內運行通過的列車運行，其余時間用于綜合維修作業。hTqTtTtTkTxT從圖

60、中可以看出，一小時行車時間帶對矩形天窗的設置產生了較大的影響。它的設置首先將連續的綜合維修天窗分隔為左右兩個部分，使大型作業機組的工作效率無法充分的發揮，而且要兩次上下線路作業，增大了輔助時間的比例。其次，一小時時間帶的設置，占用了部分的天窗時間，使天窗時間縮小，其占用的時間kiT與時間帶開設的傾斜角度和天窗分段的長度有關。 式中： 表示行車時間帶的寬度（1h）； 表示第i個分段的距離； 表示在運行圖中，距離與時間轉化的比例值； 表示行車時間帶的傾斜角度（銳角）。 天窗內設置行車帶是為需要在天窗時間內運行的列車所提供的，使其在時間帶內可以組織同方向列車的追蹤運行。因此傾斜的角度應該與列車在行車