蘭新高速鐵路綜合維修天窗設置方式研究

方 華

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

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蘭新高速鐵路綜合維修天窗設置方式研究

方 華

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

在分析蘭新高速鐵路的線路、運輸組織、車站、接觸網、綜合維修、供電制式等方面特點的基礎上，研究蘭新高速鐵路綜合維修天窗的時間需求，重點確定蘭新高速鐵路天窗開設方式，建議采用分段矩形天窗。并通過鋪畫列車運行圖，分析蘭新高速鐵路開設分段矩形天窗對跨線旅客列車終到時間、通過能力、運行調整等方面的影響。按客流區段設置分段矩形天窗可以保證綜合維修作業和行車的安全。

蘭新高速鐵路；鐵路運輸；運行時段；維修天窗；設置方式

高速鐵路成網后，天窗的設置方式、時間安排與線路通過能力、列車開行方案等將成為一個系統性問題。天窗設置方式對線路通過能力的影響很大，特別是對運輸距離較長的線路，天窗設置方式對通過能力的影響極具研究價值，以蘭新高速鐵路設計資料為基礎，參考其他客運專線天窗相關研究成果，研究蘭新高速鐵路天窗設置方式，并對運輸組織的影響進行研究分析。

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、新疆維吾爾自治區三省區，線路建筑長度1 785 km。

1.2 主要技術標準

根據蘭新高速鐵路初步設計批復的項目主要技術標準如下。

鐵路等級：Ⅰ級

正線數目：雙線

最小曲線半徑：5 500 m

最大坡度：20‰

到發線有效長度：650 m

牽引種類：電力

列車運行控制方式：自動控制

行車指揮方式：綜合調度

1.3 行車量及開行方案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 蘭新高速鐵路各區段行車量 對/d

1.3.2 列車開行方案

蘭新高速鐵路旅客列車開行方案如表2所示。

表2 旅客列車開行方案

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車站40處，其中客運站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表3。

表3 蘭新高速鐵路車站性質

續表3

1.5 固定設備維修單位設置

蘭新高速鐵路全線共設置蘭州西、西寧站、張掖南站、嘉峪關南站、柳園南站、哈密站、鄯善北站、烏魯木齊新客站8個綜合維修車間，以及25個綜合維修工區和13個綜合保養點。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 接觸網情況

蘭新高速鐵路全線共設置27個變電所、26個分區所，每2個變電所之間有1個分區所，兩端各有1個變電所，變電所平均供電長度26.8 km。

2 蘭新高速鐵路綜合維修天窗的時間需求

2.1 工務維修作業時間需求

工務日常保修和臨時補修主要是進行一些例行檢修和緊急情況的處理。

2.1.1 軌道打磨時間需求[5]

假定打磨列車采用銑磨列車進行計算，工作效率取1.25 km/h，運行速度75 km/h。整條線路上打磨列車管轄范圍最長為344.074 km(清水北至柳溝南)，作業延長公里為688.15 km，區間停留點平均間隔為72 km，最大間隔為88.9 km(煙墩東至哈密)。計算得軌道打磨時間應該大于130min。

2.1.2 板式軌道及咽喉道岔調整的作業的時間需求

根據現場經驗，板式軌道調整一次有效作業時間約需要55 min。工務維修人員在天窗時間內從間隔3～4 km的T型口上下道，作業點位于兩T型口中央時往返走行需要將近50 min。一次板式軌道調整需要的最長時間約為105 min。調研過程中一個道岔的平順高低調整在3h 內基本完成。

2.2 接觸網維修時間需求

蘭新高速鐵路一個綜合工區平均管轄72 km線路，作業延長公里為144 km。接觸網支柱平均間隔為50 m，計算取整可得絕緣子清掃需要至少140 min的時間，當作業地點位于兩T型口中央有效作業時間仍然有75 min，每個作業小組仍可以清掃4個接觸網支柱上的絕緣子。因此接觸網維修作業需要140 min的天窗時間。

2.3 電務維修作業時間需求

蘭新高速鐵路采用較既有線和京津城際更為先進的技術和設備，其系統的某些性能以及檢修參數尚待運營驗證，但可以肯定的是，蘭新高速鐵路信號設備的可靠程度較既有線更高，同時設備的檢修手段也應有較大提高和改善，其檢修時間小于工務維修時間，不會成為綜合天窗設置的限制因素。

2.4 蘭新二線綜合維修天窗時間確定[2]

根據以上對主要專業作業時間要求的分析，3 h之內可完成基本維修作業，再考慮1 h確認車的時間要求，確定蘭新二線綜合維修天窗時間長度為4 h。

3 蘭新高速鐵路天窗設置方案

3.1 V形天窗

采用V形天窗，天窗時間4 h，列車追蹤間隔5 min，鋪畫滿能力圖。

在鋪畫普速列車25對的情況下，滿能力可鋪畫52對動車，普速列車旅行速度102.92 km/h，動車旅行速度186.17 km/h；鋪畫普速列車15對的情況下，滿能力可鋪畫65對動車，普速列車旅行速度104.40 km/h，動車旅行速度187.36 km/h。

本線若采用V形天窗，區間通過能力有較大富余，按設計年度行車量運行圖調整余地較大，全日開行時點較為自由，動車和普速兩種旅客列車的旅行速度均較高，運輸質量高。缺點是，一線維修一線行車，維修人員的安全保障有一定風險，行車的一線列車需限速開行。

3.2 矩形天窗

3.2.1 方案Ⅰ：“矩形天窗”設計開行方案，近期追蹤間隔5 min

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

存在的問題如下。

(1)長途跨線車可開行時段短：以本線東端蘭州西站的列車始發點為例，動車組可開行時段為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點和銜接線的天窗時段的要求。

(2)區段客車可開行時段受限制：大部分區段客車只能利用天窗的三角區開行，可開行時段受限制較大，不能滿足全日較為均衡到發的要求，服務頻率較低。

3.2.2 方案Ⅱ：“順列式分段矩形天窗”設計開行方案，近期追蹤間隔5 min

采用順列式分段矩形天窗，沿一側分段順延設置矩形天窗，具體形式見圖1[3]；

圖1 “順列式分段矩形天窗”示意

天窗時間分段安排在蘭州—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。

存在的問題：

反向能力不滿足需求，方案不可行；因為天窗時段雙方向封閉行車，反方向列車開行受到很大的不利影響，長途跨線列車只能利用分段天窗之間的間隙開行，可開行的時段約2個1 h，動車可鋪畫8對，普速按密集發車可鋪畫9對，不能滿足能力需要。

3.2.3 方案Ⅲ：“錯列式分段矩形天窗”設計開行方案，近期追蹤間隔5 min

為消除方案Ⅱ對天窗設置反方向列車的不利影響，采用兩端小天窗錯列對稱設置分段矩形天窗的形式，見圖2。將全日列車開行分為多個時段，利用時段間的空隙設置中間的大矩形天窗，利用時間寬度較短的行車帶設置兩端的小矩形天窗[1]。

存在的問題：

(1)長途跨線車可開行時段短；

(2)區段客車可開行時段受限制；

(3)天窗設置距離短；

(4)天窗時段列車運行的靈活性低。

圖2 “錯列式分段矩形天窗”設計示意

3.3 推薦方案

分段矩形天窗以客流區段為單元分區段設置矩形天窗，各天窗之間保持一定的錯位時間供跨線旅客列車通過，兼顧了矩形天窗綜合維修作業的安全性及V形天窗的方便列車運行。同時能滿足天窗時段內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置

4.1 設置原則

(1)天窗時間4 h。

(2)天窗內雙方向封閉作業。

(3)在夜間開設分段矩形天窗，上下行線路每天均可以實施維修作業。

(4)根據低等級列車運行線合理設置天窗位置，便于組織低等級列車以不同形式利用空隙帶運行，滿足一定數量的夕發朝至和跨線列車開行需要，同時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朝至列車的大站始發終到時刻。

(6)首先鋪畫長途高速列車，建立高速鐵路運行圖的基本骨架，之后鋪畫長途跨線中速列車，兼顧中速列車“合法權益”，最后鋪畫短程高速列車和跨線中速列車，同時，對先鋪畫的長途中速列車進行適當調整。

根據對已運營的京滬、京廣等高速鐵路運營情況的調研，我國高速鐵路現狀開行動車組以3～6對連發為主，密集時段達到7～10對連發。

4.2 蘭新高速鐵路分段矩形天窗設置

蘭新高速鐵路跨線旅客列車速度為動車200 km/h、普速列車160 km/h。高、中速列車共線混跑的運輸組織模式和客流構成特點使得旅客列車開行方案復雜化。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行高速列車，相鄰線間的交流旅客開行中速列車，同時還有部分本線和跨線旅客愿意選擇夕發朝至列車。本線運行距離最長的區段為蘭州西—烏魯木齊新客站的列車，全程運行距離為1 785.4 km，采用動車組運行時間全程為9～10 h，在白天運營時間內可以自由往返。而跨線及本線中速列車最高速度僅160 km/h，相對較慢，運行約需12.9 h，可開行夕發朝至列車。

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

以蘭新高速鐵路設計資料為基礎，200 km/h動車組采用3 min追蹤間隔、160 km/h普速客車采用5 min追蹤間隔進行鋪畫，結果如圖3所示。

由圖3可知，遠期利用天窗空閑時間段5：00～0：00，按照動車組4～6對追蹤(參考路網其他干線開行客車特征)，可鋪畫131對動車組及20對普速客車，其中包括50對長途、41對中長途及40對短途動車組列車，5對長途普速客車、3對中長途普速客車及12對短途普速客車。利用天窗時間段的空隙0：40～1：50可鋪畫7對夕發朝至普速客車。合計鋪畫旅客列車對數158對/d(含動車131對/d)，遠期運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行圖

根據運行圖全圖指標顯示，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0.86。可見，動車組的運行質量得到充分保證，同時也兼顧了夕發朝至普速列車的開行要求。

5 蘭新高速鐵路設置分段矩形天窗對運輸組織影響分析[1]

5.1 對跨線旅客列車終到時刻的影響

蘭新高速鐵路設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，通過各區段天窗組合的合理設置，保證跨線列車尤其是跨線夕發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。同時蘭新高速鐵路設置分段矩形天窗，也能保證天窗后一定數量的跨線夕發朝至旅客列車在西寧站和哈密站的終到時間也分別在8：00～10：00及6：00～8：00之間，從而為旅客提供好的出行條件。下行跨線夕發朝至旅客列車于21：30～22：30通過蘭州西站，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；上行跨線夕發朝至旅客列車于19：50～22：00通過烏魯木齊新客站，于10：00～11：30在蘭州西站終到。充分滿足天窗時段內跨線旅客列車的行車要求。

5.2 對通過能力的影響

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

5.3 對列車運行調整的影響

蘭新高速鐵路各區段天窗的錯位時間都有限，分段矩形天窗使蘭新高速鐵路天窗時段的列車運行調整具有較強的剛性。如果要使跨線旅客列車能在天窗錯位時段通過，就要求旅客列車準點通過烏魯木齊站和蘭州西站，否則將影響其他旅客列車的運行。

6 結論

蘭新高速鐵路在0：00～6：00按客流區段設置4 h分段矩形天窗可以保證綜合維修作業和行車的安全，為跨線旅客列車尤其是跨線夕發朝至旅客列車的開行提供了天窗時段的行車條件，為蘭新高速鐵路沿線大站的列車終到及發出提供了有利的時間段，同時在滿足列車行車要求的基礎上增加了線路的通過能力。但是分段矩形天窗使蘭新高速鐵路天窗時段列車運行具有一定剛性[1]，對調度指揮和運行調整要求較高。

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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

中鐵第一勘察設計院集團有限公司科研開發計劃項目(院科12-23)

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

1004-2954(2016)12-0036-05

U238; U216

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.12.009