兰新高速铁路综合维修天窗设置方式研究

方 华

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)



兰新高速铁路综合维修天窗设置方式研究

方 华

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

在分析兰新高速铁路的线路、运输组织、车站、接触网、综合维修、供电制式等方面特点的基础上，研究兰新高速铁路综合维修天窗的时间需求，重点确定兰新高速铁路天窗开设方式，建议采用分段矩形天窗。并通过铺画列车运行图，分析兰新高速铁路开设分段矩形天窗对跨线旅客列车终到时间、通过能力、运行调整等方面的影响。按客流区段设置分段矩形天窗可以保证综合维修作业和行车的安全。

兰新高速铁路；铁路运输；运行时段；维修天窗；设置方式

高速铁路成网后，天窗的设置方式、时间安排与线路通过能力、列车开行方案等将成为一个系统性问题。天窗设置方式对线路通过能力的影响很大，特别是对运输距离较长的线路，天窗设置方式对通过能力的影响极具研究价值，以兰新高速铁路设计资料为基础，参考其他客运专线天窗相关研究成果，研究兰新高速铁路天窗设置方式，并对运输组织的影响进行研究分析。

1 兰新高速铁路概况

1.1 线路概况

兰新高速铁路位于甘肃省、青海省、新疆维吾尔自治区三省区，线路建筑长度1 785 km。

1.2 主要技术标准

根据兰新高速铁路初步设计批复的项目主要技术标准如下。

铁路等级：Ⅰ级

正线数目：双线

最小曲线半径：5 500 m

最大坡度：20‰

到发线有效长度：650 m

牵引种类：电力

列车运行控制方式：自动控制

行车指挥方式：综合调度

1.3 行车量及开行方案1.3.1 行车量汇总

兰新高速铁路旅客列车行车量情况如表1所示。其中动车为200 km/h高速列车，普速为160 km/h中速列车。

表1 兰新高速铁路各区段行车量 对/d

1.3.2 列车开行方案

兰新高速铁路旅客列车开行方案如表2所示。

表2 旅客列车开行方案

1.4 车站分布

兰新高速铁路兰州西—乌鲁木齐新客站全线共设车站40处，其中客运站5处，分别为兰州西、西宁、哈密、乌鲁木齐、乌鲁木齐新客站，中间站19处、越行站9处。平均站间距离45.78 km，最大站间距离69.58 km，最小站间距离9.13 km。兰新高速铁路车站分布情况见表3。

表3 兰新高速铁路车站性质

续表3

1.5 固定设备维修单位设置

兰新高速铁路全线共设置兰州西、西宁站、张掖南站、嘉峪关南站、柳园南站、哈密站、鄯善北站、乌鲁木齐新客站8个综合维修车间，以及25个综合维修工区和13个综合保养点。综合维修车间的平均管辖范围为243.8 km。

1.6 供电制式情况

兰新高速铁路供电制式采用自耦变压器供电方式(AT方式)。

1.7 接触网情况

兰新高速铁路全线共设置27个变电所、26个分区所，每2个变电所之间有1个分区所，两端各有1个变电所，变电所平均供电长度26.8 km。

2 兰新高速铁路综合维修天窗的时间需求

2.1 工务维修作业时间需求

工务日常保修和临时补修主要是进行一些例行检修和紧急情况的处理。

2.1.1 轨道打磨时间需求[5]

假定打磨列车采用铣磨列车进行计算，工作效率取1.25 km/h，运行速度75 km/h。整条线路上打磨列车管辖范围最长为344.074 km(清水北至柳沟南)，作业延长公里为688.15 km，区间停留点平均间隔为72 km，最大间隔为88.9 km(烟墩东至哈密)。计算得轨道打磨时间应该大于130min。

2.1.2 板式轨道及咽喉道岔调整的作业的时间需求

根据现场经验，板式轨道调整一次有效作业时间约需要55 min。工务维修人员在天窗时间内从间隔3～4 km的T型口上下道，作业点位于两T型口中央时往返走行需要将近50 min。一次板式轨道调整需要的最长时间约为105 min。调研过程中一个道岔的平顺高低调整在3h 内基本完成。

2.2 接触网维修时间需求

兰新高速铁路一个综合工区平均管辖72 km线路，作业延长公里为144 km。接触网支柱平均间隔为50 m，计算取整可得绝缘子清扫需要至少140 min的时间，当作业地点位于两T型口中央有效作业时间仍然有75 min，每个作业小组仍可以清扫4个接触网支柱上的绝缘子。因此接触网维修作业需要140 min的天窗时间。

2.3 电务维修作业时间需求

兰新高速铁路采用较既有线和京津城际更为先进的技术和设备，其系统的某些性能以及检修参数尚待运营验证，但可以肯定的是，兰新高速铁路信号设备的可靠程度较既有线更高，同时设备的检修手段也应有较大提高和改善，其检修时间小于工务维修时间，不会成为综合天窗设置的限制因素。

2.4 兰新二线综合维修天窗时间确定[2]

根据以上对主要专业作业时间要求的分析，3 h之内可完成基本维修作业，再考虑1 h确认车的时间要求，确定兰新二线综合维修天窗时间长度为4 h。

3 兰新高速铁路天窗设置方案

3.1 V形天窗

采用V形天窗，天窗时间4 h，列车追踪间隔5 min，铺画满能力图。

在铺画普速列车25对的情况下，满能力可铺画52对动车，普速列车旅行速度102.92 km/h，动车旅行速度186.17 km/h；铺画普速列车15对的情况下，满能力可铺画65对动车，普速列车旅行速度104.40 km/h，动车旅行速度187.36 km/h。

本线若采用V形天窗，区间通过能力有较大富余，按设计年度行车量运行图调整余地较大，全日开行时点较为自由，动车和普速两种旅客列车的旅行速度均较高，运输质量高。缺点是，一线维修一线行车，维修人员的安全保障有一定风险，行车的一线列车需限速开行。

3.2 矩形天窗

3.2.1 方案Ⅰ：“矩形天窗”设计开行方案，近期追踪间隔5 min

采用矩形天窗，天窗时间安排在2：00～6：00共4 h，列车追踪间隔5 min，可铺画长途跨线列车动车27对、普速9对。动车组旅行速度186.75 km/h，普速列车旅行速度119.08 km/h。

存在的问题如下。

(1)长途跨线车可开行时段短：以本线东端兰州西站的列车始发点为例，动车组可开行时段为6：00～16：00，共10 h，普速为6：00～11：00，共5 h，难以兼顾列车的到达点和衔接线的天窗时段的要求。

(2)区段客车可开行时段受限制：大部分区段客车只能利用天窗的三角区开行，可开行时段受限制较大，不能满足全日较为均衡到发的要求，服务频率较低。

3.2.2 方案Ⅱ：“顺列式分段矩形天窗”设计开行方案，近期追踪间隔5 min

采用顺列式分段矩形天窗，沿一侧分段顺延设置矩形天窗，具体形式见图1[3]；

图1 “顺列式分段矩形天窗”示意

天窗时间分段安排在兰州—张掖南20：30～0：30、张掖南—红柳河南2：00～6：00、红柳河南—乌鲁木齐新客站7：30～11：30，均为4 h；

列车追踪间隔5 min。

存在的问题：

反向能力不满足需求，方案不可行；因为天窗时段双方向封闭行车，反方向列车开行受到很大的不利影响，长途跨线列车只能利用分段天窗之间的间隙开行，可开行的时段约2个1 h，动车可铺画8对，普速按密集发车可铺画9对，不能满足能力需要。

3.2.3 方案Ⅲ：“错列式分段矩形天窗”设计开行方案，近期追踪间隔5 min

为消除方案Ⅱ对天窗设置反方向列车的不利影响，采用两端小天窗错列对称设置分段矩形天窗的形式，见图2。将全日列车开行分为多个时段，利用时段间的空隙设置中间的大矩形天窗，利用时间宽度较短的行车带设置两端的小矩形天窗[1]。

存在的问题：

(1)长途跨线车可开行时段短；

(2)区段客车可开行时段受限制；

(3)天窗设置距离短；

(4)天窗时段列车运行的灵活性低。

图2 “错列式分段矩形天窗”设计示意

3.3 推荐方案

分段矩形天窗以客流区段为单元分区段设置矩形天窗，各天窗之间保持一定的错位时间供跨线旅客列车通过，兼顾了矩形天窗综合维修作业的安全性及V形天窗的方便列车运行。同时能满足天窗时段内跨线旅客列车的行车要求，兰新高速铁路宜采用分段矩形天窗。

4 兰新高速铁路分段矩形天窗设置

4.1 设置原则

(1)天窗时间4 h。

(2)天窗内双方向封闭作业。

(3)在夜间开设分段矩形天窗，上下行线路每天均可以实施维修作业。

(4)根据低等级列车运行线合理设置天窗位置，便于组织低等级列车以不同形式利用空隙带运行，满足一定数量的夕发朝至和跨线列车开行需要，同时满足双方向列车通行需求。

(5)合理安排高速列车和跨线夕发朝至列车的大站始发终到时刻。

(6)首先铺画长途高速列车，建立高速铁路运行图的基本骨架，之后铺画长途跨线中速列车，兼顾中速列车“合法权益”，最后铺画短程高速列车和跨线中速列车，同时，对先铺画的长途中速列车进行适当调整。

根据对已运营的京沪、京广等高速铁路运营情况的调研，我国高速铁路现状开行动车组以3～6对连发为主，密集时段达到7～10对连发。

4.2 兰新高速铁路分段矩形天窗设置

兰新高速铁路跨线旅客列车速度为动车200 km/h、普速列车160 km/h。高、中速列车共线混跑的运输组织模式和客流构成特点使得旅客列车开行方案复杂化。各大城市间的交流旅客及部分必须和自愿换乘高速列车的跨线旅客组织开行高速列车，相邻线间的交流旅客开行中速列车，同时还有部分本线和跨线旅客愿意选择夕发朝至列车。本线运行距离最长的区段为兰州西—乌鲁木齐新客站的列车，全程运行距离为1 785.4 km，采用动车组运行时间全程为9～10 h，在白天运营时间内可以自由往返。而跨线及本线中速列车最高速度仅160 km/h，相对较慢，运行约需12.9 h，可开行夕发朝至列车。

根据设置原则要求，结合兰新高速铁路的客流特点及兰州西、西宁站、哈密站、乌鲁木齐站和乌鲁木齐新客站夕发朝至列车的终到要求，兰新高速铁路将运行区段设置分段矩形天窗共分为6段，其组合为：兰州西—大通设置区段天窗时间为0：40～4：40，大通—张掖南区段天窗时间为1：57～5：57，张掖南—嘉峪关南区段天窗时间为21：05～1：05，嘉峪关南—盐泉北区段天窗开设时间为20：40～0：40，盐泉北—鄯善北区段天窗时间为2：00～6：00，鄯善北—乌鲁木齐新客站区段天窗时间为0：40～4：40。跨线夕发朝至旅客列车可以利用分段天窗之间的错位时间在兰新高速铁路上运行，下行跨线夕发朝至旅客列车通过兰州西站的时间带为21：30～22：30，上行跨线夕发朝至旅客列车通过乌鲁木齐新客站的时间带为19：50～22：00，上下行均空有60～80 min的跨线夕发朝至旅客列车行车带。

以兰新高速铁路设计资料为基础，200 km/h动车组采用3 min追踪间隔、160 km/h普速客车采用5 min追踪间隔进行铺画，结果如图3所示。

由图3可知，远期利用天窗空闲时间段5：00～0：00，按照动车组4～6对追踪(参考路网其他干线开行客车特征)，可铺画131对动车组及20对普速客车，其中包括50对长途、41对中长途及40对短途动车组列车，5对长途普速客车、3对中长途普速客车及12对短途普速客车。利用天窗时间段的空隙0：40～1：50可铺画7对夕发朝至普速客车。合计铺画旅客列车对数158对/d(含动车131对/d)，远期运输能力可以满足需要。

图3 兰新高铁兰州西至乌鲁木齐新客站间旅客列车运行图

根据运行图全图指标显示，200 km/h高速列车旅行速度为168～193 km/h，平均旅速为191.77 km/h，旅速系数0.96；160 km/h普速列车旅行速度为80～137 km/h，平均旅速为106.5 km/h，最高旅速系数0.86。可见，动车组的运行质量得到充分保证，同时也兼顾了夕发朝至普速列车的开行要求。

5 兰新高速铁路设置分段矩形天窗对运输组织影响分析[1]

5.1 对跨线旅客列车终到时刻的影响

兰新高速铁路设置分段矩形天窗可以有效解决跨线旅客列车夜间行车需求，通过各区段天窗组合的合理设置，保证跨线列车尤其是跨线夕发朝至列车在兰州西站和乌鲁木齐新客站站于10：00～12：00之间终到。同时兰新高速铁路设置分段矩形天窗，也能保证天窗后一定数量的跨线夕发朝至旅客列车在西宁站和哈密站的终到时间也分别在8：00～10：00及6：00～8：00之间，从而为旅客提供好的出行条件。下行跨线夕发朝至旅客列车于21：30～22：30通过兰州西站，于22：30～12：00在乌鲁木齐站终到或于8：20～9：40在兰州西站终到；上行跨线夕发朝至旅客列车于19：50～22：00通过乌鲁木齐新客站，于10：00～11：30在兰州西站终到。充分满足天窗时段内跨线旅客列车的行车要求。

5.2 对通过能力的影响

兰新高速铁路设置分段矩形天窗，在0：00～2：00之间上下行均有60～80 min的时间带供跨线旅客列车运行，如果按5 min的列车追踪间隔时间，在这个时间带通过的跨线旅客列车为12～16对，能够满足兰新高速铁路夜间天窗时段跨线列车尤其是跨线夕发朝至旅客列车的行车需求。

5.3 对列车运行调整的影响

兰新高速铁路各区段天窗的错位时间都有限，分段矩形天窗使兰新高速铁路天窗时段的列车运行调整具有较强的刚性。如果要使跨线旅客列车能在天窗错位时段通过，就要求旅客列车准点通过乌鲁木齐站和兰州西站，否则将影响其他旅客列车的运行。

6 结论

兰新高速铁路在0：00～6：00按客流区段设置4 h分段矩形天窗可以保证综合维修作业和行车的安全，为跨线旅客列车尤其是跨线夕发朝至旅客列车的开行提供了天窗时段的行车条件，为兰新高速铁路沿线大站的列车终到及发出提供了有利的时间段，同时在满足列车行车要求的基础上增加了线路的通过能力。但是分段矩形天窗使兰新高速铁路天窗时段列车运行具有一定刚性[1]，对调度指挥和运行调整要求较高。

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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

中铁第一勘察设计院集团有限公司科研开发计划项目(院科12-23)

方 华(1987—)，女，工程师，2011年毕业于西南交通大学交通运输规划与管理专业，工学硕士，E-mail：522253655@qq.com。

1004-2954(2016)12-0036-05

U238; U216

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.12.009