（交通运输工程专业论文）牡丹江～绥芬河区段通过能力及扩能改造方案研究.pdf

j b 塞銮亟塞堂童些亟堂焦j 金塞 生塞撞墓 中文摘要 随着中俄贸易的飞速发展，绥芬河口岸站进出口运量也随之迅猛增加，使滨 绥线货流密度大幅度增加。而目前滨绥线牡丹江绥芬河区段牵引定数低，线路 的通过能力较小，已不能满足绥芬河口岸进出口运量及鸡西矿务局煤炭外运量的 发展需要；同时，该线建设年代久远，基础设施较差，在哈大线电气化工程建成 运营后，其技术条件明显与啥大线不相适应，影响直通列车的开行与列车等级； 东宁地方铁路建成后，将为本段增加一定的运输压力，届时滨绥铁路牡丹江绥 芬河段将远远不能满足运输发展的需要，牡丹江绥芬河段线路必须进行扩能改 造。滨绥铁路牡丹江绥芬河段进行扩能改造，对保障中俄贸易大通道的畅通， 确保绥芬河口岸站扩能改造效益的充分发挥，促进沿线地方经济发展和加强与国 际间的交往，扩大对外贸易都具有重要意义。 本文针对滨绥铁路牡丹江绥芬河段扩能改造问题进行研究，根据通过能力 相关计算探讨铁路区段通过能力的影响因素，然后分析既有线牡丹江绥芬河区 段相关情况，根据该相关情况提出牡丹江绥芬河区段扩能改造方案，最后得出 本研究的结论。 关键词；通过能力；影响因素；能力加强；扩能改造 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs i n o r u s s i at r a d e ，t h ea m o u n to fi m p o r t sa n de x p o r t s f o r t r a n s p o r t a t i o ni ns u i f e a h ep o r ta r ed i s t i n c t l yi n c r e a s i n g , w h i c hm a k e s t h ed e n s i t yo f f r e i g h t si n c r e a s i n g t h el o wl o c o m o t i v et o n n a g er a t i n ga n ds m a l lc a r r y i n gc a p a c i t y b e t w e e nm u d a n j i a n ga n ds u i f e n h eh a sn o ts a t i s f i e dt h ed e m a n d sf o ri m p o r t sa n d e x p o r t st ot r a n s p o r t a t i o ni ns u i f e n h ep o r ta n dc o a lm i n ee x p o r t sf o rt h ed e p a r t m e n to f m i n ei nj i x i s i m u l t a n e o u s l y , t h i sl i n eh a sb e e ns e tu pf o ral o n gt i m e , a n dt h e i n f r a s t r u c t u r eo ft h el i n ei sp o o r , a f t e rt h ef o u n d a t i o no fe l e c t r i z a t i o np r o j e c tb e t w e e n h a r b i na n dd a l i a n ，i tc o u l d n ta c c o m m o d a t et e c h n i c a lc o n d i t i o n so ft h el l n eb e t w e e n h a r b i na n dd a l i a n ，a n di ti n f l u e n c et h r o n g ht r a i n sa n dt h er a n ko ft r a i n s t h ef o u n d a t i o n o fl o c a lr a i l w a ya td o n g n i n gw o u l di n c r e a s et h ep r e s s u r eo ft r a n s p o r t a t i o n , a tt h a tt i m e ， t h el i n eb e t w e e nm u d a n j i a n ga n ds u i f e n h ec o u l d n t s a t i s f y t h en e e df o rt h e d e v e l o p m e n to ft r a n s p o r t a t i o n , s ot h el i n eb e t w e e nm u d a n j i a n ga n ds u i f e n h es h o u l db e i m p r o v e df o re x p a n d i n gi t sc a p a c i t y i ti si m p o r t a n tt og u a r a n t e ee x p e d i t ep a s s a g eo f s i n o r u s s i at r a d ea n df u l le x e r t i o no ft h eb e n e f i to ft h ei m p r o v e m e n tf o re x p a n d i n g c a p a c i t yi ns u i f e n h ep o r t ，t oa c c e l e r a t et h ed e v e l o p m e n to f l o c a le c o n o m ya l o n gt h el i n e a n d s t r e n g t h e m i n t e r n a t i o n a li n t e r c o u r s e sa n de n l a r g ee x t e r n a lt r a d e sf o rt h e i m p r o v e m e n tf o re x p a n d i n gc a p a c i t yo ft h el i n eb e t w e e nm u d a n j i a n ga n d s u f f e n h e i n t h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ei m p r o v e m e n tf o re x p a n d i n gc a p a c i t yo ft h el i n eb e t w e e n m u d a n j i a n ga n ds u i f e n h ei ss t u d i e d 。i n f l u e n c ef a c t o r st oc a r r y i n gc a p a c i t yo fr a i l w a y a r ed i s c u s s e da c c o r d i n gt ot h em o d a lo fc a r r y i n gc a p a c i t y s e v e r a lc o r r e l a t i v es i t u a t i o n s o ft h el i n eb e t w e e nm u d a n j i a n ga n ds u i f e n h ea r ea n a l y z e d , a n ds c h e m e sf o rt h e i m p r o v e m e n tf o re x p a n d i n gc a p a c i t yo ft h el i n eb e t w e e nm u d a n j i a n ga n ds u i f e n h ea r e p r o p o s e d a tl a s t ，t h ec o n c l u s i o ni se d u c e d k e y w o r d s ：c a r r y i n gc a p a c i t y ；i n f l u e n c ef a c t o r s ；c a p a c i t y e n h a n c e m e n t ； i m p r o v e m e n tf o re x p a n d i n gc a p a c i t y 致谢 本论文的工作是在我的导师何世伟教授的悉心指导下完成的，何世伟教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来 何世伟老师对我的关心和指导。 何世伟教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在撰写论文期间，刘欣等同学对我论文研究工作给予了热情帮助，在此向他 们表达我的感激之情。 另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1绪论 1 1问题的提出 绥芬河站地处中、俄、朝金三角的中心部位，是国际贸易大通道的重要组成 部分，属我国一类口岸城市，是我国铁路与俄罗斯接轨五大陆路口岸之一。牡丹 江绥芬河问铁路运输能力担负着口岸进口木材货物的输送任务，东端经绥芬河 口岸站与俄罗斯铁路接轨，主要承担完达山各林业局的木材，鸡西、七台河矿务 局的煤炭，林东线( 农垦) 的粮食，牡丹江地区的工业物资以及绥芬河口岸的进 出口贸易物资和沿线各地区旅客的运输任务，是东北地区东西向客货运输的重要 通道和中俄国际联运要道。随着中俄贸易的飞速发展，绥芬河口岸站进出口运量 也随之迅猛增加，2 0 0 0 年口岸进出口物资达2 5 9 万吨，2 0 0 1 年已达到3 8 3 万吨， 2 0 0 2 年5 0 0 万吨，2 0 0 3 年6 0 0 万吨，进出口运量的迅猛增长使滨绥线货流密度大 幅度增加，而目前滨绥线牡丹江下城子段为部分双线，下城子绥芬河段则为 单线，且其牵引定数低，线路的通过能力较小，已不能满足绥芬河口岸进出口运 量及鸡西矿务局煤炭外运量的发展需要；同时，该线建设年代久远，基础设施较 差，在哈大线电气化工程建成运营后，其技术条件明显与哈大线不相适应，影响 直通列车的开行与列车等级。此外，2 0 0 1 年牡丹江绥芬河段重车方向货流密度 已达6 0 4 万吨，加之开行的客车，能力利用率已达7 9 ，比较紧张。据预测，随着 中俄贸易的进一步发展，绥芬河口岸的进出口运量在2 0 0 8 年将达到1 2 0 0 万吨， 为此铁道部已在开展绥芬河口岸站的扩能改造工程，而近期东宁地方铁路的建成， 也将为本段增加一定的运输压力，届时滨绥铁路牡丹江绥芬河段将远远不能满 足运输发展的需要，必须进行扩能改造。滨绥铁路牡丹江绥芬河段进行扩能改 造，对保障中俄贸易大通道的畅通，确保绥芬河口岸站扩能改造效益的充分发挥， 促进沿线地方经济发展和加强与国际间的交往，扩大对外贸易都具有重要意义。 本线扩能改造后，将与哈大电气化铁路及规划中的哈大客运专线连成一体，不仅 有助于提高东北路网现代化水平，充分发挥铁路快速客运网络效应，对于加快中 俄贸易的发展，拓宽我国的进出口市场，推动黑龙江省“南联北开”战略的实施， 促进全国尤其是东北地区参与东北亚的经济贸易活动都具有重要意义。 本文针对滨绥铁路牡丹江绥芬河段扩能改造问题进行研究，根据通过能力 相关计算探讨铁路区段通过能力的影响因素，然后分析既有线牡丹江绥芬河区 段相关情况，根据相关情况提出牡丹江绥芬河区段扩能改造方案，最后得出本 研究的结论。 1 2 铁路通过能力研究现状分析 对于铁路通过能力的研究一直是铁路线路规划、改造及运输组织管理领域的 重点研究对象，有不少文献对铁路通过能力相关问题进行过分析及研究。 文献 1 通过大量实例计算，研究沪宁线列车追踪间隔时间由8 m i n 改为7 m i n 后对客车扣除系数和区段通过能力的影响，分析了客货列车速度、追踪间隔、旅 客列车对数等因素对通过能力的影响关系，得到了一系列结论。 文献 2 在对四显示双线自动闭塞区段区间通过能力计算问题深入研究的基 础上，提出了四显示行车时的追踪列车间隔时间计算公式和快速旅客列车扣除系 数的计算方法。算例分析结果表明，该计算公式与方法是有效与实用的。 文献 3 用数学方法分析和推导双线区段内各种因素对旅客列车扣除系数的 影响关系，给出旅客列车在多种不同场合下求扣除系数的数学模型和计算公式， 设计了求双线区段旅客列车扣除系数和区段通过能力的多项式算法，通过大量实 例计算，分析了客货列车速度、追踪列车间隔、旅客列车对数等各种因素对通过 能力影响的变化关系，得到了一系列有意义的结果。 文献 4 提出高速铁路区间通过能力是以开行高速列车的能力来计算的，当各 列车停站方案不同时，有停站的高速列车相对于无停站的高速列车会产生扣除， 在高、中速列车混跑模式下，由于高、中速列车存在速差，中速列车也将产生扣 除，因此，高速铁路区间通过能力的计算较为复杂，该文采用理论分析与图解相 结合的方式，计算高速铁路区间通过能力对有停站高速列车相对于无停站高速 列车的扣除系数和中速列车相对于有停站与无停站高速列车的扣除系数进行了理 论分析，并得出了三者的关系；利用计算机编制高速铁路列车运行图软件铺画满 表列车运行图，分别图解出有停站高速列车扣除系数及不同中速列车数量条件下 的中速列车相对于无停站高速列车和有停站高速列车的扣除系数，在此基础上， 计算高速铁路高、中速混跑条件下，不同中速列车数量时的区间通过能力，并分 析了区间通过能力随中速列车数量变化而变化的趋势。 文献 5 提出智能铁路系统属智能运输系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o n s y s t e m ) 有轨交通研究的范畴，是运输科学研究的前沿与热点。论文在吸收国内外 该领域研究成果的基础上，充分考虑到我国铁路运输组织模式的特点，对智能铁 路系统列车速度联控行车制理论及线路通过能力问题进行了较为系统深入的开创 性研究，研究成果对我国智能铁路系统的开发有重要的参考价值与现实意义。 文献 6 着重讨论了在成都东沙河堡区间未扩能前，根据沙河堡与成都东各 2 站的关系，结合列车径路关系进行满足列车运行图铺图的技术研究，提出了在成 都东站站内实现“负分折返”和虚拟交会的概念，以提高成都东沙河堡区间通 过能力。 文献 7 通过分析新形势下客运站咽喉能力的特殊性。剖析了以利用率法为代 表的传统咽喉能力计算的不适应性，提出咽喉能力可视化计算集成系统的设计思 想，给出了系统逻辑结构及算法集，并应用该系统对柳州、贵阳两客运站进行模 拟计算，表明该成果符合现场实际，并应用于客运站及所有车站咽喉能力的评价 检验。 文献 8 指出由于兰新复线、宝中线，特别是西康线的通车运营，使陇海线洛 阳东洛阳间的通过能力达到饱和，已无法满足客货运输发展的需要，为此提出 对洛阳枢纽有关设施进行扩能技术改造，以及修建洛阳北白马寺间联络线等扩 能措施。 文献 9 指出为了提供在铁路单线区段开行快速列车的理论依据，通过分析单 线提速区段开行快速列车对通过能力的影响，建立了单线区段快速列车扣除系数 的计算模型，提出了单线区段快速列车扣除系数随速度提高呈减小趋势的重要结 论；并通过单线区段快速列车会车和越行次数的关系分析，提出了快速列车开行 数量和开行速度对单线区段货物列车旅行速度影响的一般性结论。 文献 1 0 提出随着铁路运输全面走向市场，列车全面提速，开行种类更加丰 富多样，开行时间、作业方式等变动更加频繁，这使得车站咽喉作业能力的动态 复杂性更加突出。同时，为满足既有铁路扩能、提速改造的需要，对车站咽喉作 业能力的评价，设计应有准确的把握和先进的操作手段。论文运用图论和网络优 化技术对车站咽喉布置，咽喉及车站作业过程进行抽象建模，建立车站咽喉作业 占用安排网络优化和咽喉作业能力复合递阶决策模型，以及模型实现的计算机算 法，并对作业实况的模拟计算结果进行了理论验证。 文献 1 1 研究高速铁路高、中速列车混跑模式下，利用区间渡线和反向线路 组织不同速度等级列车待避或越行对线路通过能力的影响，定量分析了三种不同 越行方式对高速铁路本线通过能力和反向线路通过能力的影响程度，得出了增设 区间渡线组织列车越行对高速铁路通过能力的影响程度随高速铁路站间距离、中 高速列车速差、列车最小追踪间隔、列车越行方式以及运行图结构不同而变化的 规律；当双向行车量不均衡，某一方向行车量较大时，在长度接近或超过6 0 k m 的 区间设置渡线，利用渡线和反向线路组织列车区间越行，可提高行车量较大方向 的区间通过能力，当双向行车量较大且较均衡时，为避免降低反向线路的通过能 力，一般不宣组织这种越行当中速列车利用区间渡线和反向线路列车待避高速 列车时，使增设越行点所产生的中速列车额外扣除时间降至零的最小区间距离， 3 j e 鏖銮通太堂童些亟堂僮论塞缝i 金 以及有关铺图结构、计算方法等，同样适用于高速铁路越行站的合理分布的研究 和距离的确定。 文献 1 2 通过对近两年大秦线运量增长和湖东站现有设备及能力进行分析， 针对今后大秦线运量增长的需求，提出对限制湖东站通过能力的现有设备进行改 造的设想，以提高湖东站通过能力，满足大秦线高运量的需求。 文献 1 3 锦承线现有通过能力已经不适应运量增长的需要。经对锦承线锦 州平泉间现有能力与需要能力的分析，结合铁路提速改造和总体规划情况，提 出了采取降坡、增设会让站和保留双机牵引等具体措施，提高锦承线通过能力的 建议。 文献 1 4 结合重庆西站的实际情况，对铁路技术站通过能力查定数据处理系 统的开发，提出了系统设计原则，分析了系统功能，确定了系统数据流程。在成 都铁路局有关部门的大力协助下，进行了通过能力信息自动采集的试验，取得了 预期的效果。 文献 1 5 利用技术作业图表，采用归纳的方法，分析了v 型“天窗”对双线 自动闭塞电气化铁路车站的到发线通过能力的影响，得出扣除时间的计算公式以 及扣除时间在用利用率法计算车站通过能力时的处理办法。 文献 1 6 指出铁路通过能力是反映铁路线路固定设施、设备技术水平的一个 重要指标，但在战时( 突发事件) ，由于敌人对铁路运输设施的反复打击与破坏， 平时标定的铁路通过能力已不能完全反映铁路线路的技术水平，呈现出一种不断 变化的状态。为此，分析战时不同状态下铁路通过能力状况，在引入了折算列车 中断时间的基础上，提出弹性通过能力这一概念，并对铁路弹性通过能力进行分 析。 文献 1 7 分析以客运为主单线铁路特点，指出在以客运为主的单线铁路，用 现行以货运为主的计算方法计算这样的单线的通过能力是不合适的。引入虚拟限 制区问的概念，即根据旅客列车旅速要求和其他参数取值计算出的个距离值， 探讨采用虚拟限制区间的方法计算旅客列车通过能力，货物列车占用的能力以扣 除系数的形式表示。并结合具体线路检算不同旅行速度条件下的通过能力，结果 表明，不同的旅速对通过能力有很大的影响，货物列车扣除系数也随着旅速的提 高而显著降低。 文献 1 8 通过对列车运行图结构分析，在确定旅客列车会车区和越行停留时 间基础上，分别对不同等级反向列车产生的会车次数进行深入研究；运用列车组 和价格结构理论，对不同等级反向列车与不同正向列车组组合的情况下，对能力 的影响进行分析。建立反向列车对正向线路通过能力和列车旅行速度影响的致学 模型，分析其影响规律，认为铁路双线区段组织反向行车对线路通过能力和列车 4 j 塞蛮通太堂童些亟堂僮硷塞绪逾 旅行速度都会产生一定的负面影响，并随列车开行数量和区间运行时间等影响因 素的增加而增大。 文献 1 9 采用图的形式表示技术站的咽喉区，通过在图上寻找最短径路来确 定进路的合理排列。根据咽喉区作业进路的分类，经过推导得出通过能力计算中 直接妨碍道岔组的确定方法，并据此进行程序处理，实现技术站能力查定中进路 占用道岔和直接妨碍道岔的自动确定。 文献 2 0 3 针对目前张家界站到发线运用紧张，导致部分列车接不进，在相邻 两端中间站等线的实际情况，通过对该站站场布置特点分析及到发线通过能力的 探讨，从加速中转车流周转等方面入手，使到发线能力紧张局面得以缓解，从而 确保了运输畅通。 文献 2 1 论述了南昆铁路南宁南威舍间经过多次扩能改造，区间通过能力 有了较大的提高，但由于该线运量逐年迅猛增长，运量与运能之间的矛盾依然很 突出。为此，从增加区间行车密度、提高机车牵引定数、提高列车运行速度等方 面，探讨了进一步提高该区间通过能力的可行性。 文献 2 2 济南站位于京沪、胶济两大干线的交汇处，目前由于通过能力日趋 紧张，已成为济南枢纽的“瓶颈”。为缓解通过能力紧张状况，建议尽快修建济 南站外包货运专线，以缓解济南站中、东咽喉区压力。 文献 2 3 指出状态修的优越性，并量化分析和估算周期修造成的运能损失， 展望柳州铁路局电务设备状态修的前景。 文献 2 4 在分析列车运行图结构的基础上，探讨了垂直天窗前、后影响时段 内货物列车的铺画方案，建立了垂直天窗对线路通过能力影响的数学模型。对数 学模型的分析表明，线路通过能力扣除与天窗时间成正比，与货物列车运行间隔 时间成反比。 文献e 2 5 指出传统的通过能力计算方法扣除系数法已不适应我国客运专 线通过能力的计算，本文深入研究了客运专线运输组织的特点，详细分析了客运 专线对通过能力计算的特殊要求，在此基础上建立了采用平均最小列车间隔法来 计算客运专线通过能力的数学模型，并结合武广客运专线实际情况对该方法的实 用性进行了验证，结果表明该方法较传统的扣除系数法更能适应客运专线运输组 织的特点。 文献e 2 6 指出铁路运输是国民经济的大动脉，随着国民经济发展，为满足人 民生活需要，铁路开行朝发夕至或夕发朝至列车，因此要更加合理的计算区间通 过能力，要根据不同时间，采用不同的计算方法，才能更好的组织行车，最大限 度的发挥铁路区段通过能力。 文献 2 7 指出我国铁路经过5 次列车提速，在既有双线的列车提速的潜力空 5 j 塞变通太堂童业亟堂位j 金窑 绪j 金 间已十分有限。考虑到我国还有相当部分单线铁路区段，因此有必要对单线区段 列车提速对通过能力的影响进行分析。通过对京承线有关单线区段的实例计算， 从货物列车提速、旅客列车提速、客货列车同时提速3 个方面对通过能力的影响 进行了分析。 文献 2 8 3 研究高速客运专线越行站分布对通过能力的影响。引入“时距”概 念，建立共线运行条件下的越行模型，得到高速铁路通过能力与有关因素之间的 函数关系，并用来分析越行站分布对通过能力的影响。通过实例计算分析可知， 在中速列车较多、能力相对紧张的越行段，组织一站式越行，可以保证必要的通 过能力；而在能力相对宽裕的越行段，组织两站式越行、三站式越行，可以提高 中速列车的旅行速度。这样可以最大限度地缓解高速铁路通过能力与中速列车旅 行速度之间的矛盾。 文献 2 9 结合铁路跨越式发展形势下运输组织变化韵要求，提出新的铁路区 间通过能力计算方法直接计算法，从而对沿用几十年至今的扣除系数法进行 了根本性的变革。在论述直接计算法基本概念的基础上，从运行图横向结构和纵 向结构两个方面，对直接计算法及其与扣除系数法的区别进行了分析说明。 文献 3 0 通过分析南昆线南宁南威舍段通过能力现状及影响提高线路通过 能力的主要因素，提出修建双线，增建股道，提高中间站的储运能力，关闭货物 量小的车站的货运业务，提高牵引供电能力，调整乘务方式等扩能建议，以解决 该线运能与运量的矛盾。 文献 3 1 介绍了一种新的区间通过能力计算辅助系统的总体结构和各模块的 功能，阐述了以一种新的铁路线路区间通过能力计算方法为基础，利用d e l p h i 7 0 进行开发的一些关键技术，这种新的区间通过能力计算辅助系统更符合铁路运输 的需要，更具有实用性和科学性。 文献 3 2 根据城际客运专线开行大站停和站站停列车特点，确定城际客运专 线通过能力是在给定大站停列车数量上放行站站停列车能力来计算的。由于各类 列车存在速差，以及停站越行方案不同都会产生站站停列车扣除大站停列车，为 此引入各类列车及列车组扣除系数计算城际客运专线通过能力，为保证扣除系数 准确性对各类列车的分布作概率分析。最后得出了计算城际客运专线通过能力的 算法和公式，并给出算例说明和辅以计算机编图验证及其结论。 文献 3 3 电气化铁路供电设备检修通常开设矩形或v 形天窗，分析这两种天 窗形式对线路通过能力的影响，为减少维修对通过能力的影响，提出在双线自动 闭塞电气化区段，当供电臂长度较短，站间距离相对较大时，宜采用v 型天窗； 当站间运行时分较小，且与追踪间隔时分相当时，可采用矩形天窗。 文献 3 4 指出我国电气化铁路区段通过能力主要受到追踪间隔时间、区间运 6 j 塞奎煎盔堂童些亟堂位硷塞 鸶i 金 行时分、天窗、速度等级列车等因素的制约和影响。提高电气化铁路区段通过能 力要通过采用国内外先进技术装备，强化设备质量；双线区段采用上下行分线供 电方式，避免天窗对开行方案的影响；合理安排双线电气化区段的区间布点等。 文献c 3 5 从铁路区间通过能力绘图系统的需求和设计目标入手，对绘图系统 的结构和功能进行分析，介绍了系统设计和开发过程中的关键技术及方案。 文献 3 6 提出我国铁路通过能力和输送能力的计算方法是铁道部在1 9 9 5 年确 定的。随着铁路的迅猛发展，铁路的设备条件、运输组织方式等均发生了重大的 变化，在能力计算上出现了诸如扣除系统取值偏离实际较大，满轴系数和载重系 数选取不够科学等问题。为准确测算线路的通过能力。要加强扣除系数的研究， 建立适应实际情况的扣除系数体系标准；合理选取满轴系数和载重系数，统一区 段的划分，提高平行运行图的利用能力。 这些文献从不同角度对铁路通过能力计算与改造问题进行了探讨，这些工作 对本论文研究有积极的借鉴意义和参考价值，但如何结合滨绥铁路牡丹江绥芬 河段实际，提出有价值的改进对策，研究还有待进一步深化。 1 3 论文结构与研究思路 i 、论文结构 本论文主要研究滨绥铁路牡丹江绥芬河段扩能改造问题。论文共分为5 章： 第1 章，绪论。主要阐述论文选题的背景，以及铁路通过能力研究领域所取 得的成就。 第2 章，铁路通过能力的计算及其影响因素分析。主要分柝了基于扣除系数 的能力计算方法，并分析有关影响因素。 第3 章，既有线牡丹江一绥芬河区段相关情况分析。根据牡丹江绥芬河区 段基本情况，分析既有线牡丹江绥芬河区段通过能力，并将该通过能力与预测 年度客货运量进行对比分析，找到供需之间的矛盾。 第4 章，牡丹江绥芬河区段扩能改造方案研究。结合牡丹江绥芬河区段 具体情况，根据通过能力计算以及相关影响因素提出扩能改造方案。 第5 章，结论及展望。总结全文，并傲出下一步研究的展望。 2 、研究思路 本论文研究思路如图1 - 1 所示： 7 j e 塞銮煎盔堂童些亟堂垃监塞缝逾 图i - i 论文研究思路 f i g 1 1t h cr e s e a r c hi d e ao f l h ed i s s e r t a t i o n 8 2 铁路通过能力的计算及其影响因素分析 2 1概述 运输能力是铁路生存和发展的基石，为了实现运输生产过程，铁路必须具备 一定的运输能力。铁路运输能力一般采用通过能力和输送能力两个概念，本文主 要讨论牡丹江绥芬河区段的通过能力。 在铁路运输中，采用平行运行图可以达到最大的通过能力，但是这种运行图 只在能力特别紧张的特殊情况下使用，在大部分通常情况下，铁路上采用的是非 平行运行图。非平行运行图的通过能力，是指在旅客列车数量及其铺画位置既定 的条件下，该区段一昼夜内能通过的货物列车和旅客列车对数或列数啪3 。目前， 通过能力计算方法主要有两种：图解法和分析法( 又叫扣除系数法) 。图解法是 通过具体铺画区段内客货列车运行图的形式确定其通过能力，此方法精确但较繁 琐；而在开行较多旅客列车的区段，可采用分析法近似地计算区段的通过能力。 所用的分析法一般以旅客列车为主，先确定平行运行图的通过能力，然后根据开 行的旅客列车对货物列车的影响，扣除由于受这种影响而不能开行的货物列车数， 以及因开行摘挂列车而减少开行的货物列车数，即可求得非平行运行运行图的通 过能力。通过对通过能力计算的分析，可得到影响通过能力的相关因素。 2 2 通过能力计算 对于平行运行图来说，其通过能力计算公式如下： n 。! 竺二圣堕 ( 2 1 ) 式中：n 平行运行图通过能力( 列数或对数) ； 磊宙各种固定设备维修或施工占用的天窗时间，m i n ； 磊运行图周期，m i n 。 对于非平行运行图来说，其通过能力指在规定的旅客列车数量的基础上，一 昼夜所能通过的货物列车和旅客列车对数或列数之和卅。即： n靠in置+诈葛(2-2) 其中， k 非平行运行图通过能力( 对数或列数) ； 9 韭塞童适盔堂童些亟堂丝逾塞毯睦遒过能左笪迁簋丞基星喧固蠢筮短 。非平行运行图货物列车通过能力( 对数或列数) ； n 。旅客列车数量( 对数或列数) 。 对于非平行运行图，采用分析法计算，可近似使用下式计算通过能力”： j 1 一客l 客一( 快童一1 ) 拜快货一( _ 挂一1 ) 携捕挂 ( 2 3 ) 式中：1 。在运行图上铺画的旅客列车对数或列数； 量在运行图上铺画的快运货物列车对数或列数； 行- 挂在运行图上铺画的摘挂列车对数或列数； e 。旅客列车扣除系数； 接啬快运货物列车扣除系数； 8 - 挂摘挂列车扣除系数。 由式( 2 3 ) 可知在分析铁路通过能力时，必须考虑扣除系数。所谓扣除系数， 是指因铺画一对或一列旅客列车、快速货物列车或摘挂列车，须从平行运行图中 扣除的货物列车对数或列数汹。 研究表明，在运行图上铺画不同速度的列车，由此形成的列车扣除时间由两 部分组成：列车本身占用区间的时间以及由于相邻两列列车之间的时闻闯隔不是 货物列车占用区间时间的整数倍而产生的扣除时间。于是可以得到扣除系数的两 个组成部分：基本扣除系数和额外扣除系数。牡丹江绥芬河区段为单双线线路， 采用半自动闭塞控制方式，在分析该区段通过能力时，需考虑单线半自动闭塞区 段铁路旅客列车扣除系数以及双线半自动闭塞区段旅客列车扣除系数。 1 、单线半自动闭塞区间旅客列车扣除系数 在客货列车混跑的单线铁路上，旅客列车扣除时间是由一对旅客列车本身占 用限制区间时间占以及与该列车相邻的旅客列车的时间间隔内，除被货物列车占 用外，不能再铺画一列整列货物列车所剩余的空费时间构成外扣。旅客列车的 扣除系数由两部分组成，它们是基本扣除系数和额外扣除系数，如图2 一l 所示： 夕毳 尝 。二、 。，一 圈2 1 运行图上铺圃旅客列车所形成扣除时间图 f i g 2 - 1 d e d u c t i o n t i m e c h a r t o f p a s s e n g e r t r a i n s 其中：嗉上、k 下旅客列车在限制区间的上下行运行时分，m i n ； 名占上、占下旅客列车在上下行占用限制区间时间，m i n 。 ( 1 ) 基本扣除系数f ，的确定： 。j 。垒! 生竺生：塾 。 f lf z 。+ 2 f o - a )( 2 4 ) f 。 式中：由_ 上行旅客列车本身占用限制区间的时间； 白下行旅客列车本身占用限制区间的时间； k 旅客列车本身占用限制区间的时间； f ，车站间隔时分； 屯运行图周期。 货物列车与旅客列车速度的比值；( 时间单位均为r a i n ) 根据公式( 2 4 ) ，可以计算出具体情况下的基本扣除系数。基本扣除系数 主要取决于客货列车速度比a 。 ( 2 ) 额外扣除系数的分析 由于两相邻旅客列车之间的时间间隔不是货物列车占用限制区间时间的整数 倍而产生的额外扣除时间与列车运行图周期之比，称为额外扣除系数： 8 “一丛 ( 2 5 ) l 式中：o 由于相邻两列旅客列车之间的时间间隔不是货物列车占用限制 区间时间的整数倍而产生的额外扣除时间。 考虑铁路提速的要求，可以用下式计算旅客列车的额外扣除系数1 ： 1 1 f “一( 0 8 j - 0 0 2 5 n p - 0 1 ) r p 口 ( 2 6 ) 额外扣除时间，其大小主要取决于运行图的铺画方案，即旅客列车在运行图 上的铺画位置。 式中：，为区间不均等程度，等于货物列车平均运行图周期与限制区间运行图 周期之比；n p 为区间开行的一般旅客列车数量；y 为快速旅客列车数量对额外扣 除系数的影响因子，r - 1 + n n p ，其中和n p 分别为快速旅客列车和一般旅客 列车的开行数量；声为快速旅客列车速度对额外扣除系数的影响因子，| ；b 。咋， 其中屹4 和v p 分别为快速旅客列车和一般旅客列车的运行速度；口为快速旅客列车 列车分布对额外扣除系数的影响因子，a 可在1 1 1 5 之间取值( 经验值) 。 2 、双线半自动闭塞区段旅客列车扣除系数分析 采用半自动闭塞方式或非自动闭塞方式，同区段内的行车作业一样，运行图 的铺画方案相同，两种闭塞方式下的扣除系数相近。本研究引用双线非自动闭塞 区段旅客列车的扣除系数计算方法，把它作为近似为双线半自动闭塞区段旅客列 车的扣除系数。 ( 1 ) 基本扣除系数e ， 在双线非自动闭塞区间，旅客列车扣除系数应按列车在区段的分布情况进行 计算。当区段的限制区间与其它区间差别较大时，基本扣除系数可按限制区间计 算： ：鳖。垒三鲞( 2 7 ) 7 珞+ 礓 式中：霉自列旅客列车占用运行图的时间，m i n 嘻、珞旅客列车与货物列车在限制区间的运行时间，m i n a 当限制区间与其他区间差别不大时，扣除系数计算如( 2 8 ) ，在多数情况下， 旅客列车基本扣除系数可由固定部分与可变部分组成： 旷堑7。掣+生。ld、+壹(2嘞-7 月月- ”2 1 基本扣除系数的可变部分与区段内的区间分布情况有关，在近似计算中，应 韭峦銮亟盔堂童些亟堂焦：l 金塞 迭堕逗道能左敛让篡厘基髭喧固耋盐圭匠 分析不同区间的情况，确定出平均的8 - 熏值。 ( 2 ) 额外扣除系数f 。 额外扣除系数是由两相邻旅客列车之间的时间间隔不是货物列车占用限制区 间时间的整数倍而产生的额外扣除时间与列车运行图周期之比。由于图解法工作 量较大，在复杂的线路情况下计算起来很烦琐，可借鉴铁道部科学研究院运输所 的表格计算法m 对额外扣除系数进行计算。研究证明，双线非自动闭塞区段旅客 列车额外扣除系数的近似值可取0 1 0 2 。 2 3 通过能力的影响因素分析 根据上面关于线路通过能力计算的分析，可以知道有以下几种提高区间通过 能力的方法一是压缩减小列车运行图周期，二是降低扣除系数，三是增加路网 密度，增加开行线路嘲，而由上述通过能力以及扣除系数的计算公式可知，可从 单线铁路钓区阊运行对闻、车站间隔时阊、旅客列车开行数量等方面分析铁路的 通过能力。 i 、区间运行时间 在单线区段。通常采用成对非追踪运行图，此时运行图周期为： - t7 + f + f 磊+ + f 恕停( r a i n ) ( 2 9 ) 式中：f 、f 。上、下行列车的区间纯运行时分，m i n ； 吒、f 嘉计算区间两相邻车站4 、b 的车站间隔时间，r a i n ： f 赶停列车起停附加时分m i n 。 由( 2 - 9 ) 式，在单线区间，上、下行列车的区间纯运行时分是区间通过能力 的主要影响因素，其大小直接决定了区间的通过能力。而影响列车在区间内的纯 运行时间的因素有：线路标准低，啦线半径小，坡度大，站间距离长等，可通过 提高线路标准，增大曲线半径，降低坡度，缩短区间长度等改进硬件设施的方法 以提高区间通过能力；或者通过利用动能闯破，补机牵引，多机牵引等改进运输 组织管理方式的方法以提高区间通过能力。 2 、车站问隔时间 车站间隔时间是指在车站上办理两列车的到达、出发或通过作业所需要的最 小间隔时间，主要包括不同时到达间隔时间、会车间隔时间、同方向列车连发间 隔时间等o ”。 由于车站间隔时间是列车运行图周期的组成部分，所以，它的长短将直接影 j e 基塞垣太芏童些亟堂僮监塞 毯堕遵过能左曲盐篡丛基毖喧国丞筮圭匠 响到运行图周期长短“”，并进一步影响区间通过能力。车站问隔时间越长，运行 图周期越长，通过能力越低，反之亦然。 3 、客货列车速度差 根据已有研究成果，可以得知当固定货物列车速度不变时，随着旅客列车速 度和客货列车速度差的不断增大，扣除系数将会逐渐增大，而货物列车通过能力 将会逐渐减小，造成能力浪费“1 。因此，为了不使区间通过能力降低，导致能力 浪费，在旅客列车提速的同时应适当提高货物列车的运行速度，使客货列车之间 的速度差保持合理范围内，合理利用线路通过能力。事实上，根据前面客货速差 对扣除系数的影响分析，当客货速度差增大时，旅客列车扣除系数就会增大，进 而减小区段通过能力。 2 4 牡丹江绥芬河区段通过能力影晌因素分析 牡丹江绥芬河区段为单线半自动闭塞线路( 两个区间双线半自动闭塞) ， 线路平行运行图通过能力紧张。影响该区段通过能力提高的因素主要有：线路标 准低，曲线半径小，坡度大，站间距离长等因素。 l 、线路标准低 牡丹江绥芬河区段线路已经有一百多年的历史，虽经过多次大、中修改造， 线路标准有一定的提高，但这种线路标准仍无法满足运输需求。 轨道方面。既有滨绥线牡丹江绥芬河区段为i i 级铁路，局部复线插入，由 牡丹江站中心( k 3 5 1 + 5 2 8 ) 至绥芬河站中心( 里程k 5 4 4 + 7 6 7 7 8 ) ，线路全长 1 9 3 2 5 k m ，区间内只有局部复线。既有设备落后，许多线路设备还存在安全黪患。 桥梁方面。该区段大部分桥梁建设年代长，桥梁种类亦较多，桥梁设计标准 不尽统一，既有解放前由日本修建的桥梁，又有解放后修建的非标准桥梁，还有 八十年代后修建的标准桥梁。大部分桥梁都破损严重，需限速行车。如爱河特大 桥，建成于1 9 3 8 年，桥墩工粱腹板及下翼缘板裂缝较多，病害严重；钢板梁多处 锈蚀，横向振幅超限；全桥桥墩均存在横向、纵向、斜向及环状裂纹，桥墩裹面 混凝土破碎严重，桥墩横向刚度不足；基础埋深不足，为浅基桥。目前限速：客 车4 5 k m h 。又如位于下城子马桥河区间的马桥河大桥，既有桥为7 孔1 2 1 m 石 砌拱桥，建于1 9 0 3 年。该桥线桥偏心严重，墩台砌石风化松动、断裂，基础腐蚀 严重，基础埋深不足，属浅基桥梁。目前限速：客车6 0 k m h ；货车4 5 k m h 。 隧道方面。由于年代久远，该区段所有隧道都存在不同程度的病害问题且 部分隧道的修建标准不能满足现行运输要求。如大观岭隧道，全场为1 6 0 米，严 重漏水及严寒渗水共1 7 处，长2 米；又如0 0 6 隧道，全长4 2 0 米，严重漏水及严 寒渗水共四处，长5 0 米，衬砌严重腐蚀裂损共3 处，长4 2 1 米，另外，该隧道的 限界不足。 站场方面。牡丹江( 含) 至绥芬河段共有车站1 9 个，包括牡丹江编组站、穆 棱区段站和绥芬河口岸站，其余为中间站。其中曲线站1 1 个，最小曲线半径2 6 1 m ， 正线不贯通的车站有9 个。 2 、曲线半径小 线路大部分位于山区，在越岭地段，区间半径、缓和曲线长度、圆曲线以及 夹直线长度各项指标都很困难。现阶段该区段的最小曲线半径为2 6 1 m ，区段的1 9 个车站中有1 l 为曲线站。小曲线半径线路限制了列车的通过速度，使通过能力日争 低。 3 、坡度大 该区段连续长大坡道较多，上行方向大于9 的坡段长度占线路长度的7 8 ， 下行方向大于9 的坡段占线路长度的3 9 7 ，其中最大坡度达到1 7 7 。列车上 坡时，受机车牵引力的影响，速度低；下坡时，受列车最高运行速度的限锖i i 需 要周期制动，列车运行时间较长。 4 、站间距离长 影响单线区段通过能力的主要因素是上，下行列车的区间纯运行时间。在牡 丹江绥芬河区段，最大区间为绥阳至宽沟，其站间距达到了1 7 3 k m ，上行方向， 列车在该区间的纯行走时分达到了1 9 r a i n ；下行方向的纯运行时分为2 3 m i n 。在太 岭细磷河区间，站间距为1 5 9 l ( 1 ，上行方向列车在该区间的纯运行时分达到t 2 9 m i n ；下行方向的运行时分为2 5 m i n 。这加长了区间的平行运行图周期时间，其 中绥阳宽沟区间的平行运行图周期为5 2 r a i n ，太岭细磷河区间的平行运行匣厨 期为6 8 m i n ，为该区段的限制区间。在列车运行速度较慢的区间，站间距对通过能 力的影响更加突出。 上述因素的综合作用，使区段内列车运行速度较慢，运行时分过长，区同遁 过能力不能满足客货运量的运输需求。 2 5 本章小结 本章主要介绍通过能力的计算方法，重点说明了区间列车通过能力的计算。 通过对计算公式的讨论，特别是扣除系数的讨论，引出区间通过能力的影响因素： 运行图周期、扣除系数、客货列车开行比例以及客货列车速度差等，并对这些影 响因素进行了简要分析。结合牡丹江绥芬河区段的现状，分析影响该区段通过 能力的主要因素。 3 既有线牡丹江绥芬河相关情况分析 3 1 沿线社会和经济特征 滨绥线路途哈尔滨、牡丹江两市，直接吸引范围内土地面积9 3 6 5 1 k m 2 ，占全国 的0 9 8 9 6 ；2 0 0 1 年末总人口2 1 2 3 万人，完成国内生产总值1 3 4 8 7 亿元，砑别占 全国的0 ，9 5 和1 4 1 ；当年人均实现国民生产总值1 1 0 8 5 元，高于7 5 4 3 元的全 国平均水平，具有较高的经济发展水平。 3 1 1 牡丹江市概况 牡丹江市位于黑龙江省东南部，足东部区域中心城市和中国北方风景就骑胜 地。全市下辖4 区6 县( 市) ，土地面积4 0 5 8 3k s ，其中