（交通运输规划与管理专业论文）高速铁路天窗开设方法研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第i i 页 a b s t r a c t i nt h e t r a n s p o r t a t i o ni n d u s t r y ，t e c h n o l o g i c a li m p r o v e m e n tm u s t b et a k e ni nh i g hs p e e d r a i l w a yb e e np u ti n t ou t i l i t yi no r d e rt oi m p r o v e t h e p a s s i n ga b i l i t y a n dr u n n i n gs p e e dt h a tc a n s a t i s f yt h en e e d o f t r a f f i ci n c r e a s i n g t h e nt h es k y l i g h tw i n d o ww i l lc o m ei n t ob e i n g b a s e do nt h i s ，t h ea u t h o rs t u d i e so n o p e n i n gt h es k y l i g h tw i n d o w ， i n c l u d i n gt h ec i v i la n da b r o a dp r e s e n ts i t u a t i o n ，t h em e t h o d t h e o r y ，t h e f e a t u r eo fh i g h s p e e dr a i l w a yi nc h i n a ，t h eb u i l d i n g s t y l e s a n dt h e o r g a n i z a t i o ns t y l e s ，t h eb a s i ck i n d s ，t h ed e s i g no fs k y l i g h tw i n d o w i t w i l lp r o v i d eag o o dp r e f e r e n c ei no p e n i n gr e a s o n a b l es k y l i g h tw i n d o w a n di m p r o v i n gt h er u n n i n go r g a n i z a t i o ni nh i g hs p e e dr a i l w a y k e y w o r d ：h i g hs p e e dr a i l w a y ；s k y l i g h tw i n d o w ；o p e n i n g 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 夏 前言 社会的进步与交通运输的发展是密切相关的。人类的智慧推动了交通运输 的发展，交通运输的发展又促进了人类精神文明和物质文明的建设。一个国家 或地区的经济繁荣和科学文化的长生、工农业之间、城乡之间、地区之间、企 业之间的紧密联系以及旅游事业的兴旺等都必须有相应的交通条件a 由此可 见，交通运输是国民经济的“先行”部门，是发展经济、提高人民物质文化生 活水平、巩固国防、加强国内各民族的团结以及国际之间交往的重要工具，在 当今世界“珍惜时间”的社会中，提高运输速度、交通运输工具高速化已经成 为交通运输业发展的总趋势。而高速铁路以其速度快、安全舒适、运行准确可 靠、运输能力大、能源消耗低、占用土地少、票价适中、有利于环境保护、综 合造价最低以及能够有较好的效率和效益等优点，克服了普通铁路速度较低的 不足，并且与高速公路的汽车运输和中长途航空运输相比具有明显的优势。 为了更加充分地发挥高速铁路的上述优点，有效地提高高速铁路的通过能 力和列车运行速度，满足铁路运量不断增长的需要，在一定时期必须对已投入 运行的高速铁路线路有计划地进行技术改造，由此便会引起线路施工与列车运 行之间的矛盾。在列车对数较少的区段，列车运行图上会产生自然“空隙”， 即天窗；而在运量大、通过能力比较紧张的区段，则必须在列车运行图中特意 预留施工“空隙”。在运行图中预留天窗的长短与技术改造工程的内容、工 程复杂程度、施工技术作业过程以及线路的通过能力等因素有关，般不宜过 长，以免造成列车运行极不均衡、过分降低旅行速度、延长机车和车辆在技术 站的停留时间，但也不能过短，以免造成旅工机械和劳力的浪费以及延长工期 等结果。因此，在高速铁路中合理地开设施工“空隙”，确保铁路运输生产 与施工之间互相不干扰，以便正常地发挥高速铁路的各方面优势，成为项必 不可少的研究工作。 本文基于此，对高速铁路天窗开设方法进行了研究，包括国内外高速铁路 研究现状介绍、天窗开设方法研究的方法论说明( 天窗的含义及时间组成、列 车运行图中预留天窗的方法和受天窗影响的区段限制通过能力) 、我国高速铁 路的特点、高速铁路的修建模式和运输组织模式、天窗的基本形式和特点( 矩 形天窗、v 型天窗和混合型天窗) 、维修天窗时间的确定、高速铁路天窗方案的 设计分析以及高速铁路中天窗开设方案实例比较等相关内容，对于在高速铁路 亘壹窒望查兰堕圭竺窒竺兰竺笙塞 塑! 墨 _ _ _ _ _ 一 中合理地开设天窗，以便有效地解决列车运行与线路施工之间的矛盾，提供了 很好的天窗开设方案的选择依据，同时也为高速铁路的运营组织提供了有价值 的参考。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 第w , i1 章绪论o 1 一一 1 1 本文的主要研究内容 在交通运输业中，为了充分发挥高速铁路的优势，有效地提高高速铁路的 通过能力和列车运行速度，满足铁路运量不断增长的需要，在一定时期必须对 已投入运行的高速铁路线路有计划地进行技术改造，由此便会产生一定形式的 施工“空隙”，即天窗。 本文基于此对高速铁路天窗开设方法进行了研究，包括国内外高速铁路研 究现状介绍、天窗开设方法研究的方法论说明( 天窗的含义及时间组成、列车 运行图中预留天窗的方法和受天窗影响的区段限制通过能力) 、我国高速铁路 的特点、高速铁路的修建模式和运输组织模式、天窗的基本形式和特点( 矩形 天窗、v 型天窗和混合型天窗) 、维修天窗时间的确定、高速铁路天窗方案的设 计分析以及高速铁路中天窗开设方案实例比较等相关内容，对于在高速铁路中 合理地开设天窗，改善高速铁路运营组织，提供了很好的参考。 1 2 国内外高速铁路研究现状 1 2 1 国外高速铁路研究现状 1 9 6 4 年l o 月1 日，世界上第一条高速铁路日本的东海岛新干线正式 投入运营，时速达到2 1 0 公里，突破了保持多年的铁路运行速度的世界纪录， 使得世界铁路出现了一次巨大的飞跃。高速铁路以其速度快、能耗低、占地少、 污染小、列车准时、收益率高的点得到了人们的青睐，许多国家相继发展了高 速铁路，意大利、德国、英国、原苏联、西班牙等国也先后新建或改建了高速 铁路，就连过去曾因铁路不景气拆掉一部分线路而被称为“汽车王国“的美国 也在重视并着手高速铁路的建设，被称为夕阳产业的铁路运输业迎来了又一个 春天，高速化已经成为当今世界铁路发展的共同趋势。归纳起来，当今世界上 建设高速铁路主要有下列几种模式：日本新干线模式、法国t g v 模式、德国i c e 模式和英国a p t 模式。 ( t ) 日本新干线 日本1 9 6 4 年开通了第一条东海道新干线，随后开通了山阳、东北、上越、 北陆等高速新干线，构成了遍布日本的高速铁路网。 日本高速铁路为客运专线，采用全部修建新线的建设模式。新线与既有线 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 第w , i1 章绪论o 1 一一 1 1 本文的主要研究内容 在交通运输业中，为了充分发挥高速铁路的优势，有效地提高高速铁路的 通过能力和列车运行速度，满足铁路运量不断增长的需要，在一定时期必须对 已投入运行的高速铁路线路有计划地进行技术改造，由此便会产生一定形式的 施工“空隙”，即天窗。 本文基于此对高速铁路天窗开设方法进行了研究，包括国内外高速铁路研 究现状介绍、天窗开设方法研究的方法论说明( 天窗的含义及时间组成、列车 运行图中预留天窗的方法和受天窗影响的区段限制通过能力) 、我国高速铁路 的特点、高速铁路的修建模式和运输组织模式、天窗的基本形式和特点( 矩形 天窗、v 型天窗和混合型天窗) 、维修天窗时间的确定、高速铁路天窗方案的设 计分析以及高速铁路中天窗开设方案实例比较等相关内容，对于在高速铁路中 合理地开设天窗，改善高速铁路运营组织，提供了很好的参考。 1 2 国内外高速铁路研究现状 1 2 1 国外高速铁路研究现状 1 9 6 4 年l o 月1 日，世界上第一条高速铁路日本的东海岛新干线正式 投入运营，时速达到2 1 0 公里，突破了保持多年的铁路运行速度的世界纪录， 使得世界铁路出现了一次巨大的飞跃。高速铁路以其速度快、能耗低、占地少、 污染小、列车准时、收益率高的点得到了人们的青睐，许多国家相继发展了高 速铁路，意大利、德国、英国、原苏联、西班牙等国也先后新建或改建了高速 铁路，就连过去曾因铁路不景气拆掉一部分线路而被称为“汽车王国“的美国 也在重视并着手高速铁路的建设，被称为夕阳产业的铁路运输业迎来了又一个 春天，高速化已经成为当今世界铁路发展的共同趋势。归纳起来，当今世界上 建设高速铁路主要有下列几种模式：日本新干线模式、法国t g v 模式、德国i c e 模式和英国a p t 模式。 ( t ) 日本新干线 日本1 9 6 4 年开通了第一条东海道新干线，随后开通了山阳、东北、上越、 北陆等高速新干线，构成了遍布日本的高速铁路网。 日本高速铁路为客运专线，采用全部修建新线的建设模式。新线与既有线 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 一一 相互独立，没有连接，因此可以用更合理的路径选择，绕过城市，避免对城市 的干扰，充分发挥高速列车停站少、速度快的优势。高速线上全部开行高速列 车，不同的高速列车速度差别不是很大，行车组织工作简单。以东海道一山阳 新干线为例，该段铁路全长1 1 7 5 9 k m ，上面运行着回声号、光号及希望号等三 种高速列车，除去0 - - 6 点的天窗时间，每小时都运行1 列希望号、7 列光号和 3 列回声号共1 1 列列车，即每小时内发出的列车总数、列车种类相同，甚至同 种类型的列车在不同时间单元之内发车时刻都相同。这样就简化了运营组织工 作。 高速列车动力方式采用动力分散式电动车组；线路采用适合日本地质特点 的板式轨道；接触网采用复链悬挂或重型复链悬挂方式；供电方式采用2 5 千 伏交流电。在列车组织上，日本列车运行组织的目标是保证列车运行质量，充 分满足旅客运输需求。基本过程是首先制订合理准确的反映运输需求的列车运 行计划，然后利用各种手段保证列车运行计划的实施，当发生列车运行波动时， 采用必要的办法快速恢复列车的稳定运行。 ( 2 ) 法国t g v 法国t g v 突破了传统的铁路设计思想，一真以机车车辆与线路的协调配合 为研究方向。这使得它后来居上，在世界高速铁路中处于领先地位。 法国高速铁路为客运专线，大部分是新线，小部分为改造的既有线。这样 不仅降低了造价，还充分利用了既有站与城市相连接的公交设施，为旅客的换 乘提供了方便。高速铁路上全部开行t g v 高速列车，高速列车可以上下既有线， 提高了高速铁路的利用率，增加了其灵活性。 高速铁路动力方式采用动力集中式；线路采用成本较低的石渣轨道：接触 网采用简单悬挂方式；供电方式采用2 5 千伏交流电。法国高速线上只运行同 一种类的高速列车，列车运行组织相对简单。列车运行线平行，列车只有停站 地点和次数不同，整个列车运行图为平行运行图。 ( 3 ) 德国i c e 德国从7 0 年代开始形成了连接着3 0 多个重要城市和交通中心的城间特快 列车系统( i c 系统) ，之后将i c 系统进步现代化，逐步形成了i c e 高速铁路。 德国高速铁路采用客货混跑方式，大部分为新线，小部分为改造的既有线。 高速线路上客车开行速度达到2 5 0 k m h ，货车最高时速1 2 0 k r a h ，基本组织方 式为白天不同速度的客运列车混合运行，夜间客运列车和货运列车混合运行。 由于客货列车速度差较大，导致扣除系数偏高，能力偏低。德国之所以采用这 种方式，主要是因为其区间通过能力比较富裕，并且既有铁路列车技术水平与 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 _ _ - _ 一一 高速列车的差别不是很大。 高速铁路动力方式采用动力集中式；线路采用石渣轨道；接触网采用简单 悬挂方式：供电方式采用1 2 k v 的交流电。 国外高速铁路在天窗开设上基本一致。日本新干线维修天窗设在夜间；东 海道一山阳新干线采用的就是0 - - 6 点的维修天窗；法国高速铁路维修时间也 设在夜晚0 - - 6 点，这期间，只能通过少量的邮政列车，这些列车慢速地从邻 线通过。纵观这些国家的高速铁路，普遍采用了垂直型的维修天窗，这与它们 运输能力充裕是分不开的。 “) 英国a p t 模式 该模式的特点是既不修建新线、也不对旧有线进行大量的改造，主要靠采 用摆式车体的车辆组成的动车组，并且旅客列车及货物列车混用。 1 2 2 国内高速铁路研究现状 面对着世界各国竞相发展高速铁路的热潮，我国的高速铁路建设也显得势 在必行。在北京与上海间修建我国第一条真正意义上的高速客运专线被列入了 议事日程。 计划修建的京沪高速铁路全长1 2 9 6 公里，贯穿北京、天津、上海三大直 辖市和河北、山东、安徽、江苏四省。其间连接的渤海经济带和长江三角洲经 济带是我国经济基础最好、发展速度最快、连片区域最广阔的经济带。高速铁 路沿线人口达2 0 0 万人以上的城市有五个( 北京、天津、济南、南京、上海) ， 5 0 2 0 0 万人口的城市有七个( 德州、徐州、蚌埠、镇江、常州、无锡、苏 州) 。修建京沪高速铁路不论从社会效益上，还是经济效益上都将产生深远的 影响。 经过充分论证，京沪高速铁路将采取分段建设、分段运营的方式，最初的 突破口选择在能力紧张的沪宁段。建成后的京沪高速铁路将是一条客运专线。 考虑到我国的国情，运营前期，高速线上除了运行高速列车，还将运行通过衔 接站上下高速线的中速列车。根据京沪高速铁路预可行性研究报告的结论：京 沪高速铁路和既有的京沪线将进行合理的分工，高速线以输送本线大站间到发 的客流为主，兼顾跨线客流；既有线仍为客货混跑线路，以货运为主，兼顾沿 途中小站的客运业务。之后对京沪高速铁路的研究基本上都是基于这些前提进 行的。 根据我国发展高速铁路的战略思想，除了要新建高速铁路之外，在近期内 选定试验区段并对既有线路进行技术改造，这样可义用较少的投资、较短的时 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 _ _ - _ 一一 高速列车的差别不是很大。 高速铁路动力方式采用动力集中式；线路采用石渣轨道；接触网采用简单 悬挂方式：供电方式采用1 2 k v 的交流电。 国外高速铁路在天窗开设上基本一致。日本新干线维修天窗设在夜间；东 海道一山阳新干线采用的就是0 - - 6 点的维修天窗；法国高速铁路维修时间也 设在夜晚0 - - 6 点，这期间，只能通过少量的邮政列车，这些列车慢速地从邻 线通过。纵观这些国家的高速铁路，普遍采用了垂直型的维修天窗，这与它们 运输能力充裕是分不开的。 “) 英国a p t 模式 该模式的特点是既不修建新线、也不对旧有线进行大量的改造，主要靠采 用摆式车体的车辆组成的动车组，并且旅客列车及货物列车混用。 1 2 2 国内高速铁路研究现状 面对着世界各国竞相发展高速铁路的热潮，我国的高速铁路建设也显得势 在必行。在北京与上海间修建我国第一条真正意义上的高速客运专线被列入了 议事日程。 计划修建的京沪高速铁路全长1 2 9 6 公里，贯穿北京、天津、上海三大直 辖市和河北、山东、安徽、江苏四省。其间连接的渤海经济带和长江三角洲经 济带是我国经济基础最好、发展速度最快、连片区域最广阔的经济带。高速铁 路沿线人口达2 0 0 万人以上的城市有五个( 北京、天津、济南、南京、上海) ， 5 0 2 0 0 万人口的城市有七个( 德州、徐州、蚌埠、镇江、常州、无锡、苏 州) 。修建京沪高速铁路不论从社会效益上，还是经济效益上都将产生深远的 影响。 经过充分论证，京沪高速铁路将采取分段建设、分段运营的方式，最初的 突破口选择在能力紧张的沪宁段。建成后的京沪高速铁路将是一条客运专线。 考虑到我国的国情，运营前期，高速线上除了运行高速列车，还将运行通过衔 接站上下高速线的中速列车。根据京沪高速铁路预可行性研究报告的结论：京 沪高速铁路和既有的京沪线将进行合理的分工，高速线以输送本线大站间到发 的客流为主，兼顾跨线客流；既有线仍为客货混跑线路，以货运为主，兼顾沿 途中小站的客运业务。之后对京沪高速铁路的研究基本上都是基于这些前提进 行的。 根据我国发展高速铁路的战略思想，除了要新建高速铁路之外，在近期内 选定试验区段并对既有线路进行技术改造，这样可义用较少的投资、较短的时 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 间将既有线路改造成能够开行时速1 6 0 公里旅客列车的准高速列车，同时可以 为我国大量既有铁路的进一步改造和修建高速铁路提供技术储备和积累经验。 1 9 9 4 年我国第一条广深准高速铁路正式投入运营。为了发挥广深准高速的 高效率、提高线路通过能力，首次实行了客货共线、准高速与普速运行相结合 的运营方式，即准高速复线为准高速和普速特快旅客列车为基本运行线并兼行 直通货物列车，第三线为货物列车基本运行线并兼行旅客慢车。同时在运行图 铺画上，根据广深线以客运为主、白天行车量大、速度高的特点对客车集中运 行期间基本按满表铺画，夜间因能力有富裕而留出了维修天窗，从而在运输组 织上能达到广深线改造后主要运营指标的要求。 广深准高速铁路的开通，标志着我国铁路发展到了一个新阶段，表明我国 铁路在引进开发世界成熟技术上的成功突破，在建设高速铁路整体技术方面得 到了很好的提高和发展，这也为建设京沪高速铁路做前期准备工作打下了良好 的基础。 1 3 本文的主要研究方法 本文的运用的主要方法是依据线路施工条件下列车运行图的编制方法，该 方法将在第2 章进行详细的论述。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 间将既有线路改造成能够开行时速1 6 0 公里旅客列车的准高速列车，同时可以 为我国大量既有铁路的进一步改造和修建高速铁路提供技术储备和积累经验。 1 9 9 4 年我国第一条广深准高速铁路正式投入运营。为了发挥广深准高速的 高效率、提高线路通过能力，首次实行了客货共线、准高速与普速运行相结合 的运营方式，即准高速复线为准高速和普速特快旅客列车为基本运行线并兼行 直通货物列车，第三线为货物列车基本运行线并兼行旅客慢车。同时在运行图 铺画上，根据广深线以客运为主、白天行车量大、速度高的特点对客车集中运 行期间基本按满表铺画，夜间因能力有富裕而留出了维修天窗，从而在运输组 织上能达到广深线改造后主要运营指标的要求。 广深准高速铁路的开通，标志着我国铁路发展到了一个新阶段，表明我国 铁路在引进开发世界成熟技术上的成功突破，在建设高速铁路整体技术方面得 到了很好的提高和发展，这也为建设京沪高速铁路做前期准备工作打下了良好 的基础。 1 3 本文的主要研究方法 本文的运用的主要方法是依据线路施工条件下列车运行图的编制方法，该 方法将在第2 章进行详细的论述。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章高速铁路天窗开设方法研究的方法论 为了提高现有铁路的通过能力和列车运行速度，满足铁路运量不断增长的 需要，必须对现有铁路有计划地进行技术改造，而改造工程一般是在运量大、 通过能力比较紧张的区段进行的，线路施工与列车运行往往会产生一定的矛 盾，因此在列车运行图上预留线路施工所必需的“空隙”，即天窗，是解决列 车运行与线路旌工之间矛盾的有效措施。 2 1 天窗的涵义及时间组成 2 1 1 天窗的涵义 天窗是指在列车运行图中，为区间或车站正线规定不放行列车的一段时 间，在列车对数较少的区段，列车运行图上产生的自然“空隙”可以作为施工 “空隙”：而对于通过能力比较紧张的区段，必须在列车运行图里特意预留 施工“空隙”。预留有施工“空隙”的列车运行图如图2 1 所示。 图2 一l 预留旄工“空隙”的运行图 2 1 2 天窗的时问组成 天窗的时间组成包括维修天窗时间、区间封锁时间、施工辅助时间和天窗 影响时间。 维修天窗时间主要由区间封锁时间和旅工辅助时间两部分组成，然而对区 段和线路通过能力的影响，还要包括与天窗邻接的一段对间，即天窗额外影响 时间。 区间封锁时间是指维修作业开始时起至维修作业完毕列车开始运行时止 的时间。对于普通电气化既有线，维修天窗平均每天需要9 0 至1 2 0 分钟；高 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章高速铁路天窗开设方法研究的方法论 为了提高现有铁路的通过能力和列车运行速度，满足铁路运量不断增长的 需要，必须对现有铁路有计划地进行技术改造，而改造工程一般是在运量大、 通过能力比较紧张的区段进行的，线路施工与列车运行往往会产生一定的矛 盾，因此在列车运行图上预留线路施工所必需的“空隙”，即天窗，是解决列 车运行与线路旌工之间矛盾的有效措施。 2 1 天窗的涵义及时间组成 2 1 1 天窗的涵义 天窗是指在列车运行图中，为区间或车站正线规定不放行列车的一段时 间，在列车对数较少的区段，列车运行图上产生的自然“空隙”可以作为施工 “空隙”：而对于通过能力比较紧张的区段，必须在列车运行图里特意预留 施工“空隙”。预留有施工“空隙”的列车运行图如图2 1 所示。 图2 一l 预留旄工“空隙”的运行图 2 1 2 天窗的时问组成 天窗的时间组成包括维修天窗时间、区间封锁时间、施工辅助时间和天窗 影响时间。 维修天窗时间主要由区间封锁时间和旅工辅助时间两部分组成，然而对区 段和线路通过能力的影响，还要包括与天窗邻接的一段对间，即天窗额外影响 时间。 区间封锁时间是指维修作业开始时起至维修作业完毕列车开始运行时止 的时间。对于普通电气化既有线，维修天窗平均每天需要9 0 至1 2 0 分钟；高 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 - 一 速铁路则要求4 小时以上。 施工辅助时间是指天窗封锁或开通时，行车调度、施工单位等有关部门需 要进行一系列的联系、确认、发布命令准备工作而占用的时间，般在区间封 锁前后各取1 0 分。 天窗影响时间是指由于开设天窗前后，区间不能用于列车运行的额外损失 时间，其大小与天窗的开设方式、列车运彳亍的时分、区段长度等因素有关。 2 2 列车运行图中预留天窗的方法 在列车运行图中，预留天窗的方法主要有以下三种： ( 1 ) 在基本运行图中预留天窗 采用这种方法的优点是可以保证运输与施工互不干扰，缺点是在非施工期 间，列车运行不均衡。该方法主要是用于应预留的“空隙”不大，而且通过能 力有很大后备的区段。 由于线路施工一般并不是在区段的所有区问内同时进行，而是逐个区f b jj 顿 序地进行。如果在运行图中对所有预定施工的区间都规定施工“空隙”并相应 地考虑列车慢性，势必有一些“空隙”将不能完全利用。从通过能力利用和运 输观点看，这样预留“空隙”显然是不合理的。因此可以考虑只在开始施工的 某些区间预留“空隙”，然后逐步挪移到其他的施工区间。 ( 2 ) 编制预留施工“空隙”的分号运行图 在编制基本运行图时不考虑旌工“空隙”，同时另编预留施工“空隙”分 号运行图，在施工期间使用分号运行图，而在不施工期间使用基本运行图。 采用这种方法可以使得在施工和非施工期间，运行图均能较好地符合实际 需要，既保证了施工，用能够照顾到列车密度的均衡。但因为只在施工区段采 用施工分号运行图，容易使某些列车在技术站( 施工区段与非施工区段相连接 的技术站) 上的衔接发生不协调现象，从而延长列车和机车在技术站上的停留 时间。 ( 3 ) 运行图里不预留施工“空隙”，但在编制运行图是考虑了在施工期间留 出施工“空隙”可能性。 主要方法有以下几种： 对双线区段，在白天预定进行施工的时间内，同方向列车的间隔时间应该 不少于限制区间单线运行图周期，以便施工时可以在施工区间利用一条正线组 织双方向运行，如图2 - 2 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 - 一 速铁路则要求4 小时以上。 施工辅助时间是指天窗封锁或开通时，行车调度、施工单位等有关部门需 要进行一系列的联系、确认、发布命令准备工作而占用的时间，般在区间封 锁前后各取1 0 分。 天窗影响时间是指由于开设天窗前后，区间不能用于列车运行的额外损失 时间，其大小与天窗的开设方式、列车运彳亍的时分、区段长度等因素有关。 2 2 列车运行图中预留天窗的方法 在列车运行图中，预留天窗的方法主要有以下三种： ( 1 ) 在基本运行图中预留天窗 采用这种方法的优点是可以保证运输与施工互不干扰，缺点是在非施工期 间，列车运行不均衡。该方法主要是用于应预留的“空隙”不大，而且通过能 力有很大后备的区段。 由于线路施工一般并不是在区段的所有区问内同时进行，而是逐个区f b jj 顿 序地进行。如果在运行图中对所有预定施工的区间都规定施工“空隙”并相应 地考虑列车慢性，势必有一些“空隙”将不能完全利用。从通过能力利用和运 输观点看，这样预留“空隙”显然是不合理的。因此可以考虑只在开始施工的 某些区间预留“空隙”，然后逐步挪移到其他的施工区间。 ( 2 ) 编制预留施工“空隙”的分号运行图 在编制基本运行图时不考虑旌工“空隙”，同时另编预留施工“空隙”分 号运行图，在施工期间使用分号运行图，而在不施工期间使用基本运行图。 采用这种方法可以使得在施工和非施工期间，运行图均能较好地符合实际 需要，既保证了施工，用能够照顾到列车密度的均衡。但因为只在施工区段采 用施工分号运行图，容易使某些列车在技术站( 施工区段与非施工区段相连接 的技术站) 上的衔接发生不协调现象，从而延长列车和机车在技术站上的停留 时间。 ( 3 ) 运行图里不预留施工“空隙”，但在编制运行图是考虑了在施工期间留 出施工“空隙”可能性。 主要方法有以下几种： 对双线区段，在白天预定进行施工的时间内，同方向列车的间隔时间应该 不少于限制区间单线运行图周期，以便施工时可以在施工区间利用一条正线组 织双方向运行，如图2 - 2 所示。 堕壹窒塑查兰堡主塑塞皇兰焦笙皇 笙! 夏 一 xx v 、 图2 - 2 双线施工区间组织双方向行车的运行图 对单线区段，在编制基本运行图时不预留任何“空隙”时间，在施工期间 可以采取抽线的方法。如图2 - 3 所示，抽调8 8 1 3 次、8 8 1 5 次、8 8 1 8 次、8 8 1 0 次列车，在a b 、b - c 区间即可以留出一定的施工“空隙”。 、鬻攀57 7 7 、。一 、 8 8 哆，7 、 心。o j 、。 图2 - 3 以抽线方法预留施工“空隙”的运行图 施工封锁区间开通后，将产生临时性的慢行，在编制施工分号运行图时， 可将慢行附加时分规定在列车运行时分中，。如果不编制施工分号运行图，而 在基本运行图中预留旆工“空隙”时，原则上不考虑慢行附加时分，可在施工 前修正基本运行图时适当加以考虑。旅客列车慢行附加时分可以规定在列车区 间运行时分内，也可以预留在列车停站时分内。 2 3 受天窗影响的区段限制通过能力 在一定时期由于线路施工的关系，在双线铁路区段必须部分地改为单线双 向行车，从而使该区段在这一时期的通过能力受到限制。受线路施工影响的区 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 段限制通过能力计算公式如下： 三。，= 三一尘二l i 盘 ( 2 3 1 ) 其中，工。( 。) 开设天窗时的区段限制通过能力 工未开设天窗时的区段通过能力 k 。在时间t 内两个方向必须经由一条线路放行的列车数 k 。：双向行车时的列车运行流水性以不差于单向运行高峰时期列车运 行流水性为条件，在时间瓦内可放行的列车数 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1l 页 第3 章高速铁路与天窗概述 3 1 我国高速铁路的特点 国外高速铁路在天窗开设上几乎一致的采用了夜间的垂直型天窗的特点， 而事实上我国高速铁路与国外高速铁路相比有着自身的特点。 ( 1 ) 以拟建的京沪高速铁路为例，全线长度长，设计长度为1 2 9 6 k m ，日 本东海道一山阳新干线全长也仅儿7 5 9 k m ，全线垂直型天窗对通过能力的影响 极大，如果采用5 小时的全线垂直型天窗，京沪高速铁路能通过的全线高速列 车和跨全线中速列车数量将非常有限，而京沪之间的直通客流及跨全线中速客 流占了将近5 0 的比重，为了保证必要的维修时问，需要考虑其他开窗方式的 采用。 ( 2 ) 我国铁路客流规律不同，根据我国铁路的运营经验，夕发朝至列车 符合人们出行习惯，方便旅客出行，是受欢迎的列车品种，如果采用夜间的一 刀切的开窗开设方式，高速线就无法开行该类列车了。 ( 3 ) 京沪高速铁路采用的是分段建设，分段运营的方法，不断延长的高 速客运专线对周围经济带产生诱导和拉动作用，其客流将不断增长，等到京沪 高速铁路全线贯通运营后，采用垂直型天窗可能会导致能力紧张。 ( 4 ) 随着高速铁路安全技术的发展，一些原先担心的安全问题得到了解 决，一线运营，一线维修技术将得到推广，v 型天窗也将得到广泛的应用。 ( 5 ) 我国高速铁路采用高中速混跑的运营组织模式。来处既有线的中速 列车容易晚点，造成高速线上中速列车的大面积晚点传播，而v 型天窗对于列 车晚点的调整能力较强。 ( 6 ) 我国的高速铁路运营初期，出现的问题会很多，特殊情况下，开行v 型天窗的可能性很大。 3 2 高速铁路的修建模式 高速铁路的发展已是当前世界铁路的重要趋势，对于高速铁路采用什么样 的修建模式，不同的国家根据本国的国情和路情做出不同的选择，归纳起来高 速铁路的修建模式有新建客运高速专线、新建客货混运高速线、改造既有线但 规定高速客运专线、修建高速客运专线但同时考虑与旧线接轨、以及对依靠对 机车车辆的改进等几种。 ( 1 ) 新建客运高速专线 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1l 页 第3 章高速铁路与天窗概述 3 1 我国高速铁路的特点 国外高速铁路在天窗开设上几乎一致的采用了夜间的垂直型天窗的特点， 而事实上我国高速铁路与国外高速铁路相比有着自身的特点。 ( 1 ) 以拟建的京沪高速铁路为例，全线长度长，设计长度为1 2 9 6 k m ，日 本东海道一山阳新干线全长也仅儿7 5 9 k m ，全线垂直型天窗对通过能力的影响 极大，如果采用5 小时的全线垂直型天窗，京沪高速铁路能通过的全线高速列 车和跨全线中速列车数量将非常有限，而京沪之间的直通客流及跨全线中速客 流占了将近5 0 的比重，为了保证必要的维修时问，需要考虑其他开窗方式的 采用。 ( 2 ) 我国铁路客流规律不同，根据我国铁路的运营经验，夕发朝至列车 符合人们出行习惯，方便旅客出行，是受欢迎的列车品种，如果采用夜间的一 刀切的开窗开设方式，高速线就无法开行该类列车了。 ( 3 ) 京沪高速铁路采用的是分段建设，分段运营的方法，不断延长的高 速客运专线对周围经济带产生诱导和拉动作用，其客流将不断增长，等到京沪 高速铁路全线贯通运营后，采用垂直型天窗可能会导致能力紧张。 ( 4 ) 随着高速铁路安全技术的发展，一些原先担心的安全问题得到了解 决，一线运营，一线维修技术将得到推广，v 型天窗也将得到广泛的应用。 ( 5 ) 我国高速铁路采用高中速混跑的运营组织模式。来处既有线的中速 列车容易晚点，造成高速线上中速列车的大面积晚点传播，而v 型天窗对于列 车晚点的调整能力较强。 ( 6 ) 我国的高速铁路运营初期，出现的问题会很多，特殊情况下，开行v 型天窗的可能性很大。 3 2 高速铁路的修建模式 高速铁路的发展已是当前世界铁路的重要趋势，对于高速铁路采用什么样 的修建模式，不同的国家根据本国的国情和路情做出不同的选择，归纳起来高 速铁路的修建模式有新建客运高速专线、新建客货混运高速线、改造既有线但 规定高速客运专线、修建高速客运专线但同时考虑与旧线接轨、以及对依靠对 机车车辆的改进等几种。 ( 1 ) 新建客运高速专线 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 2 页 日本是新建客运高速专线的典型代表，1 9 6 4 年至1 9 9 0 年已经建成4 条新 干线( 东海道、山阳、东北、上越) ，总长度为1 8 3 1 5 k m ，目前正在修建的5 条新干线( 北陆、东北、北海道、九州2 条) ，共计总长为1 4 4 0 k m 。其客运专 线一般在经济发达、人口密集、客流稳定增长的方向上修建，专门为客运服务， 高速线与既有线不接轨，是一个独立的系统，轨距也不相同( 新线轨距1 4 3 5 m m ， 旧线轨距1 0 6 7 m m ) ，运营与养护时间分开，白天运营、夜间养护，行车密度较 大。 ( 2 ) 建客货混运高速线 新建高速线是客货混跑还是客运专线，完全取决于运输的需要和运营的经 济效益。意大利是新建客货混运高速线的代表，把新建高速线作为既有线路网 这个整体的一部分，不仅运行高速客运列车，也运行货车。 意大利修建的第一条高速铁路是罗马佛罗轮萨高速新线是世界上第 一条客货混跑的高速新线，全长2 6 0 公里，其中新建部分为2 3 1 公里。为了增 强通过能力，新线与旧线之间设有5 个联轨点，利用联轨点进行运输调节， 在这条线上客车时速为2 5 0 公里，货车时速为1 2 0 公里，客货混跑线能达到如 此高速，也是创举。 ( 3 ) 改造既有线但规定高速客运专线 其做法是对既有线加强取直，采用新型上部建筑和无缝线路、加大曲线半 径等办。如德国和前苏联都采取重点改造平纵断面条件较好、施工难度较小 的既有线方案。 ( 4 ) 修建高速客运专线但同时考虑与旧线接轨 这种方式以法国高速铁路为代表，巴黎里昂新线全长4 2 6 3 6 k m ，其中 新线3 8 8 9 3 k m ，在里昂附近利用既有线8 1 3 k m ，在这两大城市附近利用两端 既有线是因为市、郊建筑群集，难于再建新线。 ( 5 ) 靠对机车车辆的改进 这种方式是既不修建新线，也不对旧有线进行大量改造，而是靠对机车车 辆进行改进。采用这种方式的国家以英国为突出，采用可控倾斜电动车组，即 使在曲线上都能保持高速运行，加速和制动性能好，因此解决了客货共用线加 快客车运行速度的问题。 3 3 高速铁路的运输组织模式 高速铁路的运输组织模式就是在高速铁路上开行何种列车及如何组列车 运行。根据高速铁路修建模式的不同，一般采取的运输组织模式为全部开行高 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 2 页 日本是新建客运高速专线的典型代表，1 9 6 4 年至1 9 9 0 年已经建成4 条新 干线( 东海道、山阳、东北、上越) ，总长度为1 8 3 1 5 k m ，目前正在修建的5 条新干线( 北陆、东北、北海道、九州2 条) ，共计总长为1 4 4 0 k m 。其客运专 线一般在经济发达、人口密集、客流稳定增长的方向上修建，专门为客运服务， 高速线与既有线不接轨，是一个独立的系统，轨距也不相同( 新线轨距1 4 3 5 m m ， 旧线轨距1 0 6 7 m m ) ，运营与养护时间分开，白天运营、夜间养护，行车密度较 大。 ( 2 ) 建客货混运高速线 新建高速线是客货混跑还是客运专线，完全取决于运输的需要和运营的经 济效益。意大利是新建客货混运高速线的代表，把新建高速线作为既有线路网 这个整体的一部分，不仅运行高速客运列车，也运行货车。 意大利修建的第一条高速铁路是罗马佛罗轮萨高速新线是世界上第 一条客货混跑的高速新线，全长2 6 0 公里，其中新建部分为2 3 1 公里。为了增 强通过能力，新线与旧线之间设有5 个联轨点，利用联轨点进行运输调节， 在这条线上客车时速为2 5 0 公里，货车时速为1 2 0 公里，客货混跑线能达到如 此高速，也是创举。 ( 3 ) 改造既有线但规定高速客运专线 其做法是对既有线加强取直，采用新型上部建筑和无缝线路、加大曲线半 径等办。如德国和前苏联都采取重点改造平纵断面条件较好、施工难度较小 的既有线方案。 ( 4 ) 修建高速客运专线但同时考虑与旧线接轨 这种方式以法国高速铁路为代表，巴黎里昂新线全长4 2 6 3 6 k m ，其中 新线3 8 8 9 3 k m ，在里昂附近利用既有线8 1 3 k m ，在这两大城市附近利用两端 既有线是因为市、郊建筑群集，难于再建新线。 ( 5 ) 靠对机车车辆的改进 这种方式是既不修建新线，也不对旧有线进行大量改造，而是靠对机车车 辆进行改进。采用这种方式的国家以英国为突出，采用可控倾斜电动车组，即 使在曲线上都能保持高速运行，加速和制动性能好，因此解决了客货共用线加 快客车运行速度的问题。 3 3 高速铁路的运输组织模式 高速铁路的运输组织模式就是在高速铁路上开行何种列车及如何组列车 运行。根据高速铁路修建模式的不同，一般采取的运输组织模式为全部开行高 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 夏 一。 速旅客列车模式、高速列车下高速线模式、客货列车混跑模式。 ( 1 ) 全部开行高速旅客列车模式 在高速铁路线上只运行高速旅客列车，无跨线列车运行，直通客流大，跨 线旅客采用换乘办法解决，这种模式只适用于自成系统的高速客运专线。 该模式的优点是列车运行速度高，可以到达2 0 0 3 0 0 k m h 以上：列车追 踪间隔时间短，最小为2 3 m i n ；通过能力大，平行运行图能力一昼夜可以达 到4 0 0 6 0 0 列，因而可以输送更多的高速客流。由于只有一种速度的列车运 行，运输组织工作简便。如日本的新干线便采用这种运输组织模式。 ( 2 ) 高速列车下高速线模式 在高速铁路线上既运行本线的高速旅客列车，又运行跨线的高速旅客列 车，跨线的高速旅客列车在高速线上按高速运行，下高速线后按普通线路允许 速度运行，这种模式适用于与普通线路相衔接的高速客运专线。 该模式的优点是可以按照一种速度的列车平行运行图运行，通过能力大， 跨线旅客不必换乘，方便了旅客，扩大了高速列车的服务范围，能够更多地吸 引客流、提高高速线的利用率。缺点是占用的高速旅客列车彻底数较多。如法 国的高速铁路便采用这种运输组织模式。 ( 3 ) 客、货列车混跑模式 高速线上不仅运行高速旅客列车，还运行速度较低的货物列车，多适用于 改建既有线为高速线的线路上。 该模式的优点是线路的工程投资省，缺点是由于客货列车的速度差较大 ( 客运列车为2 0 0 k m h ，货运列车为l o o k m h ) ，客车扣除系数大，通过能力较 小。列车运行组织复杂，客车的最高速度也受到限制，从而延长了旅客的旅行 时间。如英国、德国、前苏联国家的高速铁路便采用这种运输组织模式。 对于与既有线并行修建的高速铁路，其运输组织可能采用的模式为全高速 不换乘模式、全高速换乘模式、高速列车下高速线模式和中速列车上高速线模 式。 ( t ) 全高速不换乘模式 高速线只运行本线到发客流的高速列车，货物列车和其他旅客列车均在既 有线上运行。 该模式行车组织较简单，但由于高速线本线到发的客流有限，开行的高速 列车必然不多，因此高速线的经济效益差。而既有线由于分出的客流少，负担 过重，运能满足不了货运增长的要求，所以一般不宜采用。 ( 2 ) 全高速换乘模式 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 高速线上只运行高速列车，通过本线的长途客流均在出入口的衔接站上换 乘高速列车。货物列车、沿途小站停车的旅客慢车和停站较多的普通旅客快车 在既有线上运行。这种模式要将长途客流卡在高速线的出入口处，增加了旅客 换乘时间，对旅客不便，但由于高速线上全部运行的都是高速列车，提高了高 速线的通过能力，高速线也能吸收较多的客流。 ( 3 ) 高速列车下高速线模式 在高速线上只运行高速列车，跨线的长途客流也由高速列车的车底运送， 但在普通线路上按该线规定的限速运行。货物列车、沿途小站停车的旅客慢车 和停站较多的普通旅客快车在既有线上运行。这种模式需要配备较多的价格昂 贵的高速列车车底，在经济上不一定合算，并且普通线路必须是电气化铁路才 能适合高速车底运行，所以适用性不普遍。 ( 4 ) 中速列车上高速线模式 在高速铁路线上既运行本线到发的高速旅客列车，又运行与高速线相衔接 的普通线的跨线中速旅客列车，货物列车、旅客慢车及部分普通旅客快车仍在 既有线上运行。 这种模式多数旅客不必换乘，但由于高速线上有两种不同速度的旅客列车 运行( 高速2 5 0 3 0 0 k m h ，中速1 4 0 1 6 0 k m h ) ，影响了高速线的通过能力， 增加了列车运行组织工作的复杂性。所以在高速铁路运营的初期可以考虑采 用。 3 4 天窗的基本形式和特点 一般说来，维修天窗按开口方式可以分三种：矩形天窗、v 型天窗和混合 型天窗。 3 4 1 矩形天窗 在电气化双线铁路中，全区段按供电臂分别停电检修，各供电臂停电时间 彼此错开或按时间顺序进行安排，这样天窗时间在列车运行图中就形成一个供 电臂一个矩形的排列，这就是矩形天窗，也可以称为梯形天窗。如图3 一l 所 示，当采取“一刀切”的方法，使全线各供电臂同时停电( 复电) ，即各区段同 时停止( 开始) 列车运行，在运行图