神池南站线束作业改进方法研究

神池南站线束作业改进方法研究
彭其渊;闫迪;文超
【摘要】本文针对神池南站线束作业方法中到发线运用不均衡、部分到发线闲置
时间较长等问题,分析神池南站到发线使用情况,提出线束作业改进方法.通过充分利用机走线、到发线空闲能力,均衡到发线作业分配,提高车站到发线利用率.最后通过实证分析,验证了改进方法能够解决神池南站到发线能力紧张的问题.
【期刊名称】《交通运输工程与信息学报》
【年(卷),期】2018(016)004
【总页数】11页(P1-10,33)
【关键词】重载运输;组合站;线束作业方法
【作者】彭其渊;闫迪;文超
【作者单位】西南交通大学,交通运输与物流学院,成都 610031;西南交通大学,交通运输与物流学院,成都 610031;中国中铁二院工程集团有限责任公司,成都 610031;西南交通大学,交通运输与物流学院,成都 610031
【正文语种】中文
【中图分类】U292.12
0 引言
我国自然资源分布与地区发展程度有较大差异[1]，带来了大量自然资源运输需求，尤其是煤炭运输[2]。

我国大量煤炭资源集中分布于山西、陕西、蒙西地区，而我
国沿海地区煤炭储量十分有限，再加上大量的煤炭出口需求[3]，就形成了庞大的
煤炭横向运输需求，西煤东运工程由此兴起[4]。

近年来，重载运输发展迅速，由
大秦线、朔黄线为核心的西煤东运大通道已经成为我国煤炭资源运输的骨干[5]，
年运输能力可以超过 7亿吨。

重载铁路开行密度高、列车牵引质量大，大秦、朔黄两条重载干线已具备常态开行2万t重载列车的条件[6]。

前方线路稳定的车流来源是保证重载铁路运输系统实现大运量的基础[7]，重载线路与前方线路衔接车站（组合站）内各重载级别列车组
合作业的高效运作也是保证运输系统畅通的必要条件，如大秦线的湖东站[8]、朔
黄线的神池南站。

组合站大量的列车组合作业、列车到发作业量，往往导致重载组合站作业能力成为限制重载运输通道运输能力的瓶颈。

组合站作业的高效完成，是保证重载线路与前方线路顺畅衔接、提高重载运输通道运输能力的主要保障[9]。

为保证站内作业效率，长期以来，各大重载线路组合站均采用线束作业方法取代传统的牵引、推送组合作业方法，线束作业方法是指将车站内每三条到发线分为一组线束使用，线束中两侧到发线采用腰岔与中部到发线相接，将每组线束中的中部到发线作为机车走行线使用，这样就可以采用腰岔和中部到发线放行或插入机车，保证用最少的车列站内移动距离完成列车组合作业。

线束作业方法有以下优势：（1）避免长大车列在站内的长距离移动，压缩组合作业时间；
（2）组合过程不需要调车机车的参与，组合站可不设牵出线，降低咽喉作业负担；（3）简化万吨列车中部机车摘解作业。

线束作业方法在车站作业能力较富裕的情况下，作业效果好，办理作业稳定有序，股道分工明确，作业难度低，站内车列及机车移动距离短，有利于车站高效办理作业，保证重载运输通道的畅通[10]。

但是，线束作业方法也存在以下弊端：
（1）当车站作业量上升，超过各线束作业能力时，每组线束中固定空闲的中部到发线严重影响到发线使用效率；
（2）线束中重车运行方向尾端部分股道持续空闲状态将不利于到发线能力的充分利用，限制车站作业能力的提高。

本文针对线束作业方法的弊端，以神池南站线束作业方法为研究对象，对现行线束作业方法进行详细分析，寻找造成到发线能力紧张的原因。

并在此基础上提出线束作业改进方法，优化均衡到发线作业分配，提高到发线作业能力，最后通过实证分析验证改进方法的效果。

1 神池南站线束作业方法简介及存在问题分析
1.1 线束作业方法简述
线束作业方法是以一组线束为单位对到发线运用进行管理和作业安排。

线束结构如图1所示，一组线束由三条到发线组成，两侧到发线以腰岔与中部到发线相接以保证转线作业顺畅进行，到发线上被腰岔分开的四段轨道具有独立的轨道电路，能够单独办理作业。

到发线有效长均超过 2 800 m，以满足两万吨级列车组合作业的进行。

图1 线束结构示意Fig.1 Sketch map of tracks grouping
为保证列车组合作业的高效进行，线束作业方法将中部到发线作为机走线使用，需要持续保证中部到发线空闲，不办理常规列车作业，以保证机车调移的高效进行。

需要办理列车组合作业、晚点列车中部机车分离作业时，列车进入一侧到发线，机车利用腰岔得以实现机车在两侧到发线与中部到发线间的灵活调移，能够有效避免机车与车列占用径路的交叉，在保证车列最小移动距离的同时，高效完成机车换挂作业。

停留在两侧到发线上的车列经路用机车推送即可实现连挂。

线束作业方法简化列车组合作业，有效压缩列车在站作业时间标准，提高列车在站作业效率。

1.2 神池南站到发线运用现状
神池南站在山西省朔州市神池县境内，位于我国第二大重载运输线路朔黄线的起点处，是朔黄线的组合站，承担朔黄线列车组合、列车技术检查、机车换挂等重要作
业。

由于神池南站衔接的两条主要线路——神朔线和朔黄线线路条件差异较大（神朔线上行重车方向一路上坡，限制坡度12‰；朔黄线一路下坡，限制坡度4‰），并且神池南站是两线机车的折返段所在地，技术作业任务繁重。

神朔线为万吨重载线路，以开行万吨列车和部分普通货物列车为主。

部分万吨列车到达神池南站后参与1.5万吨列车组合作业，剩余保持万吨列车编组，进行机车换挂和技术检查作业后继续运行；部分普通货物列车将参与 1.5万吨列车组合作业，剩余普通列车进行机车换挂和技术作业后继续运行。

神池南站共衔接3条线路四个方向，神朔线图定开行84对万吨列车及28对普通货物列车，其中78对万吨列车、22对普通货物列车进入神池南站重车场参与朔黄线重载运输；准池线外西沟方向图定开行普通货物列车 12对；朔黄线图定开行1.5万吨列车12对、万吨列车66对、普通货物列车 34对。

神朔线重车方向万吨列车采用SS4型机车2+2四机牵引，普通货物列车采用SS4型机车双机牵引；朔黄线1.5万吨列车采用和谐号货运机车头部牵引，SS4型机车作为中部机车或采用SS4型机车2+1三机牵引；万吨列车采用SS4型机车双机牵引。

图2为神池南站列流图。

图2 神池南站列流图Fig.2 Train operation flow at Shenchi south station
图3所示为神池南站示意图。

图3 神池南站示意图Fig.3 Layout of Shenchi south station
神池南站作业占用到发线技术标准如表1所示。

表1 神池南站列车在站作业时间标准Tab.1 Operation time standard at Shenchi south station列车种类在站作业时间标准/min朔黄普列重车 58朔黄万吨组合重车 96 1.5万吨列车 186
神池南站到发线作业负担主要体现在作业时间较长的重车场，按照神池南站规划运量计算神池南站到发线作业负荷。

重车场到发线占用率计算如下：
（1）1.5万吨列车组合作业12列：
（2）万吨组合列车到发作业66列：
（3）普通货物列车到发作业22列：
（4）车站调度室换班及休息时间：
综上所述，神池南站重车场总作业时分为：
到发线能力利用率为（为保证计算的理论到发线利用率具有最广泛的代表性，计算的到发线利用率应该是在车站作业条件最苛刻、效率最低的条件下计算得出的，所以统一取空费系数最高为 0.15，后文计算到发线利用率时不再重复说明）：
神池南站作业能力紧张主要体现在到发线、咽喉设备、朔黄线线路能力较高等方面，其中到发线利用率最高，当运量继续提升时，就成为限制整条线路作业能力的瓶颈。

通过理论计算，采用现行线束作业方法，神池南站到发线利用率已高达89.2%，
已经成为整条朔黄重载运输系统输送能力的瓶颈。

作业能力过于饱和容易受运量波动影响导致车流积压，影响通道畅通。

当远期运量进一步提升时，采用现行作业方法，到发线无富裕能力完成车站作业。

综上所述，面对神池南站近期到发线能力紧张，造成车流积压风险较高，远期到发线能力不足的情况，需要对车站线束作业方法进行优化。

1.3 神池南站线束作业过程分析
本节将结合神池南站作业时间标准分别分析万吨列车到发作业和1.5万吨列车组合
作业过程，寻找到发线能力紧张的原因。

各级别列车接车、发车过程占用咽喉时间标准如表2所示。

表2 神池南站列车接发车过程占用咽喉时间标准Tab.2 Occupied arrival and departure time of the station throat at Shenchi south station列车类型占用咽喉时间/min接车发车列车追踪普通货物列车 5 7 8万吨列车 7 9 11 1.5万吨列车 / 11 13
神朔线与朔黄线已基本实现统一采用C80型货车编组，58辆 C80货车编组一列普通货物列车，以普通货物列车为单位，2列重连组成万吨重载列车，3列重连组成1.5万吨重载列车。

2万吨列车需要2台和谐电力机车牵引，为了适应目前和谐电力机车数量有限的情况，常态开行 1.5万吨列车。

由于C80型货车长度较短，神池南站线束两侧到发线的每一段轨道内能够容纳一列普通货物列车的长度，使得线束作业灵活、容易操作。

1.3.1 万吨列车到发作业过程
万吨列车到发作业过程如图4所示。

图4 万吨列车到发作业过程分析Fig.4 Arrival and departure operation process of 10 000 tons trains
神朔线万吨列车由神木北方向进入神池南站重车场，经过西咽喉后进入线束到发线前端，开始进行车站技术作业。

万吨列车采用2+2四机牵引，首先需要进行头部机车和中部机车摘机车，中部机车脱钩后经过腰岔转线中部到发线放行，经过列车技术检查作业后，列车连挂朔黄机车，完成车列连挂后发车。

万吨列车到发作业需要占用到发线两段轨道进行作业，到发作业过程中到发线占用情况如图5所示（虚线表示轨道占用）。

图5 万吨列车到发作业轨道占用情况Fig.5 Occupying track chart for arrival and departure process of 10 000 tons trains
万吨列车到发作业过程中，占用机车走行线时间仅为10 min，剩余作业过程的86 min机车走行线处于空闲状态，利用率较低；万吨列车作业过程中，只占用前两
段轨道进行作业，后两段轨道处于闲置状态，到发线能力严重浪费。

1.3.2 1.5万吨列车组合作业过程
1.5万吨列车组合作业过程如图6所示。

图6 1.5万吨列车组合作业过程分析Fig.6 Combined operation process of 15 000 tons trains
参与组合作业的普通列车首先到达神池南站，通过神池南站西咽喉进入线束，列车停留在到发线前端并开始技术作业，等待后方参与组合作业的晚点列车进站后进入同一到发线，并利用第一、第二组腰岔实现头部机车和中部机车放行。

列车进行技术检查后，朔黄机车出段，由线束东侧进入线束，头部机车与前端机车连挂，中部机车进入第二、第三列车列之间完成连挂，由头部机车推送车列实现列车连挂后车站作业结束。

线束中到发线占用情况如图7所示（虚线表示轨道占用）。

图7 1.5万吨列车到发作业轨道占用情况图Fig.7 Occupying track chart for arrival and departure process of 15 000 tons trains
1.5万吨列车长达186 min的作业时间中，占用机车走行线作业共30 min，占用率低。

到发线占用四段轨道中的三段，仍空闲一段轨道。

由于每天需要根据神朔线列车到达情况确定1.5万吨列车编组具体过程，根据后方普通货物列车到达时间不同，第一段空闲时间可能为60～110 min，第二段空闲时间可能为30～80 min。

负责办理1.5万吨列车组合作业的线束通常会在一组线束的两侧到发线同时办理1.5万吨列车的编组，由于作业过程中技术检查作业与机车调移作业能够同步进行，中部机走线个别机车调移进路冲突可通过延缓神朔机车放行或提前朔黄机车出段化解冲突，不影响1.5万吨列车作业的正常进行。

1.4 神池南站线束作业方法分析总结
分析神池南站目前到发线使用情况可知，神池南站重车场到发线利用率已高达89.2%，考虑车站日常作业过程中可能遇到的运量波动、车流积压等突发情况，神池南站重车场作业负担较重，并有可能影响车站作业的正常办理。

根据目前神池南站线束作业方法及办理的车流结构，神池南站作业仍然具备改进的条件。

具体体现在目前神池南站线束作业过程中仍然存在线束中到发线作业量分配不均匀的问题，部分轨道闲置无用，尤其是办理万吨列车作业到发线股道闲置情况突出。

如果能够合理利用车站内闲置的到发线设备和线束中部到发线空闲时间，就可以大大提高车站作业能力。

线束作业改进将主要从以下几点出发：
（1）神池南站重车场办理万吨列车、1.5万吨列车作业时，到发线部分设备闲置，空闲部分到发线长度具备办理列车到发作业的条件，并具备顺畅的发车进路。

（2）神朔线普通货物列车追踪间隔时间为9 min，万吨列车为11 min，列车到
达时间差足够先到列车完成中部机车摘解作业，中部机走线恢复空闲，具备继续占用中部机走线办理其他作业条件。

（3）机车在中部机走线调移作业进路若出现短时间冲突，不会影响列车技术检查作业，对列车在站作业时间没有影响。

（4）神朔线列车追踪间隔时间和朔黄线列车追踪间隔时间均长于列车接发列车间隔时间，神池南站能够利用同一组线束连续接入或发出追踪运行的列车。

2 神池南站线束作业改进方法
神池南站线束中的到发线被三组腰岔分为四段轨道，每段轨道具有单独监控轨道占用状态的条件，轨道分界点设有通过信号机，这使得神池南站到发线的四段轨道具备作为4条连续到发线单独使用的条件。

因此，神池南站现有到发线设备中长期
闲置的后端到发线具备与前端到发线相继接入列车、同时办理在站作业的可能，后端到发线办理作业的列车可通过前端到发线或转线中部到发线进行发车作业。

2.1 利用线束两侧到发线办理4列万吨列车到发作业
神朔线万吨列车到达神池南站需要进行技术检查作业和换挂机车作业。

需要占用到发线前端 2段轨道进行作业，如果能够在到发线前两段轨道办理万吨列车到发作业，同时在后两段轨道接入办理另一列万吨列车到发作业，就能够充分发挥闲置到发线能力，提高到发线利用效率。

位于到发线尾端办理万吨列车作业时，前端到发线可能处于占用状态，神朔机车放行及朔黄线机车出段作业需要利用中部机走线调移并利用腰岔转线至两侧到发线中部完成连挂，其具体作业过程如图8所示。

图8 到发线尾端办理万吨列车作业过程示意图Fig.8 Operation process at the end of arrival and departure tracks of 10 000 tons trains
在一组线束的一侧到发线先后办理两列万吨列车在站作业，就能够实现利用一组线束先后办理4列万吨列车在站作业。

由于神朔线万吨列车追踪到达神池南站能够连续接入同一组线束，重车场尾端咽喉不存在作业交叉干扰，需要重点检查中部机走线和到发线前端咽喉作业干扰情况。

利用一组线束办理4列万吨列车作业，将充分发挥闲置到发线能力，提高作业效率，作业过程如图9所示。

图9 线束办理4列追踪万吨列车过程示意图Fig.9 Operation process of a train group with four 10 000 tons trains
根据车站线束作业方法，神池南站利用一组线束办理两列追踪运行的万吨列车将占用一组线束，消耗时间 123 min。

通过作业方法改进，神池南站利用一组线束可以办理4列追踪运行的万吨列车，仅消耗 164 min。

如图 9所示，第一列到达神池南站的列车接入线束中一条到发线的前端正常办理作业，第二列万吨列车间隔11 min后到达车站，接入线束中另一条到发线前端，正常办理作业，与前一列车办理作业无冲突。

第三列万吨列车于开始后22 min到达车站，接入线束中一条到发线的尾端，机车放行作业与现有作业无冲突，但是朔黄机车调移作业与第一、二列万吨列车发车作业产生交叉干扰，故该项作业延迟19 min，导致第三列万吨列
车在站办理作业时间延长至 115 min。

第四列万吨列车在作业开始33 min后到达，接入剩余的一条到发线尾端，同样，朔黄机车调移作业与前方作业产生冲突，延迟17 min办理。

之后，受朔黄线万吨列车11 min追踪时间间隔限制，作业继续向
后延迟2 min，第四列万吨列车在站作业延长至115 min，到发线总占用时间为164 min。

线束中到发线轨道占用情况如图10所示（虚线表示轨道被占用）。

图10 线束中办理4列万吨列车作业轨道占用情况Fig.10 Operation process on grouping tracks occupied by four 10 000 tons trains
神池南站万吨列车作业改进方法的实质是充分利用神池南站到发线长度优势及到发线办理万吨列车作业时后半段轨道闲置的情况，将本需要两组线束同时办理或一组线束先后办理的 4列万吨列车作业集中于一组线束同时办理。

现行线束作业方法
需要 224min完成的作业，改进作业方法在最好的情况下只需要164 min完成，
作业时间消耗最多下降 26.79%，作业效率提升明显。

该改进方法受前端咽喉机车作业干扰，第3、4列万吨列车会受到一定程度干扰，导致出发延后。

其中，第3
列列车在作业开始后29～51 min、第4列在作业开始后40～60 min内到达对线束总作业时分不产生影响，降低了作业的时间要求。

2.2 利用1.5万吨列车办理空隙进行普通货物列车到发作业
1.5万吨列车在站作业时间较长，需要占用两侧到发线的前三段轨道，需要占用中部机走线作业时间较短，如图11所示。

负责办理1.5万吨列车作业的线束中，中部到发线尾端两段轨道处于长期空闲状态。

图11 办理4列1.5万吨列车线束轨道占用情况Fig.11 Operation process on grouping tracks occupied by four 15 000 tons trains
在负责办理 1.5万吨列车组合作业的线束中，中部机走线后两段轨道处于长期空闲状态，无作业任务。

这段到发线轨道的有效长超过1400m，但是不具备办理中部
机车摘解作业的条件，具备办理任何长度的普通货物列车到发作业。

普通货物列车作业办理过程如图 12所示，作业不需要其他到发线的参与，只需要一条到发线即可完成作业。

图12 普通货物列车作业过程示意图Fig.12 Operation process of regular freight trains
下面针对作业条件最差的情况，两列参与1.5万吨列车组合作业的普通货物列车追踪到达神池南站，在两列1.5万吨列车组合作业过程中，可以利用中部机车走行线尾端两端轨道办理普通货物列车到发作业。

由于中部到发线后两段轨道处于长期空闲状态，并且不会有机车或列车利用该段轨道调移，所以，普通货物列车在该段轨道办理作业与两侧轨道办理1.5万吨列车组合作业除机车调移和发车作业外无交叉干扰，可以同时办理作业。

作业过程如图13所示。

图13 改进线束办理2列1.5万吨列车组合作业过程Fig.13 Improved combined operation process of two 15 000 tons trains
由于普通货物列车到发作业需要占用中部到发线前端轨道和咽喉的作业为两次
5min作业，从开始到结束共 40min，所以，只要在 1.5万吨列车办理作业过程中，中部到发线前两段轨道以及前端咽喉空闲长度满足 40min，就能够利用中部到发
线后两段轨道办理一列普通货物列车到发作业，当前端咽喉和中部到发线再次出现空闲，就可以办理普通货物列车发车作业。

如图13所示，该线束分别在1.5万吨列车作业的两端空闲时间办理两列普通货物列车作业，并在保证不影响1.5万吨列车作业的情况下发出普通货物列车，轨道占用情况如图14所示。

图14 改进线束办理2列1.5万吨列车组合作业轨道占用情况示意Fig.14 Track occupying of improved combined operation process of two 15 000 tons trains
神池南站1.5万吨列车作业改进方法的实质是充分利用中部到发线尾端两端轨道长
期闲置情况，利用该两端轨道办理只需要一条到发线就可以完成作业的普通货物列车到发作业，能够在同一线束不影响 1.5万吨列车组合作业的基础上，完成两列普通货物列车作业。

现行线束作业方法完成2列1.5万吨列车作业需耗时213min，利用一组线束单独办理两列普通货物列车作业需耗时79min，作业时间消耗最多
下降27.05%，作业效率提升明显。

该作业方法以保证1.5万吨列车作业为基础，延长了普通货物列车在站待发时间。

在上述最不利的情况下，第一列普通货物列车待发时间 14min；第二列普通货物列车待发时间7min。

1.5万吨列车线束利用改进方法作业受到前方参与作业列车到达时间影响，应根据具体作业需要和朔黄线运行情况，调整列车发车顺序，选择列车待发时间最短的列车发车方案，有效利用线束作业能力。

3 神池南站线束作业改进方法实证分析
神池南站线束作业改进方法能够在不改变神池南站设备条件的基础上，尽可能发挥空闲到发线能力，挖掘神池南站到发线作业潜力，以改变神池南站到发线作业能力不足的现状。

下面通过案例设计分析神池南站作业改进方法效果。

本案例设计列车在站作业方案，办理2列1.5万吨列车（L）、15列万吨列车（W）占用5组线束，通过分析办理作业量及占用各项设备比率分析改进方法的优化效
果（单独使用第六组线束办理22列普通货物列车到发线利用率为62.9%）。

作业时间安排如表3所示（括号中的（+31）表示因作业干扰导致作业时间延长）。

表3 线束及咽喉占用情况表Tab.3 Occupying time standard of track groups and station throat线束名称/到发线编号办理列车编号接车占用咽喉时刻/min
发车占用咽喉时刻/min第一组线束 4 L1 0～5、62～69 189～200 6 L2 9～14、73～80 202～213第二组线束 7 W1 W5 18～25、84～91 121～130、165～174（+3）9 W2 W6 29～36、95～102 132～141、176～185（+3）第三组线束 10 W3 W7 40～47、106～113 143～152、215～224（+31）12 W4 51～
58 154～163第四组线束 13 W9 W13 128～135、172～179 231～240、275～284（+3）15 W10 W14 139～146、183～190 242～251、286～295（+3）
第五组线束 16 W11 W15 150～157、194～201 253～262、297～306（+3）18 W12 W16 161～168、205～212 264～273、308～317（+3）
（1）案例中办理作业占一天总工作量比例：
计算中完成工作量的比例，以一列普通货物列车为办理作业单位进行简化计算可得：（2）到发线使用率：
（3）进站咽喉区设备使用率：
（4）出站咽喉区设备使用率：
（5）若假设将普通货物列车固定于第六组线束办理，计算神池南站运用线束作业改进方法工作一天五组线束的利用率。

① 线束到发线占用总时间：
② 线束到发线利用率为：
通过神池南站线束作业改进方法，合理调整神池南站衔接线路的列车到发顺序，就能够在不进行设备改造、列车组合方案变更的情况下，实现到发线理论利用率由89.2%下降至 69.0%。

考虑实际生产运营中，作业条件的不完善，到发线利用率
会略高于理论值，但是相比原作业方法，有明显的效率提升，有效提高神池南站到发线作业能力、缓解到发线能力紧张的问题。

同时，到发线设备利用率低于咽喉设。