神池南站通過能力分析與優(yōu)化對(duì)策研究

代 斌

(國(guó)能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北 肅寧 062350)

神池南站位于山西省忻州市神池縣龍泉鎮(zhèn)境內(nèi)，是包神鐵路、新朔鐵路、朔黃鐵路的分界站，主要辦理神木北、肅寧北、外西溝、大新4個(gè)方向貨物列車的接發(fā)、編解、機(jī)車換掛和車輛技檢以及包神鐵路旅客列車的接發(fā)車作業(yè)。因此，針對(duì)性地分析神州南站的通過能力，有利于優(yōu)化神州南站的運(yùn)輸方案，從而提高運(yùn)輸效率。

車站的通過能力主要是由咽喉道岔組和到發(fā)線的通過能力及利用率來決定，許多學(xué)者[1]進(jìn)行了比較深入的研究。劉漢英等[2]通過平行進(jìn)路法和坐標(biāo)計(jì)算法來研究道岔分組的合理性，進(jìn)而研究咽喉通過能力。楊竟洵[3]對(duì)長(zhǎng)沙南站的通過能力影響因素進(jìn)行分析，研究表明，設(shè)備條件、列車運(yùn)行圖和作業(yè)環(huán)節(jié)限制是影響通行能力的主要因素。林矗立[4]通過采用減小列車間隔時(shí)間、均衡列車開行密度、完善站場(chǎng)設(shè)備、優(yōu)化到發(fā)線運(yùn)用等措施來進(jìn)一步提高車站通行能力。查偉雄等[5]提出站場(chǎng)布置限制、設(shè)備不足、閉塞設(shè)備薄弱，咽喉區(qū)利用率不高是影響車站通過能力的主因。趙鵬等[6]考慮對(duì)到發(fā)線和咽喉區(qū)進(jìn)行總體優(yōu)化，采用0-1整數(shù)規(guī)劃方法和模擬退火求解算法來進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)前，學(xué)者們對(duì)于車站通行能力的研究多集中在咽喉區(qū)、到發(fā)線通過能力及一般的高速鐵路車站上，而對(duì)重載鐵路車站通過能力的研究較少。

基于上述研究背景，結(jié)合神池南站站場(chǎng)布局，對(duì)神池南站咽喉道岔組和到發(fā)線的通過能力及利用率進(jìn)行計(jì)算，綜合分析神池南站通過能力的影響因素，從而提出提升神池南站通過能力的方案。

1 車站概況

神池南站中心里程位于朔黃線0 km 0 m。車站分為2個(gè)車場(chǎng)，Ⅰ場(chǎng)主要辦理接入朔黃鐵路到達(dá)的空車，并將空車發(fā)往包神鐵路、新朔鐵路，即神木北、外西溝方向；Ⅱ場(chǎng)主要辦理接入包神鐵路、新朔鐵路到達(dá)的重車，并將其發(fā)往朔黃鐵路，即黃驊港方向。神池南站站場(chǎng)圖如圖1所示。

圖1 神池南站站場(chǎng)示意圖

Ⅰ場(chǎng)共18條股道，其中Ⅰ-2、Ⅰ-5、Ⅰ-8、Ⅰ-11、Ⅰ-14、Ⅰ-17為機(jī)走線，同時(shí)兼到發(fā)線，其余為上下行貨物列車到發(fā)線，中部設(shè)置腰岔；Ⅱ場(chǎng)共24條股道，其中Ⅱ-1為上下行旅客、貨物列車到發(fā)線，Ⅱ-2、Ⅱ-3、Ⅱ-4為正線兼上行貨物列車到發(fā)線，Ⅱ-5、Ⅱ-8、Ⅱ-11、Ⅱ-14、Ⅱ-17、Ⅱ-20為機(jī)走線，同時(shí)兼上行貨物列車到發(fā)線，Ⅱ-22、Ⅱ-23、Ⅱ-24為調(diào)車線，其余為上下行貨物列車到發(fā)線，中部設(shè)置腰岔。

2 神池南站通過能力計(jì)算

2.1 到發(fā)線通過能力

到發(fā)線通過能力是指到發(fā)場(chǎng)中辦理列車到發(fā)作業(yè)線路一晝夜能夠接、發(fā)各方向的貨物(旅客)列車數(shù)和運(yùn)行圖規(guī)定的旅客(貨物)列車數(shù)[7]。

對(duì)各項(xiàng)作業(yè)的占用時(shí)間等進(jìn)行了寫實(shí)查定，采用直接計(jì)算法來計(jì)算到發(fā)線通過能力

(1)

式中,N到(發(fā))為貨物列車到發(fā)線通過能力；M為扣除本務(wù)機(jī)車及調(diào)車機(jī)車走行后，到達(dá)(出發(fā))場(chǎng)可用辦理列車技術(shù)作業(yè)的線路數(shù)；γ為到發(fā)線空費(fèi)系數(shù)，取值0.2；∑t固為接發(fā)貨物列車，定時(shí)取送車輛等固定作業(yè)占用到發(fā)線時(shí)間(不包括摘掛列車占用到發(fā)線的時(shí)間)，取值0。

(1)Ⅰ場(chǎng)到發(fā)線通過能力。根據(jù)朔黃鐵路調(diào)度指揮數(shù)據(jù)，2020年Ⅰ場(chǎng)和Ⅱ場(chǎng)實(shí)際各類型列車占用時(shí)間如表1和表2所示。根據(jù)到發(fā)線通過能力直接計(jì)算法可得到：Ⅰ場(chǎng)到發(fā)線能力為一晝夜辦理2萬(wàn)t空車35列，萬(wàn)噸空車107列，普列空車60列。

表1 Ⅰ場(chǎng)各類型列車占用時(shí)間

表2 Ⅱ場(chǎng)各類型列車占用時(shí)間

(2)Ⅱ場(chǎng)到發(fā)線通過能力。根據(jù)到發(fā)線通過能力直接計(jì)算法可得到：肅寧北方向到發(fā)線能力為一晝夜辦理肅寧北方向接發(fā)列車121對(duì)(2萬(wàn)t 35對(duì)，萬(wàn)噸38對(duì)，普列48對(duì))；大新方向到發(fā)線能力為一晝夜辦理接發(fā)列車19對(duì)(萬(wàn)噸6對(duì)，普列13對(duì))。

2.2 咽喉通過能力

咽喉通過能力為咽喉區(qū)各進(jìn)路咽喉道岔組通過能力之和[8-9]。其中，咽喉道岔組通過能力是指某方向接、發(fā)車進(jìn)路上最繁忙的道岔組一晝夜能夠接、發(fā)該方向的貨物(旅客)列車數(shù)和運(yùn)行圖規(guī)定的旅客(貨物)列車數(shù)。咽喉道岔組通過能力利用率[5]

(2)

式中,T為咽喉道岔(組)總占用時(shí)間；t為咽喉道岔(組)各項(xiàng)固定作業(yè)占用時(shí)間；γ為考慮咽喉道岔(組)的空費(fèi)時(shí)間和間接妨礙時(shí)間的扣除系數(shù)，取值0.15。

(1)Ⅰ場(chǎng)咽喉通過能力。Ⅰ場(chǎng)限制咽喉在接車咽喉，一晝夜辦理2萬(wàn)t空車22列，萬(wàn)噸空車75列，普列空車31列。Ⅰ場(chǎng)咽喉通過能力如表3所示。

表3 Ⅰ場(chǎng)咽喉通過能力

(2)Ⅱ場(chǎng)咽喉通過能力。肅寧北方向限制咽喉在Ⅱ場(chǎng)發(fā)車咽喉，一晝夜辦理肅寧北方向接發(fā)列車101列(2萬(wàn)t 33列，萬(wàn)噸39列，普列29列)；一晝夜辦理大新方向接發(fā)列車42列(萬(wàn)噸28列，普列14列)。Ⅱ場(chǎng)咽喉通過能力如表4所示。

表4 Ⅱ場(chǎng)咽喉通過能力

3 能力影響因素分析

影響車站通過能力的因素有許多[10]，分析計(jì)算結(jié)果可知，限制神池南站通過能力的瓶頸主要在咽喉區(qū)道岔及到發(fā)線與牽出線。結(jié)合車站現(xiàn)狀具體分析，影響神池南站通過能力的主要因素如下。

3.1 國(guó)家能源集團(tuán)管內(nèi)車體使用限制

神池南站Ⅱ場(chǎng)到發(fā)線有效長(zhǎng)按照接發(fā)2萬(wàn)t列車能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是目前神池南站Ⅱ場(chǎng)接入的C64、C70萬(wàn)噸列車編組情況是：C64萬(wàn)噸列車為SS4機(jī)車+66輛C64+SS4機(jī)車+66輛C64+列尾裝置，列車編組長(zhǎng)度1 874.4 m；C70萬(wàn)噸列車為SS4機(jī)車+58輛C70+SS4機(jī)車+58輛C70+列尾裝置，列車編組長(zhǎng)度1 663.2 m，均大于Ⅱ場(chǎng)朔黃到發(fā)線AB段或CD段有效長(zhǎng)(見圖2和圖3)，C64、C70到達(dá)方向的萬(wàn)噸列車進(jìn)站后需占用整條到發(fā)線進(jìn)行列車改編作業(yè)，造成該條2萬(wàn)t到發(fā)線僅能作萬(wàn)噸到發(fā)線使用，極大地占用了神池南站Ⅱ場(chǎng)到發(fā)線能力。

圖2 神池南站Ⅱ場(chǎng)朔黃到發(fā)線有效長(zhǎng)

圖3 神池南站Ⅱ場(chǎng)朔黃到發(fā)線減兩端電脫

但神池南站Ⅱ場(chǎng)一條朔黃到發(fā)線可同時(shí)接發(fā)2列C80萬(wàn)噸，因此通過增加開行C80萬(wàn)噸列車可以提高到發(fā)線的利用率。在實(shí)際日均車流的基礎(chǔ)上，調(diào)整朔黃C64、C70、C80萬(wàn)噸列開行數(shù)量，可明顯提高車站貨物運(yùn)輸量，調(diào)整前、調(diào)整后車站最終完成的貨物運(yùn)輸量見圖4。備注：類型1為發(fā)朔黃2萬(wàn)t；2為發(fā)C80萬(wàn)噸；3為發(fā)C70萬(wàn)噸；4為發(fā)C64萬(wàn)噸；5為發(fā)C80普列；6為發(fā)C70普列；7為發(fā)C64普列；8為大新萬(wàn)噸；9為大新普列。

圖4 車站最終完成貨物運(yùn)輸量

3.2 列車編組模式限制

(1)C80組合萬(wàn)噸列車編組模式限制。神池南站Ⅱ場(chǎng)一條到發(fā)線(1道除外)可接入2列C80萬(wàn)噸列車，但僅限于2列C80單元萬(wàn)噸列車。若C80組合萬(wàn)噸列車接入到發(fā)線AB段時(shí)，由于萬(wàn)噸列車需占用整條到發(fā)線30 min辦理組合作業(yè)，后續(xù)才能接入CD段C80萬(wàn)噸列車，導(dǎo)致到發(fā)線AB段每接入一列C80組合萬(wàn)噸列車，平均消耗到發(fā)線CD段使用時(shí)間20 min。若C80組合萬(wàn)噸列車接入到發(fā)線CD段時(shí)，由于CD段萬(wàn)噸列車組合作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，平均組合作業(yè)時(shí)間45 min，延長(zhǎng)列車占用到發(fā)線時(shí)間。到發(fā)線CD段接入單元萬(wàn)噸列車，到發(fā)線CD段每接入一列C80組合萬(wàn)噸列車，列車占用到發(fā)線時(shí)間平均延長(zhǎng)35 min。另外，C80萬(wàn)噸列車在CD段組合需占用機(jī)車走行線，干擾鄰近到發(fā)線機(jī)車轉(zhuǎn)線，間接影響Ⅱ場(chǎng)到發(fā)線的使用。

(2)C64、C70萬(wàn)噸列車編組模式限制。C64、C70萬(wàn)噸列車進(jìn)站后需在到發(fā)線進(jìn)行分解組合，平均增加了35 min列車分解組合作業(yè)時(shí)間，影響車站到發(fā)線的利用率。

(3)2萬(wàn)t列車編組模式限制。2萬(wàn)t編組模式為交流機(jī)車+108輛C80車體+交流機(jī)車+108輛C80車體+可控列尾?，F(xiàn)階段，C80單元萬(wàn)噸加C80單元萬(wàn)噸編組的2萬(wàn)t列車平均占用到發(fā)線時(shí)間為228 min，占比為47.04%；C80組合萬(wàn)噸加C80單元萬(wàn)噸編組的2萬(wàn)t列車平均占用到發(fā)線時(shí)間為255 min，占比為52.6%；C80組合萬(wàn)噸加C80組合萬(wàn)噸編組的2萬(wàn)t列車平均占用到發(fā)線時(shí)間為280 min，占比為1%。C80單元萬(wàn)噸加C80單元萬(wàn)噸編組的2萬(wàn)t列車占用到發(fā)線時(shí)間最短，效率較高，但編組比例較少。

3.3 機(jī)車換掛作業(yè)限制

神池南站Ⅱ場(chǎng)到發(fā)線接入上行重車后，包神到達(dá)機(jī)車由Ⅱ場(chǎng)轉(zhuǎn)至Ⅰ場(chǎng)掛下行空車車體開行；神池南站Ⅰ場(chǎng)到發(fā)線接入下行空車后，朔黃到達(dá)機(jī)車入庫(kù)整備，從折返段出庫(kù)后掛上行重車車體開行。機(jī)車轉(zhuǎn)場(chǎng)過程中對(duì)咽喉和線路的占用限制了神池南站Ⅱ場(chǎng)到發(fā)線的使用。

(1)機(jī)車換掛作業(yè)占用到發(fā)線。包神、新朔列車進(jìn)入Ⅱ場(chǎng)到發(fā)線后，摘掛機(jī)車作業(yè)平均占用到發(fā)線時(shí)間12 min，一晝夜由于進(jìn)行機(jī)車摘掛作業(yè)消耗到發(fā)線總占用時(shí)間1 452 min。另外，同一線束的列車辦理出發(fā)作業(yè)由于對(duì)道岔的占用可能影響到達(dá)機(jī)車轉(zhuǎn)線作業(yè)，延長(zhǎng)到達(dá)列車占用到發(fā)線時(shí)間。

(2)機(jī)車轉(zhuǎn)線與東咽喉發(fā)車交叉。朔黃機(jī)車出庫(kù)掛車時(shí)，與Ⅱ場(chǎng)東咽喉發(fā)車作業(yè)存在交叉干擾，由于朔黃機(jī)車出庫(kù)掛車導(dǎo)致上行重車待發(fā)時(shí)間平均延長(zhǎng)4～5 min，一晝夜由于出發(fā)機(jī)車東咽喉轉(zhuǎn)線作業(yè)延長(zhǎng)到發(fā)線使用時(shí)間約400 min，限制車站到發(fā)線能力的提升。

3.4 列檢技術(shù)檢查作業(yè)限制

包神線、新朔線經(jīng)神池南站出入朔黃線的中轉(zhuǎn)列車，Ⅱ場(chǎng)在“TFDS”設(shè)備動(dòng)態(tài)檢查前，比Ⅰ場(chǎng)下行列車進(jìn)站后使用“TFDS”設(shè)備動(dòng)態(tài)檢查，技檢時(shí)間長(zhǎng)，占上行列車在站停留時(shí)間的1/3。

若Ⅱ場(chǎng)上行列車比照Ⅰ場(chǎng)下行列車進(jìn)站后使用“TFDS”設(shè)備動(dòng)態(tài)檢查，重車技術(shù)檢查時(shí)間均為20 min，則朔黃普通重車(無改編)站停時(shí)間104.8 min，朔黃單元萬(wàn)噸重車(無改編)站停時(shí)間96.1 min，朔黃1+1組合萬(wàn)噸列車(重車)站停時(shí)間129.3 min，神朔機(jī)車組合單元萬(wàn)噸列車站停時(shí)間118.5 min，朔黃本務(wù)機(jī)車組合單元萬(wàn)噸列車站停時(shí)間131.9 min，2萬(wàn)t列車站停時(shí)間230 min。大新萬(wàn)噸重車站停時(shí)間216.4 min，普列重車117.6 min。站裝車固定作業(yè)占用到發(fā)線時(shí)間83.4 min。

基于以上數(shù)據(jù)對(duì)神池南站能力進(jìn)行測(cè)算，可得車站接朔黃方向列車146對(duì)，大新方向列車18對(duì)。以發(fā)車為運(yùn)輸量來計(jì)算肅寧北方向109對(duì)(2萬(wàn)t 37列，萬(wàn)噸49列，普列23列)；大新方向18對(duì)(萬(wàn)噸5列，普列13列)。

4 提高神池南站通過能力對(duì)策

根據(jù)影響神池南站通過能力的影響因素分析可知，神池南站通過能力主要由咽喉能力和到發(fā)線能力等影響因素限制，對(duì)此提出提高咽喉能力、到發(fā)線能力對(duì)策和設(shè)備養(yǎng)護(hù)方案。

4.1 提高咽喉能力對(duì)策

(1)加大2萬(wàn)t及1.6萬(wàn)t列車開行配比。假設(shè)在現(xiàn)有機(jī)車及車輛條件下，按照2萬(wàn)t列車編組最大能力，通過優(yōu)化車流組織、按照咽喉占用時(shí)間最短的原則進(jìn)行計(jì)算，一晝夜可辦理發(fā)2萬(wàn)t列車36列、1.6萬(wàn)t列車4列，對(duì)比現(xiàn)有運(yùn)輸量：肅寧北方向97對(duì)(2萬(wàn)t 36對(duì)，1.6萬(wàn)t 4對(duì)，萬(wàn)噸40對(duì)，普列17對(duì))，大新方向19對(duì)(萬(wàn)噸6對(duì)、普列13對(duì))，可節(jié)省東咽喉占用時(shí)間129 min。東咽喉通過能力得到釋放。

(2)優(yōu)化機(jī)車出入庫(kù)。由現(xiàn)有2臺(tái)機(jī)車出入庫(kù)改為4臺(tái)機(jī)車在機(jī)待線集結(jié)后同時(shí)出入庫(kù)，并將交流機(jī)車、直流機(jī)車均衡交叉出入庫(kù)，可減少機(jī)車出入庫(kù)對(duì)聯(lián)2線發(fā)車及下行接車的影響，一晝夜機(jī)車東咽喉轉(zhuǎn)線作業(yè)減少出發(fā)列車對(duì)到發(fā)線占用200余min。

4.2 提高到發(fā)線能力對(duì)策

(1)大新方向列車在站通過。大新方向列車在神池南站按通過辦理，可壓縮到發(fā)線總占用時(shí)間2 687.9 min，可節(jié)省1.8條到發(fā)線。

(2)利用西腰岔組合單元萬(wàn)噸列車。利用Ⅱ場(chǎng)CD段西腰岔進(jìn)行組合萬(wàn)噸作業(yè)，按照列車走行距離計(jì)算，可減少近1 100 m走行距離，既可減少作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，又可縮短組合作業(yè)時(shí)間近30 min。

(3)調(diào)整包神鐵路萬(wàn)噸列車編組模式。2020年1列C80組合萬(wàn)噸列車組合作業(yè)時(shí)間為30 min，若神木北方向上行C80車體全部開行4+0編組模式或3+0編組模式的單元萬(wàn)噸，可壓縮神池南站Ⅱ場(chǎng)到發(fā)線占用時(shí)間540 min。

4.3 設(shè)備維修養(yǎng)護(hù)建議

(1)持續(xù)推進(jìn)綜合維修。持續(xù)推行站場(chǎng)股道綜合維修、道岔工電聯(lián)整，滿足各工隊(duì)同時(shí)作業(yè)的需求，有利于安全生產(chǎn)，有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，有利于提高設(shè)備質(zhì)量。

(2)減少施工限速。建議神池南至北大牛區(qū)段大型養(yǎng)路機(jī)械及穩(wěn)定車作業(yè)全部采取“三搗兩穩(wěn)”作業(yè)模式，減少限速時(shí)間，為列車運(yùn)行提供良好的條件。

5 結(jié)論

神池南站作為是國(guó)家“西煤東運(yùn)”的重要通道上三線交匯的重要編組站，在全國(guó)鐵路網(wǎng)和國(guó)家能源鐵路網(wǎng)中占有重要的戰(zhàn)略地位，車站能力的提升對(duì)于提高通道的運(yùn)煤能力有重要的意義。通過對(duì)到發(fā)線能力和咽喉能力的分析計(jì)算，研究了神池南站通過能力與優(yōu)化對(duì)策，得到如下結(jié)果：

(1)車體使用限制、列車編組模式限制和機(jī)車換掛作業(yè)限制是影響車站通過能力的主要因素。

(2)加大2萬(wàn)t及1.6萬(wàn)t列車開行配比、壓縮包神機(jī)車站內(nèi)周轉(zhuǎn)時(shí)間和優(yōu)化機(jī)車入庫(kù)可以有效提升咽喉能力。

(3)列車在站通過、利用西腰岔組合單元萬(wàn)噸列車和調(diào)整包神鐵路萬(wàn)噸列車編組模式可以有效提升到發(fā)線能力。

(4)持續(xù)推進(jìn)綜合維修和減少施工限速，有利于更好地提升車站的能力，提高點(diǎn)線能力協(xié)調(diào)性。