青盐铁路动货列车区间禁止交会对通过能力影响分析

Impact of Prohibiting Crossings Between Electric Multiple Units and Freight Trains on Throughput Capacity of Qingdao-Yancheng Railway

摘要

针对青盐铁路运能矛盾，结合动力分散动车组和货物列车区间不交会的规定，分析动货区间禁止交会对青盐铁路通过能力的影响。青盐铁路是按时速200 km标准建成并运营的国家Ⅰ级铁路，作为董家口港的铁路疏运通道，货运需求巨大。目前青盐铁路运输组织模式为客货分时、区间动货不交会模式，对通过能力影响大。通过分析青盐铁路货物列车开行需求及开行情况，基于青盐铁路货物列车运行径路及行车组织特点，运用理论分析和运行图实际分析取值，求得青盐铁路货物列车的扣除系数，进而分析对通过能力的影响并提出相应的运输组织建议。

Abstract

Regarding the capacity conflict of the Qingdao-Yancheng Railway, this paper analyzed the impact of the regulation that electric multiple units (EMUs) and freight trains should not meet within the railway sections on the throughput capacity of Qingdao-Yancheng Railway. The Qingdao-Yancheng Railway is a national Class I railway constructed and operated according to a standard speed of 200 km/h. As a crucial rail transport corridor for Dongjiakou Port, it faces a strong demand for freight transportation. Currently, the railway’s transportation organization model separates passenger and freight trains by time and prohibits the crossing of passenger and freight trains within the sections, which significantly affects its throughput capacity. By analyzing the demand for and operation of freight trains on the Qingdao-Yancheng Railway, and based on the characteristics of the route and traffic organization of these trains, both theoretical analysis and actual data from the working diagram were used to determine the deduction coefficient for freight trains on this railway. This allows for further analysis of the impact on throughput capacity and provides tailored recommendations for transportation organizations.

Graphical abstract

关键词

青盐铁路 / 动货交会 / 通过能力 / 扣除系数 / 运输组织

Key words

Qingdao-Yancheng Railway / Electric Multiple Unit-Freight Train Crossing / Throughput Capacity / Deduction Coefficient / Transportation Organization

0　引言

青盐铁路(青岛北—盐城北)全长428 km，为国家Ⅰ级客货共线铁路，线路允许速度200 km/h，为标准CTCS-2级区段，其中中国铁路济南局集团有限公司(以下简称“济南局集团公司”)管内196 km，北端与胶黄线(胶州—黄岛)在洋河口站接轨，南端与新石线(新乡—日照)在日照西站接轨。青盐铁路走向示意图如图1所示。

青盐铁路客运主要承担青岛、日照、连云港、盐城沿海城市间客流及满足山东东部南下客流需求。货运除承担董家口港集疏运港口货运量，还承担山东东部、东北与苏北、上海、浙江等地的通过运量^[1]，在满足客运的前提下，货运通道能力已无法满足董家口港的疏运需求，运能矛盾非常突出。

限制青盐铁路通过能力提升的主要因素是禁止动力分散载客动车组列车与货物列车在区间内交会(以下简称“禁止动货交会”)，其目的是为防止货车车顶残留货物或者货车货物装载不良击打邻线的动车组列车。分析计算动货禁止交会对通过能力的影响成为一个亟需解决的现实难题。

目前我国铁路通过能力计算主要采用扣除系数法，但其主要面向客货共线的普速铁路，也不涉及动货交会问题，因此无法直接应用于青盐铁路。结合青盐铁路行车组织特点，通过理论分析和运行图实际分析取值，求出青盐铁路货物列车的扣除系数，进而分析对通过能力的影响并提出建议。

1　青盐铁路货物列车开行需求分析

青盐铁路的董家口南站承担董家口港的铁路集疏运任务，董家口港规划建设世界上最大的40万t级矿石码头和45万t级油码头，重点打造国家能源储运中心和大宗散货临港产业集群。董家口港区规划年通过能力5.3亿t^[2]。董家口港初近远期集疏运量预测如表1所示。

董家口港作为青岛港集团重点发展的新港区，2022年董家口港大宗货物年疏港量总计为6 255万t，其中铁路疏运量为2 481万t，占比39.7%；粮食、木材等散货疏港量为813万t，其中铁路疏运量为152万t，占比18.7%^[3]。按照山东省“公转铁”运输方案要求，未来董家口港的铁路疏运量近期目标为5 553万t/a，远期目标为6 815万t/a^[4]。

青盐铁路目前图定货物列车为39对/d，年发送量约2 600万t，到达约400万~500万t。随着董家口港的不断建设成型，货物集疏运总量也将不断提升，按照董家口港近远期5 553万t/a，6 815万t/a的预测铁路疏运量，若考虑利用青盐铁路承担新增货运需求，货运缺口达3 800万t，无法满足“双碳”“公转铁”系列政策的推进落实，运输需求和通道能力之间的矛盾尤为突出。

2　青盐铁路客货列车开行情况分析

青盐铁路货物列车运行区段是董家口南—洋河口(北方向)、董家口南—日照西(南方向)。董家口南站装车品类以铁矿石、非金属矿、集装箱为主，装车去向以到北京、太原、郑州、兰州局集团公司和济南局集团公司管重为主^[4-6]。2019—2022年董家口南站外局使用车去向汇总如图2所示。具体来看北方向货运量主要为经胶黄、胶济线(济南—四方)输送董家口港至潍坊、淄博等胶济线沿线地区及德州、邯郸以远的金属矿石运量，以及部分董家口港至胶东半岛地区的集装箱运量；南方向货运量主要为董家口港至临沂、临汾、西安及陇海线沿线地区的金属矿石及集装箱运量。

2024年第三季度列车运行图青盐铁路动车组列车日常线67对/d (直通列车47对/d，管内20对/d)，货物列车39对/d (北方向21对/d，南方向18对/d)。货物列车均在董家口南站始发终到，董家口南站设计装车能力46列/d、卸车能力18.8列/d，2024年1—7月，日均到达26列，出发26列。目前运输组织中，北方向主要由济西站、东风站、蓝村西站经胶济线下行给董家口南站配空，南方向由兖州北站经兖石线(兖州北—日照)下行给董家口南站配空。因青盐铁路区间禁止动货交会影响，配空车和装后重车必须集中在15：00—16：00，22：30—天窗前，天窗后—7：30这3个时间段密集到发。

另外在实际运输组织中，董家口南站货车很难做到按图定间隔7 min追踪开行，一是董家口南站至李家庄线路所这一区间长度较小，下行区间2 229 m，上行区间2 121 m，仅有2个闭塞分区，不符合区间四显示自动闭塞追踪运行条件，后续列车一直接收黄灯，无法达速。二是作业过程中，前行列车从股道内启动，运行限速较低，至区间一离去轨道电路出清后，续行列车才可开放出站信号，根据咽喉区长度测算写实约需5~6 min。三是董家口南站Ⅰ场到发线19条，其中2条正线，4条未挂接触网，实际具备接发列车条件的到发线仅为13条，在连续开行追踪列车的间隔内必须兼顾到达列车以及站内调车机的转线和车列的取送，作业交叉严重影响货物列车发车的连续性。受此影响连发间隔现场作业实际为10 min左右，较图定能力下降30%左右，造成基本运行图的兑现在实际生产中有一定难度。李家庄线路所至董家口南站区间里程示意图如图3所示。

3　动车组与货物列车不交会对通过能力影响的理论分析

动车组与货物列车区间不交会时，存在2种开行方式：一是车站交会的方式，即动车组和货物列车在同一时段混合开行，但不在区间交会，这必然要求安排在车站进行交会；二是动车组和货物列车分时段开行的方式^[7-8]。下面具体分析这2种开行方式对通过能力的影响。

3.1　动车组货物列车车站交会方式

动车组与货物列车不分时段开行时，在车站交会存在2种情况，一是动车组在站停车，对向货物列车通过车站；二是货物列车在站停车，对向动车组通过车站。动车组与货物列车不分时段在车站交会图如图4所示。

车站交会的方式下，为避免动车组与对向货物列车在区间产生交会，二者的开行结构将类似于单线铁路。以图4左侧动车组列车在站待避对向货物列车时为例，无动货交会时下行方向相邻两列动车组的发车间隔就是追踪间隔I，当存在动货交会时，动车组需运行至前方站后，前方站才能再向本区间发出对向货物列车，只有当货物列车到站后方能再次开行下一列动车组列车，由于动货交会导致无法开行动车组列车的时长为t_{\mathrm{区间}\mathrm{运行}\mathrm{时间}}^{\mathrm{动车}}+t_{\mathrm{区间}\mathrm{运行}\mathrm{时间}}^{\mathrm{货物}\mathrm{列车}}+{\mathrm{\tau }}_{\mathrm{不}}。

以上仅就一个区间而言，当从全线的角度来考虑时，则需要将各区间对动车组开行时长影响最大的区间作为限制性区间，即从全线而言，货物列车开行对动车组开行时间的限制长度为\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}\{T_{\mathrm{周}}\}，相应地，货物列车在对向产生的扣除系数为\frac{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}\{T_{\mathrm{周}}\}}{I}。

需要注意的是，以上分析是以中间站到发线容量满足停车待避要求的前提下进行的。当到发线容量不足以停放对向待避列车，则该站相邻两区间的影响会叠加，即相邻两区间可作为一个区间对待，对应扣除系数还会进一步增大^[5-8]。例如，青盐铁路开行货物列车区段为南、北两方向，北方向为三站两区间，南方向为四站三区间，去除没有到发线的草桥村线路所和合村线路所，实际北方向满足货物列车待避动车组要求的只有青岛西站，南方向只有两城站。在考虑图定动车组越行以及到发线占用的极端情况下货物列车运行整个区段内都不允许开行动车组列车，因此可将货物列车的运行区段作为一个区间计算其在对向的扣除系数，即\frac{t_{\mathrm{全程}\mathrm{运行}\mathrm{时间}}^{\mathrm{动车}}+t_{\mathrm{全程}\mathrm{运行}\mathrm{时间}}^{\mathrm{货物}\mathrm{列车}}+{\tau }_{\mathrm{不}}}{I}。

综合以上分析结果可知，货物列车对于对向列车的扣除系数介于\frac{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}\{T_{\mathrm{周}}\}}{I}和\frac{t_{\mathrm{全程}\mathrm{运行}\mathrm{时间}}^{\mathrm{动车}}+t_{\mathrm{全程}\mathrm{运行}\mathrm{时间}}^{\mathrm{货物}\mathrm{列车}}+{\tau }_{\mathrm{不}}}{I}之间。

需要说明的是，货物列车运行的正点率难以保证，其一旦出现早点或晚点，就会造成动车组与货物列车在区间交会的风险，因此实际中采用动货在车站交会存在一定的运输组织困难。

3.2　动车组货物列车分时段运行方式

根据上述分析，若动货不分时段，则有很大的能力损失，且晚点后对运输组织的影响较大。为此，应考虑动货分时段开行的运输组织模式。动车组开行一般为满足客运需求，基本在7：00—24：00之间开行，而货物列车的开行时间则相对灵活，因此具备分时段开行的条件，此类分时段运行的场景下，货物列车不占用动车组列车正常开行时间，因此也不宜以扣除系数的方式进行计算，但该方式下货物列车开行数量存在上限。有效开行时间内最多开行货物列车对数图如图5所示，其有效开行范围应在动车组开行时段以外，即t_{\mathrm{最早}\mathrm{出发}\mathrm{时间}}^{\mathrm{动车}}-t_{\mathrm{最晚}\mathrm{到达}\mathrm{时间}}^{\mathrm{动车}}。考虑到动车组停开的同时，需要开设天窗以满足线路设备检修的要求，因此实际可供货物列车开行的时间为动车组停开时段t_{\mathrm{最早}\mathrm{出发}\mathrm{时间}}^{\mathrm{动车}}-t_{\mathrm{最晚}\mathrm{到达}\mathrm{时间}}^{\mathrm{动车}}减去天窗时间T_{\mathrm{天窗}}及其影响的三角区时长t_{\mathrm{运行}\mathrm{时间}}^{\mathrm{货物}\mathrm{列车}}，对应可开行的货物列车对数为\frac{t_{\mathrm{最早}\mathrm{出发}\mathrm{时间}}^{\mathrm{动车}}-t_{\mathrm{最晚}\mathrm{到达}\mathrm{时间}}^{\mathrm{动车}}-T_{\mathrm{天窗}}-t_{\mathrm{运行}\mathrm{时间}}^{\mathrm{货物}\mathrm{列车}}}{I}。

除上述分时段开行方式外，货物列车也可在日间个别时段开行，日间开行时段货物列车对数图如图6所示。

以上行动车组列车停止发车的时间范围T为例，其导致上行动车组列车少开行了\frac{t_e-t_s-I_{\mathrm{动车}}}{I_{\mathrm{动车}}}列。而下行货物列车需自上行方向动车组列车终到时起(t_s+t_{\mathrm{运行}\mathrm{时间}}^{\mathrm{动车}})方可发车，在上行方向动车组始发t_e时起即停止到达，因此下行货物列车可开行\frac{t_e-t_s-t_{\mathrm{运行}\mathrm{时间}}^{\mathrm{动车}}-t_{\mathrm{运行}\mathrm{时间}}^{\mathrm{货物}\mathrm{列车}}}{I_{\mathrm{货物}\mathrm{列车}}}+\mathrm{1}列。换算可知货物列车对于对向动车组列车的扣除系数为\frac{⌊\frac{t_e-t_s}{I_{\mathrm{动车}}}⌋}{⌊\frac{t_e-t_s-t_{\mathrm{运行}\mathrm{时间}}^{\mathrm{动车}}-t_{\mathrm{运行}\mathrm{时间}}^{\mathrm{货物}\mathrm{列车}}}{I_{\mathrm{货物}\mathrm{列车}}}⌋+\mathrm{1}}。t_e-t_s为货物列车开行时段的长度，将该长度作为自变量，以青盐铁路洋河口—草桥村线路所参数代入(即动车组追踪间隔5 min，货物列车追踪间隔7 min，动车组运行时间22.2 min，货物列车运行时间47 min)，可以得到货物列车开行时段长度与货物列车扣除系数的关系，货物列车开行时段长度与货物列车扣除系数的关系如图7所示。

由此可见，货物列车对于对向动车组的扣除系数随着开行时段的增加而呈现波动下降的趋势，最大的为预留开行时间为70 min时，对应扣除系数达到13；开行时间为87 min左右时，扣除系数可降至5；开行时间为94 min左右时，扣除系数可降至4；开行时间为115 min左右时，扣除系数可降至3；开行时间为190 min左右时，扣除系数可降至2；随后随着开行时间的增加而继续降低，并无限逼近1.4。

4　基于实际运行图的青盐铁路货物列车扣除系数分析

目前青盐铁路货物列车开行实际上也采取了分时段开行的方式，由于其货物列车开行需求较大，因此其既在夜间非动车组开行时段内开行货物列车，也在日间开行，即2种场景均有覆盖。

4.1　天窗前后开行货物列车

以开行数量较多的洋河口—董家口南区段下行货物列车为例，上行最后一趟动车组到达洋河口(22：09)后，第一趟货物列车发出(22：11)，随后以约7 min的间隔连续发车，直至23：04发出该时段最后一趟货物列车(23：59到达董家口站)，共开行8列。

天窗结束后，04：16发出第一趟货物列车，至06：23发出该时段最后一趟货物列车07：10通过草桥村线路所(对向旅客列车最早07：29在草桥村线路所通过)，该时段内未紧密开行，货物列车仅开行8列。青盐铁路夜间货物列车开行基本图如图8所示。

4.2　日间开行货物列车

仍以开行数量较多的洋河口—董家口南区段下行货物列车为例，上行最后一趟旅客列车到达洋河口(14：50)后，第一趟货物列车发出(14：57)，随后以7 min的间隔连续发车，直至15：25发出该时段最后一趟货物列车(16：12通过草桥村线路所)，共开行5列。青盐铁路日间货物列车开行基本图如图9所示。

上行动车组列车受此影响，在草桥村线路所14：30通过最后一趟(即14：50到洋河口)，直至下行货物列车开行完毕，16：14才继续开行。该时段共计104 min，动车组追踪间隔为5 min，若不开行货物列车，可开行(104-5)/5≈20列。

由此可见，货物列车对于对向动车组列车的扣除系数为4。该系数比前文计算结果偏大，主要是因为动车组在14：50到洋河口后，并未立即发出货物列车。

4.3　青盐铁路通过能力分析

使用扣除系数法计算通过能力是基于运行图基本为平图、基本列车可紧密铺画、非基本列车数量较少的前提^[9-10]。研究中确定动车组为基本列车，货物列车为非基本列车，而后以基本列车占用运行图的时分作为标准，通过理论分析确定非基本列车与基本列车占用运行图时分之间的当量关系，即扣除系数，进而从基本列车的平图能力中扣除非基本列车占用的能力，作为基本列车的通过能力，最后再加上非基本列车数，即为区段的通过能力^[11-13]。

青盐铁路目前运输组织模式下，开行的货物列车远比动车组列车少，在运行图上只占一小部分，而运行图的大部分仍具有平行运行图特征。而且青盐铁路运输模式为动货分时开行，且动车速度标尺均为200 km/h(只有一对动力集中式动车组为160 km/h标尺)，为方便研究，可不考虑基本列车因速差和停站引起的能力扣除。因此，青盐铁路的平图通过能力N_{\mathrm{平}}=\frac{\mathrm{1}\mathrm{440}-t_{\mathrm{天窗}}-t_{\mathrm{三角}}}{I}。实际青盐铁路在动货分时不交会运行的通过能力N_{\mathrm{实}}=N_{\mathrm{平}}-\left({\epsilon }_{\mathrm{货}}-\mathrm{1}\right)n_{\mathrm{货}}。其中，I取追踪时间5 min，{\epsilon }_{\mathrm{货}}根据上文计算取值4，可算得实际通过能力为111对/d，根据现行运行图分析能力利用率已达95.5%。由以上分析可知，青盐铁路目前通过能力利用已接近饱和，叠加实际生产组织和理论分析的差距影响，在目前禁止动货交会的运输组织方式下，通过能力难以进一步提高。

5　结论

青盐铁路货物列车开行可概括为纯货物列车开行和动车组货物列车混时开行。货物列车纯开行时段为夜间22：11至天窗前和天窗后至7：10，白天14：50—16：14，其他时间为分时混行时段，去掉天窗240 min，运行时间总计约为816 min。在保证动车组开行和天窗设备检修需求的前提下货物列车开行时间无法再扩展，甚至在后期运行图调整中货车运行时间可能被进一步压缩。而其现图能力利用率已达到95.5%以上，在区间禁止动货交会的分时和混时组织模式下图定能力基本饱和，很难有提升空间。随着董家口港的建设成型以及“公转铁”“双碳”等政策的不断推进落实，货物列车开行需求和通道能力之间的矛盾将愈加突出。

建议方案一是进行动车组与货物列车区间交会的相关试验和风险研判，验证200 km/h动车组与货物列车交会运行条件下固定设施、移动装备的安全性和适用性，研判隧道及风条件下的动货交会动力学特征和货物装载加固稳定性，为青盐铁路动货列车交会运营安全提供依据，放开交会限制提升通道能力；方案二是根据董家口港未来货运增长趋势以及青盐铁路的能力适应性，推进董家口港货运新通道项目落地，新建董家口至兖石线、董家口至胶新线(胶州—新沂西)线路，货物运输全部转移至新建线路，青盐铁路变为客运专线，实现通道内客货分线运行。

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基金资助

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(K2023X039)

中国铁路济南局集团有限公司科技研究开发计划课题(2024Y06)