我国高速铁路逐渐成网,服务水平逐渐提升,高铁服务吸引客流量越来越多,尤其是在经济发达的中部和东部地区,由于优越的地理条件及发达的经济条件,客流数量多、组成复杂,高速铁路能力利用紧张,高峰期常常出现一票难求的情况,形成了高速铁路繁忙干线。在此背景下,研究繁忙干线能力提升方法有很强的实用价值。繁忙干线上开行着大量跨线列车,虽然提升了旅客直达率,但也切割了线路能力,影响本线列车的开行,降低了线路的能力利用效率。故本文从跨线列车入手对能力提升进行研究。本文在借鉴国内外跨线列车开行研究及能力利用研究的基础上,根据京沪高速铁路繁忙干线某天的实际运行数据,分析跨线列车开行与能力利用作用关系,总结跨线列车开行对能力的影响,建立了基于能力利用的结构优化模型和时空优化模型,并结合实例进行求解分析,本文的具体研究内容如下:（1）分析了跨线列车开行与能力利用的作用关系,选取京沪高铁作为繁忙干线的主要代表,以京沪高铁某日的数据为基础,分析了京沪高铁上能力利用情况以及跨线列车开行情况,对跨线列车对能力的影响进行了总结,归纳出京沪高铁能力利用存在的问题;分析了跨线列车可能的输送模式,归纳了不同输送模式的优劣性和适用条件;从理论层面分析跨线列车开行对能力的影响,为后续研究打下理论基础。（2）建立基于能力利用的跨线列车与本线列车结构优化模型。针对京沪高铁线路跨线列车占比大,且部分跨线列车服务对象大部分为本线客流的情况,设定跨线列车跨线客流平均占比指标确定跨线列车是否开行,对受影响客流进行再分配与归并,在此基础上编制基于能力利用的结构优化模型,判断跨线列车减少后本线列车开行数量。（3）建立基于能力利用的跨线列车与本线列车时空优化模型。在结构优化完成后,对开行方案中的跨线列车,根据列车运行路径中除京沪高铁线外的运行距离大小设置跨线列车上线的可调整时间域,形成适合当前开行方案的列车运行图,再通过加密运行图对能力提升情况进行分析。（4）以京沪繁忙干线以及与其衔接的部分线路为案例进行研究。选择部分方向跨线客流,运用本文的优化方法和模型,观察进行优化后的本线和跨线列车开行数量、客座率以及运行图加密情况,对优化后提升效果进行分析。