Las aplicaciones de operación de trenes en grupo (GTO) han reducido los intervalos de seguimiento para trenes sobrecargados, y pueden afectar la eficiencia del transporte ferroviario. En este documento, primero analizamos las diferencias entre GTO y la operación tradicional (TO). Luego se utiliza un nuevo modelo matemático y un algoritmo de recocido simulado para estudiar el problema de la operación de trenes en grupo mixtos. El objetivo de optimización de este modelo es maximizar el volumen de transporte de líneas ferroviarias especiales de carga pesada dentro del período de optimización. Las principales condiciones de restricción se extraen del tiempo de mantenimiento, la proporción mínima del volumen de carga y el tiempo de llegada comprometido en cada estación. Se construye un algoritmo de recocido simulado para generar el plan de GTO mixto. A través de experimentos numéricos realizados en estructuras ferroviarias de carga pesada reales, validamos la efectividad del modelo propuesto y del algoritmo metaheurístico. Los resultados del primer experimento de contraste muestran que el volumen de carga para los trenes en grupo es un 37,5% mayor que el de los trenes tradicionales, y el segundo experimento muestra una reducción del 30,6% en el tiempo durante el cual la línea está ocupada por trenes en GTO. Estos hallazgos proporcionan evidencia convincente de que GTO puede mejorar efectivamente la capacidad y reducir el costo del tiempo de transporte de líneas ferroviarias especiales de carga pesada.