鄭焦城際鐵路能力制約因素及對(duì)策研究

孫賀冰

（中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸部，北京 100844)

隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化和城市群快速發(fā)展，城際鐵路將成為客運(yùn)專線建設(shè)的主要發(fā)展方向。2019年初，全國(guó)鐵路開(kāi)行旅客列車4477 對(duì)/d，其中動(dòng)車組旅客列車3310 對(duì)/d，占總數(shù)的73.9%，管內(nèi)動(dòng)車組旅客列車2200 對(duì)/d，占動(dòng)車組旅客列車總數(shù)的66.5%。由此可見(jiàn)，鐵路企業(yè)主要將動(dòng)車組列車的運(yùn)力投放于中、短途客運(yùn)市場(chǎng)，服務(wù)管內(nèi)(省內(nèi))城市間，特別是地級(jí)市與省會(huì)、經(jīng)濟(jì)中心城市間的客流。國(guó)內(nèi)關(guān)于新建線路在主要鐵路樞紐接軌方案的研究較多[1-4]。在此，分析鄭焦城際鐵路(鄭州—焦作)與京廣線(北京西—廣州)并線區(qū)間及鄭州站的能力利用現(xiàn)狀，歸納制約鄭焦城際鐵路能力因素。針對(duì)鄭焦城際鐵路能力利用的問(wèn)題，提出普速旅客列車外遷與重新規(guī)劃建設(shè)客站2 種提高鄭焦城際鐵路能力的對(duì)策，從經(jīng)濟(jì)效益、工程技術(shù)難度和鐵路運(yùn)營(yíng)等方面，比較分析2 種方案的優(yōu)劣。

1 鄭焦城際鐵路能力制約因素分析

1.1 鄭焦城際鐵路

鄭焦城際鐵路于2015年6月正式通車，線路全長(zhǎng)78 km，連接人口大省河南的省會(huì)鄭州和地級(jí)市焦作，設(shè)海棠寺、南陽(yáng)寨、黃河景區(qū)、武陟東、武修西5 個(gè)中間站。線路接入鄭州鐵路樞紐后，在南陽(yáng)寨—鄭州區(qū)間與京廣線并行8 km，引入鄭州站。鄭焦城際鐵路為雙線鐵路，采用CTCS-2 列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)速度為200 km/h，列車追蹤間隔時(shí)間為5 min，線路的限制坡度為20‰，最小曲線半徑為3000 m，到發(fā)線有效長(zhǎng)為650 m。鄭焦城際鐵路設(shè)計(jì)線路通過(guò)能力160 對(duì)/d，輸送能力4000 萬(wàn)人/a，2020年預(yù)測(cè)旅客發(fā)送量為1086 萬(wàn)人次，2030年預(yù)測(cè)旅客發(fā)送量為1480 萬(wàn)人次。

鄭焦城際鐵路客流需求很大，在我國(guó)的城際鐵路中具有代表性。2019年鄭州市常住人口為1000 萬(wàn)人，焦作市常住人口為355 萬(wàn)人，鄭州和焦作間的客運(yùn)市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮蟆＝刂?019年6月，鄭焦城際鐵路已累計(jì)發(fā)送旅客1005 萬(wàn)人次，2019年單方向日均旅客發(fā)送量為5027 人，其中清明“小長(zhǎng)假”焦作站發(fā)送旅客突破21223 人。

鄭焦城際鐵路與既有京廣正線接軌，與京廣線存在共線運(yùn)行區(qū)間。同時(shí)，鄭焦城際鐵路在鄭州站辦理列車的始發(fā)終到作業(yè)，與京廣線列車的運(yùn)行存在相互影響，在運(yùn)營(yíng)上具有一定的特殊性。這些因素導(dǎo)致鄭焦城際鐵路的運(yùn)輸能力受到較大限制，難以適應(yīng)客流需求的增長(zhǎng)，成為制約鄭焦城際鐵路客運(yùn)收入增長(zhǎng)的瓶頸。

2019年7月，鄭焦城際鐵路開(kāi)行圖定旅客列車23 對(duì)/d，其中1 對(duì)/d 高速動(dòng)車組旅客列車，22 對(duì)/d 動(dòng)車組旅客列車，列車全程運(yùn)行時(shí)間為34 ～ 58 min。鄭焦城際鐵路受京廣線和鄭州站能力制約，發(fā)車間隔時(shí)間不均勻，最小發(fā)車間隔為6 min，最大發(fā)車間隔為2 h 24 min，在客流高峰期難以實(shí)現(xiàn)公交化運(yùn)營(yíng)。例如，D2962次(鄭州—焦作)9 : 09 發(fā)車，與前一列車的發(fā)車間隔為2 h 3 min；D2914 次(鄭州—焦作) 20 : 35 發(fā)車，與前一列車的發(fā)車間隔為2 h 24 min。而國(guó)內(nèi)運(yùn)行效率較高的京津城際鐵路(北京南—天津)的發(fā)車間隔均約為5 min，鄭焦城際鐵路與之相比差距較大。國(guó)內(nèi)部分城際鐵路列車開(kāi)行對(duì)數(shù)如表1 所示。

表1 國(guó)內(nèi)部分城際鐵路列車開(kāi)行對(duì)數(shù) 對(duì)/dTab.1 Trains operated on some intercity railway lines

1.2 京廣線共線區(qū)間能力制約

按照規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的設(shè)想，在京廣高速鐵路(北京西—廣州南)開(kāi)通后，京廣線的普速旅客列車數(shù)量大幅減少，運(yùn)輸能力得到釋放，而鄭焦城際鐵路可以充分利用這部分釋放的能力，與京廣線并線引入鄭州鐵路樞紐，以降低建設(shè)成本。然而，到目前為止，京廣線運(yùn)行的普速旅客列車數(shù)量仍然較多，鄭焦城際鐵路列車與京廣線普速旅客列車運(yùn)行相互影響，導(dǎo)致鄭焦城際鐵路的能力限制區(qū)間集中在鄭州鐵路樞紐內(nèi)。

京廣高速鐵路開(kāi)通多年后，京廣線鄭州至新鄉(xiāng)間基本維持開(kāi)行61 對(duì)/d 旅客列車的規(guī)模，其中大多數(shù)為長(zhǎng)途旅客列車，列車通過(guò)或辦理客運(yùn)作業(yè)的時(shí)分也基本固定，導(dǎo)致鄭焦城際鐵路與京廣線并線引入鄭州站的區(qū)間能力非常緊張，很難為鄭焦城際鐵路預(yù)留更多的通過(guò)能力。受此影響，鄭焦城際鐵路運(yùn)行圖的鋪畫(huà)的空間較小，只能采用“見(jiàn)縫插針”的策略，向已有的京廣線運(yùn)行圖中插入城際列車運(yùn)行線，難以實(shí)現(xiàn)“公交化”的運(yùn)輸組織模式。

1.3 鄭州站能力制約

鄭州站為多銜接方向的車站，共設(shè)旅客列車到發(fā)線13 條，北咽喉連接北京廣、西隴海、鄭州北3 個(gè)方向，南咽喉連接南京廣、東隴海、客車整備所3 個(gè)方向。鄭焦城際鐵路通過(guò)北京廣方向的線路引入。

鄭州站的總體作業(yè)情況及天窗的安排，對(duì)鄭焦城際鐵路的能力利用產(chǎn)生較大影響，具體分析如下。

（1）鄭州站作業(yè)情況。目前，鄭州站共辦理列車210 對(duì)/d。其中，北京廣方向81 對(duì)/d，南京廣方向49 對(duì)/d，西隴海方向77 對(duì)/d，東隴海方向91 對(duì)/d，客聯(lián)線方向22 對(duì)/d。鄭州站南咽喉能力最緊張，東隴海方向辦理圖定列車91 對(duì)/d，客車整備所方向辦理車底轉(zhuǎn)場(chǎng)29 對(duì)/d，部分時(shí)段能力已經(jīng)飽和。鄭州站列車到發(fā)密集時(shí)段集中在5 : 00—8 : 00，同時(shí)也是全天機(jī)車換掛最繁忙的時(shí)段。該時(shí)段共接發(fā)列車51 列(80 次)，機(jī)車換掛29列(45 臺(tái)次)，客整所車底轉(zhuǎn)場(chǎng)9 次，共辦理進(jìn)路314 條，平均2.02 min 辦理1 次接發(fā)列車，34.3 s辦理1 條進(jìn)路。該時(shí)段車站到發(fā)線能力、咽喉能力已經(jīng)超飽和，加開(kāi)動(dòng)車組列車的可能性很小。

（2）鄭州站的天窗設(shè)置對(duì)鄭焦城際鐵路列車運(yùn)行的影響。京廣線鄭州鐵路樞紐上、下行天窗時(shí)間分別為18 : 00—21 : 00 和6 : 30—9 : 30，與城際鐵路客流高峰期存在長(zhǎng)時(shí)間重疊。該時(shí)段內(nèi)，鄭焦城際鐵路動(dòng)車組列車無(wú)法開(kāi)行，影響高峰期的旅客輸送。同時(shí)，動(dòng)車組需要停留在始發(fā)終到車站以等待天窗結(jié)束，占用車站到發(fā)線能力，降低動(dòng)車組運(yùn)用效率，使鄭焦城際鐵路的運(yùn)營(yíng)效益受到較大影響。

1.4 太焦客運(yùn)專線能力利用

太焦客運(yùn)專線(太原南—焦作)設(shè)計(jì)時(shí)速為250 km/h，預(yù)計(jì)于2020年底建成通車。該線開(kāi)通后，將在焦作站與鄭焦城際鐵路接軌，成為我國(guó)西北地區(qū)通往中部乃至中南部地區(qū)的快速客運(yùn)通道[5]。屆時(shí)，鄭焦城際鐵路將從目前的放射狀盡頭式線路升級(jí)為鐵路網(wǎng)中的干線鐵路，太原南至鄭州的中、長(zhǎng)途列車將與焦作至鄭州的城際列車共線運(yùn)行。太焦客運(yùn)專線跨省(晉城東—焦作)預(yù)測(cè)客流近、遠(yuǎn)期分別為1200 萬(wàn)人/a 和1578 萬(wàn)人/a，這部分客流大部分去往鄭州及其以遠(yuǎn)。為此，太焦客運(yùn)專線近期和遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)開(kāi)行列車對(duì)數(shù)分別為55 對(duì)/d和69 對(duì)/d，將來(lái)鄭焦城際鐵路線路上開(kāi)行的長(zhǎng)途旅客列車、跨線旅客列車比例大幅提高。

2 提高鄭焦城際鐵路能力對(duì)策分析

2.1 方案設(shè)置

鄭焦城際鐵路能力制約因素分析表明，目前鄭焦城際鐵路的能力利用緊張的主要是由于線路接入鄭州鐵路樞紐的通道不通暢，因而需要改善鄭焦城際鐵路接入鄭州鐵路樞紐的條件，以提升運(yùn)輸能力。鄭州鐵路樞紐總布置示意圖如圖1 所示[6]。

在鄭州鐵路樞紐范圍內(nèi)，提升鄭焦城際鐵路的能力有2 種可行的途徑。一種途徑是普速旅客列車外遷至小李莊方案(方案Ⅰ)，即保留當(dāng)前鄭焦城際鐵路接入鄭州站的方案，利用既有鄭州站作為城際客運(yùn)專線車站；在城市周邊新建客站，辦理京廣線、隴海線的普速旅客列車。另一種途徑是新建鄭州北客站及客運(yùn)環(huán)線方案(方案Ⅱ)，即鄭焦城際鐵路不再利用京廣線共線運(yùn)行，不再接入鄭州站，而是重新規(guī)劃建設(shè)鄭焦城際鐵路在鄭州鐵路樞紐的客運(yùn)站及聯(lián)絡(luò)線。因此，針對(duì)鄭州鐵路樞紐分工和能力利用問(wèn)題，對(duì)提升鄭焦城際鐵路能力方案進(jìn)行比較分析。

2.2 方案Ⅰ

根據(jù)工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，貨運(yùn)站外遷的成功案例較多，但對(duì)于普速客運(yùn)站外遷，原有客運(yùn)站的車場(chǎng)全部用于辦理高速鐵路動(dòng)車組列車的方案，全國(guó)鐵路尚無(wú)先例。目前，已經(jīng)制訂普速客運(yùn)站外遷規(guī)劃的有北京、上海、廣州鐵路樞紐。例如，北京西站辦理的普速旅客列車計(jì)劃全部轉(zhuǎn)移至豐臺(tái)站辦理，北京西站現(xiàn)有的普速場(chǎng)將來(lái)全部辦理高速鐵路動(dòng)車組列車；上海南站辦理的普速列車轉(zhuǎn)移至松江站辦理，上海南站現(xiàn)有的普速場(chǎng)將作為高速和城際車場(chǎng)；廣州站規(guī)劃改造成為高速鐵路和城際鐵路客運(yùn)站，京廣高速鐵路、廣清城際鐵路(廣州—清遠(yuǎn))和廣湛高速鐵路(廣州—湛江北)引入廣州站，原有的普速列車轉(zhuǎn)移至棠溪站(廣州白云站)辦理。借鑒上述思路，提出將鄭州站的普速旅客列車作業(yè)外遷至小李莊站辦理，具體方案如下。

圖1 鄭州鐵路樞紐總布置示意圖Fig.1 Layout of Zhengzhou railway hub

（1）方案概況。新建小李莊客運(yùn)站，辦理鄭州鐵路樞紐普速旅客列車作業(yè)，配套建設(shè)機(jī)務(wù)、車輛、客車整備所等設(shè)施。同步建設(shè)隴海鐵路外繞線(唐莊線路所—圃田南—小李莊—原鄭州南—馬砦線路所)和南陽(yáng)寨—海棠寺區(qū)間三、四線工程。遠(yuǎn)期預(yù)留樞紐內(nèi)黃河景區(qū)—鄭州北(客)—大關(guān)莊、鄭州—大關(guān)莊—鄭州南、鄭州北(客)—?dú)g河—鄭州西旅客列車環(huán)線，溝通銜接鄭太高速鐵路(鄭州—太原南)和鄭濟(jì)高速鐵路(鄭州東—濟(jì)南西)。

（2）樞紐分工。鄭州鐵路樞紐“米”字型框架形成，客運(yùn)系統(tǒng)形成鄭州、鄭州東、鄭州南、小李莊共4 站并列格局。鄭州站辦理動(dòng)車組旅客列車作業(yè)，承擔(dān)呼和浩特至南寧通道、連云港至阿拉山口通道的動(dòng)車組旅客列車作業(yè)。主要辦理西安、太原方向動(dòng)車組列車始發(fā)終到作業(yè)，以及西安—武漢方向、太原—合肥方向、西安—合肥方向、太原—武漢方向、太原—徐州方向、太原—重慶方向的動(dòng)車組列車通過(guò)作業(yè)。

（3）能力分析。鄭州站辦理旅客列車數(shù)量如表2 所示。參照《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]及《鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)：站場(chǎng)及樞紐》[8]等，結(jié)合鄭州站既有運(yùn)營(yíng)技術(shù)指標(biāo)計(jì)算車站能力。

表2 鄭州站辦理旅客列車數(shù)量 對(duì)/dTab.2 Passenger trains operated at Zhengzhou Station

鄭州站設(shè)有13 條旅客列車到發(fā)線，其中1 條到發(fā)線用于接發(fā)普速通過(guò)列車，8 條到發(fā)線用于接發(fā)高速鐵路動(dòng)車組列車，4 條到發(fā)線用于接發(fā)城際鐵路動(dòng)車組列車。始發(fā)終到城際鐵路動(dòng)車組列車以立即折返的方式運(yùn)行，按每日運(yùn)營(yíng)15 h，每次立即折返作業(yè)占用到發(fā)線時(shí)間30 min/對(duì)計(jì)算，始發(fā)終到城際旅客列車需要到發(fā)線2 條(上、下行各設(shè)1條到發(fā)線)。因此，4 條到發(fā)線近期和遠(yuǎn)期的利用率分別為49%和64%，可以滿足城際鐵路接發(fā)列車的需要，不需要對(duì)站場(chǎng)進(jìn)行改擴(kuò)建。該方案實(shí)施后，經(jīng)理論計(jì)算，鄭州站最繁忙南咽喉能力利用率為70% ～ 80%，車站能力可以滿足運(yùn)輸需求。

2.3 方案Ⅱ

城際鐵路引入新建車站，并規(guī)劃客運(yùn)環(huán)線，是大型鐵路樞紐的普遍設(shè)計(jì)思路，如北京、杭州、沈陽(yáng)、武漢等大型鐵路樞紐均有類似的規(guī)劃調(diào)整。因此，可以在環(huán)線上新建客站，利用客運(yùn)環(huán)線緩解樞紐內(nèi)南陽(yáng)寨—鄭州、鄭州—原鄭州南、鄭州—圃田西區(qū)間的壓力，解決鄭焦城際鐵路的能力緊張問(wèn)題。

（1）方案概況。鄭州鐵路樞紐新建南陽(yáng)寨—鄭州三、四線工程和鄭州(馬砦線路所)—大關(guān)莊旅客列車聯(lián)絡(luò)線，建成“米”字型樞紐路網(wǎng)框架，形成鄭州、鄭州東、鄭州南3 個(gè)客運(yùn)站并列的格局。遠(yuǎn)期建成樞紐內(nèi)黃河景區(qū)—鄭州北(客)—大關(guān)莊，以及鄭州北(客)—?dú)g河—鄭州西旅客列車環(huán)線，銜接鄭太高速鐵路與鄭濟(jì)高速鐵路。

（2）樞紐分工。鄭州站辦理樞紐內(nèi)全部普速旅客列車作業(yè)，同時(shí)辦理部分動(dòng)車組旅客列車作業(yè)，以承擔(dān)呼和浩特至南寧通道的動(dòng)車組旅客列車作業(yè)為主，承擔(dān)連云港至阿拉山口通道的動(dòng)車組旅客列車作業(yè)為輔。

（3）能力分析。在此方案下，鄭州站辦理旅客列車數(shù)量如表3 所示。

表3 鄭州站辦理旅客列車數(shù)量 對(duì)/dTab.3 Passenger trains operated at Zhengzhou Station

鄭州站目前設(shè)有13 條旅客列車到發(fā)線，其中9 條用于接發(fā)普速旅客列車和高速鐵路動(dòng)車組列車，4 條到發(fā)線用于接發(fā)城際旅客列車。經(jīng)計(jì)算，高速鐵路列車到發(fā)線近期和遠(yuǎn)期利用率分別為80%和79%，能力處于飽和狀態(tài)。始發(fā)終到的城際鐵路旅客列車以立即折返的方式運(yùn)行，按每日運(yùn)營(yíng)15 h，占用到發(fā)線時(shí)間30 min/對(duì)計(jì)算，始發(fā)終到城際旅客列車需要到發(fā)線2 條(上、下行各設(shè)1 條到發(fā)線)。因此，城際鐵路列車到發(fā)線近期和遠(yuǎn)期的利用率分別為49%和61%，基本可以滿足運(yùn)輸需求。

該方案實(shí)施后，鄭州站北咽喉能力利用率約為57%，最繁忙的南咽喉能力利用率約為83%，處于飽和狀態(tài)。鄭州—圃田西區(qū)間遠(yuǎn)期行車量稍大于線路能力，可以調(diào)整焦作—許昌方向的8 對(duì)/d 城際列車經(jīng)由新建鄭州—大關(guān)莊—鄭州南(鄭萬(wàn)場(chǎng))客運(yùn)通道運(yùn)行，能力可以滿足運(yùn)輸需求。高速鐵路線路各區(qū)間的行車量均在180 對(duì)/d 以下，線路通過(guò)能力可以滿足運(yùn)輸需求。

2.4 方案比選

方案Ⅰ將鄭州站普速旅客列車作業(yè)外遷，可釋放鄭州站的到發(fā)線能力，以接發(fā)動(dòng)車組列車，但需要在城市周邊新建普速鐵路客運(yùn)站，同時(shí)機(jī)務(wù)段、客車整備所、車輛段等設(shè)施均需要搬遷，還需要改建普速旅客列車聯(lián)絡(luò)線，拆遷工程量大，整體協(xié)調(diào)比較困難。方案Ⅱ新建客站及聯(lián)絡(luò)線工程投資比方案Ⅰ略大，但是該方案不需要改變既有的運(yùn)輸組織方案，建成后樞紐布局相對(duì)較合理，運(yùn)輸組織更加暢通、靈活。因此，推薦采用方案Ⅱ作為鄭州鐵路樞紐的能力提升改建方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

城際鐵路引入重要樞紐方案時(shí)，應(yīng)從城際鐵路發(fā)展的質(zhì)量效益出發(fā)，慎重選擇利用既有線、既有車站引入新線的方案，特別是利用既有主要干線、重點(diǎn)車站的方案，充分研究新線城際鐵路接入樞紐方案的能力適應(yīng)性，考慮需求和能力的適配關(guān)系，合理安排樞紐內(nèi)站點(diǎn)分工，服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、城市群及城鎮(zhèn)化的高質(zhì)量發(fā)展，更好地遵循鐵路建設(shè)由規(guī)模速度型向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變的發(fā)展路徑。