董葉超,周曉林,袁 磊

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

1 概述

鄭州樞紐是京廣、隴海兩大鐵路干線的交匯點，現(xiàn)為客貨并列式樞紐。隨著京廣高鐵、鄭西高鐵、鄭徐高鐵的引入和相關工程的實施，樞紐逐步發(fā)展為“雙十字”構架，外加規(guī)劃的貨運“環(huán)線”，形成“環(huán)線+雙十字”特大型樞紐格局。鄭州站、鄭州東站為樞紐主要客運站，鄭州北為樞紐唯一編組站。

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，中長期鐵路規(guī)劃和鄭州市城市總體規(guī)劃的調(diào)整，鄭萬、鄭合、鄭太和鄭濟鐵路的規(guī)劃實施，以及鄭開、鄭焦、鄭機、機登洛、新焦、焦?jié)?、新開城際等多條中原城際網(wǎng)鐵路的運行和規(guī)劃實施，原樞紐總圖規(guī)劃難以適應國民經(jīng)濟的發(fā)展和鐵路運輸?shù)男枰１局y(tǒng)籌兼顧、合理布局、適度超前的原則，對樞紐總圖客運格局調(diào)整和完善的方案進行探討和研究。

2 鄭州樞紐概況

2.1 鄭州市總體規(guī)劃[1]

鄭州市是河南省省會，也是河南省的政治、經(jīng)濟、文化、科教中心，中原城市群“大十字”的核心城市。鄭州都市區(qū)規(guī)劃形成“一帶兩翼兩軸”的空間形態(tài)和“一主一城三區(qū)四組團”的多中心、組團式空間結構。規(guī)劃2030年都市核心區(qū)人口1 200萬人，其中航空港居住人口190萬人。2030年都市核心區(qū)建設用地規(guī)模1 270 km2，其中航空港實驗區(qū)規(guī)劃面積415 km2，與鄭州中心城區(qū)形成“兩核聯(lián)動、協(xié)調(diào)發(fā)展”。

城市規(guī)劃道路呈“環(huán)形加放射”狀路網(wǎng)布局，規(guī)劃形成“五橫五縱”的高速公路網(wǎng)骨架和“三橫八縱”的快速路系統(tǒng)。都市區(qū)城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃總長851.2 km。

2.2 既有站概況[2]

鄭州站：位于主城區(qū)，車站規(guī)模7臺13線(含正線)，東、西站房和高架候車室總面積78 434 m2；南端動車運用所縱列布置，東西側有客機檢修及整備場各1處；北端西側有客車車輛段1處；西側4條貨車正線并行通過。如圖1所示。

圖1 既有鄭州站平面布置示意

鄭州東站：京廣場、城際場、徐蘭場自西向東并列布置，總規(guī)模16臺32線，京廣場14臺面，城際場4臺面、徐蘭場7臺面，鄭萬—鄭濟場5臺面，站房總面積149 981 m2；北端設動車運用所(4線庫1座，存車線20條)。如圖2所示。

圖2 既有鄭州東站平面布置示意

2.3 原樞紐總圖規(guī)劃概況[2-4]

隨著鄭徐高鐵的建成通車，鄭萬、鄭合、鄭濟、鄭太等鐵路相繼引入樞紐，高速客運系統(tǒng)形成“米”字形構架；隨著中原城際網(wǎng)相關線路的相繼建設，城際客運系統(tǒng)將形成“雙環(huán)形”城際線網(wǎng)；樞紐內(nèi)高鐵網(wǎng)、城際網(wǎng)與普速鐵路網(wǎng)“三網(wǎng)”融合，既分工明確，又緊密銜接。

客運系統(tǒng)：形成“三主一輔”客運格局，鄭州、鄭州東、鄭州南三站為主客站，遠期預留大關莊輔助客站。其中，鄭州站以辦理普速客車為主，兼顧客專動車和城際客車；鄭州東站以辦理客專動車為主，兼顧城際客車；鄭州南站主要辦理城際客車，兼顧客專動車。

解編系統(tǒng)：維持鄭州北編組站集中作業(yè)格局，規(guī)劃預留候寨編組站。

貨運系統(tǒng)：規(guī)劃預留貨運環(huán)線。改擴建圃田集裝箱中心站形成國際物流區(qū)，新建關帝廟貨場形成西部物流區(qū)，新建薛店貨場形成航空港物流區(qū)，預留貨運外環(huán)線北部京水貨站。

鄭州樞紐原規(guī)劃總布置詳見圖3。

圖3 鄭州樞紐原規(guī)劃總布置

2.4 樞紐客運作業(yè)量和車流特點

客運作業(yè)量：樞紐近、遠期辦理客車分別為861對/d(普速64對/d；動車532對/d，其中始發(fā)200對/d；城際265對/d)、1 112對/d(普速58對/d；動車657對/d，其中始發(fā)244對/d；城際397對/d)。其中，鄭濟鐵路近、遠期開行動車76、106對/d。

車流特點：樞紐內(nèi)始發(fā)終到和通過車流相當，近、遠期始發(fā)、終到車分別占總列車對數(shù)的53.0%、54.3%，主要為樞紐至北京、武漢、西安、徐州、重慶、濟南、合肥(許昌)、太原等13個方向。通過車流以北京至武漢、西安、重慶方向[近(遠)期分別為77(82)、25(28)、37(59)對/d]、西安至徐州、武漢方向[近(遠)期分別為68(77)、27(30)對/d]為主，以及濟南至重慶、西安、武漢方向，太原至徐州、武漢方向，西安至合肥方向等。

3 樞紐客運系統(tǒng)能力分析[2，5-6]

3.1 現(xiàn)狀鄭州樞紐存在問題[2]

(1)鄭州—圃田西區(qū)間能力緊張

現(xiàn)狀鄭州—圃田西區(qū)間為客貨分線，隴?？途€由于高、普速客車交叉運營，區(qū)間能力已經(jīng)飽和。

(2)鄭州站到發(fā)線能力緊張

車站既有規(guī)模7臺13線(含靠近站臺正線)，由于高鐵開通后京廣、隴海線普速客車并未減少，再加上部分高鐵、城際動車在鄭州站辦理作業(yè)，現(xiàn)有到發(fā)線能力已經(jīng)飽和，已無進一步增開鄭焦、鄭機等城際列車的能力。

(3)鄭州站南段咽喉能力緊張

車站南咽喉隴海與京廣線線路別引入，再加上客車運用所及機車出入段的平面交叉，咽喉區(qū)能力飽和。

3.2 能力分析[5-9]

原總圖規(guī)劃客運系統(tǒng)為“三主一輔”格局，鄭州站、鄭州東站及鄭州南站分別位于城市的東、中、南側，基本與城市空間發(fā)展方向契合。鄭州樞紐為“米”字形格局，但三主要客站及各站區(qū)間呈“Y”字形分布，“Y”字形區(qū)段的能力也是樞紐發(fā)展的瓶頸地段，本次研究將對此區(qū)段的能力進行重點研究。

3.2.1 客站能力分析

(1)鄭州東站和鄭州南站

結合鄭濟鐵路的引入，首先分析鄭州東站和鄭州南站的能力。

鄭濟鐵路、鄭萬鐵路引入鄭州樞紐的鄭州東站，并沒有增加鄭州東站的到發(fā)線數(shù)量，在現(xiàn)有樞紐格局下，受車站能力及鄭州東—鄭州南區(qū)間能力限制，遠期部分重慶方向的始發(fā)列車需在鄭州南辦理，濟南方向部分列車只能在鄭州東站始發(fā)。鄭州東站位于鄭東新區(qū)，距離主城區(qū)較近；鄭州南站位于航空港區(qū)東南，距離鄭州東站約38 km，距離鄭州站約50 km，乘客換乘十分不便。尤其主城區(qū)的居民去鄭州南站乘車距離過遠，出行不便，降低了旅客出行的水平。

從居民出行方式的合理選擇上入手，本次研究對鄭濟—鄭萬通路的車流重新梳理，優(yōu)化運輸組織和調(diào)整客運站分工：重慶方向的列車在鄭州東站始發(fā)，濟南方向的始發(fā)列車在鄭州南始發(fā)，初、近期部分合肥方向列車在鄭州東站始發(fā)，調(diào)整后的車站作業(yè)量分別見表1和表2。

表1 鄭州東站鄭濟—鄭萬場作業(yè)量 對/d

表2 鄭州南鄭萬場作業(yè)量 對/d

經(jīng)計算分析，初期：鄭州東鄭濟—鄭萬場到發(fā)線能力利用率為78.5%，鄭州南鄭萬場的到發(fā)線能力利用率為67.6%，鄭州東—鄭州南區(qū)間列車144對/d，可以滿足運輸需求。

近期：鄭州東鄭濟—鄭萬場到發(fā)線能力利用率為89.0%，鄭州南鄭萬場的到發(fā)線能力利用率為76.0%，鄭州東—鄭州南區(qū)間列車170對/d，鄭州東站鄭濟—鄭萬場到發(fā)能力緊張，鄭州東—鄭州南區(qū)間能力飽和。

遠期：在考慮合肥方向列車全部由鄭州南始發(fā)的情況下，鄭州東鄭濟—鄭萬場和鄭州南鄭萬場的到發(fā)線能力已經(jīng)不能滿足運輸需求，鄭州東—鄭州南區(qū)間列車218對/d，區(qū)間能力也不能滿足運輸需求。

(2)鄭州站

鄭州站位于京廣線和隴海線交匯處，車站規(guī)模為7臺13線(含正線)，主要辦理樞紐內(nèi)普速客車作業(yè)，兼顧客專動車和城際動車，在建太焦鐵路從樞紐西北方向引入，利用鄭焦城際引入鄭州站。由于客專開通后，既有京廣線、隴海線客車對數(shù)并未有效減少，加上樞紐內(nèi)部分客專動車、城際動車也在鄭州站辦理到發(fā)作業(yè)，現(xiàn)狀始發(fā)終到列車54.5對/d，停站通過列車114對/d，鄭州站能力一直處于飽和狀態(tài)，鄭焦城際由于鄭州站能力不足，每日開行動車不足10對/d，鄭開、鄭機城際基本沒有在鄭州站開行城際動車的條件。因此，按照目前樞紐客運系統(tǒng)格局，鄭州站能力初、近期都處于非常緊張狀態(tài)，遠期不能滿足運輸需求。

3.2.2 區(qū)間能力分析

樞紐內(nèi)主要線路區(qū)間能力利用情況見表3。

現(xiàn)狀鄭州—圃田西區(qū)段開行普速客車52對/d、動車組列車42對/d，客車共94對/d，由于高、普速客車混跑，該區(qū)段能力已飽和。圃田西—圃田區(qū)段為雙線電氣化鐵路，需承擔隴海線徐州方向普速客車54對/d，貨物列車64對/d，此外還需承擔動車組列車10對/d，以及鄭州—鄭州東間客車車底2對/d，行車量達130對/d，能力缺口為35.6對/d，能力利用率達100%，能力已不足。

表3 各普速線路區(qū)間能力適應性

3.2.3計算機模擬仿真[10]

為了進一步準確、合理的驗證鄭濟鐵路引入后，鄭州樞紐客運系統(tǒng)的適應性，本次研究委托西南交通大學基于Anylogic的高速鐵路車站作業(yè)仿真系統(tǒng)，使用多智能體車站作業(yè)仿真模型和精確CAD站場圖模型，對鄭州東站進行作業(yè)仿真，如圖4所示。

圖4 高速鐵路車站作業(yè)仿真系統(tǒng)

仿真結論如下。

在原樞紐客運格局及客站分工下，鄭濟鐵路引入后，初期鄭州東站可以滿足運輸?shù)男枨?；近期京廣場處于高負荷狀態(tài)，容易造成列車延誤，能力緊張；遠期已經(jīng)無法滿足運輸組織的需求。鄭州樞紐應適時實施樞紐相關工程，優(yōu)化車站分工和運輸組織，緩解車站能力緊張的狀況。

4 解決樞紐客運系統(tǒng)能力緊張的探討[11-15]

鄭州東站有京廣、鄭徐、鄭西、鄭萬等多條高鐵線路引入，聯(lián)絡線工程也比較復雜，車站位于鄭東新區(qū)，周圍已被建筑物包圍，已無擴建條件。

鄭州南站位于航空港區(qū)，而預留的大關莊輔助客站又位于經(jīng)開區(qū)和航空港區(qū)之間的規(guī)劃空白地帶，距離主城區(qū)均較遠，既不利于客流吸引，也不利于客站與引入線路的順利銜接。

鄭州站位于老城區(qū)中心，客流集散能力較好，但車站及五里堡客整所周圍均被城市包圍，改建困難；車站西站房東側位置預留了5臺9線規(guī)模(現(xiàn)為京廣線、隴海線上下行貨線)，車站改擴建工程可結合鄭州北編組站外遷的時機適時進行。

經(jīng)以上分析，解決樞紐客運系統(tǒng)能力緊張主要研究了以下兩個方案：鄭州北編組站外遷—鄭州站新建車場方案(方案Ⅰ)和鄭州站普速外遷方案(方案Ⅱ)。

(1)鄭州北編組站外遷—鄭州站新建車場方案(方案Ⅰ)

近期將鄭州北編組站搬遷至侯寨，并修建貨物外繞線，同時于鄭州站西站房東側新建車場，修建兩車場間相關聯(lián)絡線。并于搬遷后的原鄭州北編組站位置新建動車運用所，還建機車及車輛等相關設備設施。

修建“鄭州南—大關莊”鄭萬鐵路聯(lián)絡線，滿足鄭州南方向高速列車停站及引入鄭州站要求。

方案Ⅰ總平面布置詳見圖5。

圖5 方案Ⅰ總平面布置

(2)鄭州站普速外遷方案(方案Ⅱ)

為更加充分和高效地利用鄭州站所處的優(yōu)越地理位置、客運設備設施及城市配套工程，提高客運服務水平，結合城市規(guī)劃及相關工程實施進度，研究將鄭州站普速客運作業(yè)外移，鄭州站僅辦理高鐵及城際動車作業(yè)。結合鄭州站至小李莊站增建三四線工程的實施，將小李莊改造為普速客運站，京廣線和隴海線普速客車的始發(fā)終到及通過作業(yè)均在小李莊站辦理。小李莊站預留高速場，“鄭州南—小李莊—大關莊”鄭萬鐵路聯(lián)絡線可從小李莊高速場接軌，滿足鄭州南方向高速列車停站及引入鄭州站要求。

方案Ⅱ總平面布置詳見圖6。

圖6 調(diào)整后鄭州樞紐客運格局總平面布置

(3)優(yōu)缺點分析

兩方案優(yōu)缺點分析詳見表4。

表4 兩方案優(yōu)缺點分析比較

鄭州站普速外遷方案(方案Ⅱ)：樞紐形成“四主”客站格局，運輸組織順暢，與樞紐規(guī)劃預留線路銜接較好，沒有廢棄工程，近期新建工程少，工程投資省，易于實施，經(jīng)研究后，予以推薦。

5 樞紐客運格局調(diào)整的建議和分期實施說明[11，14]

5.1 客運格局調(diào)整的建議

基于鄭州站普速外遷的研究結論，本著統(tǒng)籌兼顧、因地制宜、合理布局、適度超前的原則，對鄭州樞紐客運格局做如下的調(diào)整建議。

(1)考慮到鄭太、鄭濟鐵路均從樞紐北部引入，而鄭州站、鄭州東站到發(fā)線能力緊張且無擴建條件，建議取消樞紐規(guī)劃中作為戰(zhàn)備迂回線的貨運北環(huán)線，利用其線位修建北客環(huán)，并與鄭焦城際(黃河景區(qū)站)、京廣鐵路(東雙橋站)以及鄭濟鐵路連通，并在鄭州城區(qū)北部預留鄭州北客站，可辦理鄭太、鄭濟鐵路始發(fā)終到作業(yè)，緩解鄭州站、鄭州東站能力緊張問題。

(2)取消規(guī)劃的貨運東環(huán)線，改為客運東環(huán)線，其北端與客運北環(huán)線銜接，南端接入鄭萬、鄭合鐵路預留的大關莊站，并通過大關莊站與鄭州南站連接，客運東環(huán)線是鄭州樞紐客運環(huán)線的一部分，也是鄭太、鄭濟鐵路與鄭萬、鄭合鐵路溝通的一條便捷途徑。

(3)取消規(guī)劃的貨運西北環(huán)，于東雙橋南端區(qū)間修建京廣下行貨線至歡河站的聯(lián)絡線。京廣鐵路普速客貨車可通過聯(lián)絡線經(jīng)歡河—鐵爐—關帝廟至規(guī)劃樞紐貨運西南環(huán)線，繞避市區(qū)走行。

(4)針對“鄭州—圃田西—圃田”隴海線區(qū)間能力緊張的現(xiàn)狀，考慮到該段能力已成為樞紐的瓶頸地段，已對鄭州樞紐的運輸組織特別是客運組織造成了不利影響，結合樞紐貨環(huán)線和“鄭州—小李莊—大關莊”聯(lián)絡線的規(guī)劃，考慮修建隴海線鄭州至小李莊三四線及小李莊經(jīng)圃田南至圃田的隴海貨車外繞線。

調(diào)整后的鄭州樞紐客運格局總布置詳見圖6。

經(jīng)優(yōu)化調(diào)整后，鄭州樞紐客運系統(tǒng)將形成“四主兩輔”的客站格局，鄭州、鄭州東、鄭州南和小李莊站為主要客運站，大關莊站、鄭州北客站為輔助客站。

其中，鄭州站辦理客專動車和城際列車；鄭州東站以辦理客專動車為主，兼顧城際客車；鄭州南站主要辦理城際客車，兼顧客專動車；小李莊為樞紐主要普速客運站，以辦理普速客車為主，兼顧客專動車和城際客車；鄭州北客站和大關莊站：兼顧客專動車和城際客車。

5.2 樞紐工程分期實施建議

綜合以上樞紐客運格局研究結論，結合實際需求及城市規(guī)劃及配套工程的實施進度，確定樞紐相關工程實施建設時序的建議如下。

(1)針對“鄭州—圃田西—圃田”隴海線區(qū)間能力緊張的現(xiàn)狀，先期修建隴海鄭州至小李莊三四線及小李莊經(jīng)圃田南至圃田的隴海貨車外繞線。

(2)鄭州站普速客運作業(yè)外遷至小李莊站，解決鄭州站能力緊張的現(xiàn)狀。

(3)修建樞紐東客環(huán)、北客環(huán)及鄭州北(客)站，并連通鄭州站、鄭州東站和鄭州南站，緩解鄭州站和鄭州東能力緊張的情況，靈活樞紐運輸組織。

(4)修建樞紐西貨環(huán)，鄭州北編組站外遷至侯寨，將普速列車外遷至城外走行。

6 結語

客運專線引入樞紐，即使樞紐已經(jīng)預留了工程接口，也應從運量增長、客運分工和運輸組織等角度深入研究樞紐格局及能力適應性。隨著鄭萬、鄭合、鄭太、鄭濟等鐵路的引入，鄭州樞紐原“三主一輔”的客運格局已不能適應國民經(jīng)濟的發(fā)展和日益增長的客運需求。結合運量特性、能力適應性、工程投資、與城市規(guī)劃的協(xié)調(diào)等方面分析，提出了“四主兩輔”的客運格局調(diào)整方案及分步實施建議。研究所得結論對鄭州樞紐總圖修編和城市規(guī)劃具有一定的參考價值。