八王子駅 - 高麗川駅間
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電化区間であるこの区間は、川越線高麗川駅 - 川越駅間と一体的に運転されており、大半の列車は八王子駅 - 川越駅間で直通運転している。昼間の運転間隔はほぼ30分である。八高線や川越線内でダイヤの乱れが生じた場合は直通運転を中止して高麗川駅での折り返し運転が実施される。この際、ダイヤは八高線、川越線分割前提で組んでいるため、直通運転が中止されても、何事もない方の路線のダイヤはすぐ平常に戻ることが多い。以前は直通先の川越線が約20分間隔(埼京線に間隔を合わせるため)で運転されていたため運転間隔が合わず、一部の列車は高麗川駅で折り返しや長時間停車を行っていた。2015年3月14日のダイヤ改正で昼間の川越線高麗川駅 - 川越駅間と八高線が同じ30分間隔に統一された。これにより、高麗川駅における停車時間は短縮され、川越方面と東飯能・拝島方面を移動する場合の所要時間が均一化された。 列車番号の末尾は全て「E」であるが、川越線内は川越方面行きが「八高線内の番号-1」+H、八王子方面行きが「八高線内の番号+1」+Hとなっている。
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八王子駅 - 高麗川駅間
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中央本線上りホームの反対側1番線から八王子駅を発車すると、右手に横浜線が分岐し京王線を跨ぐ。左へカーブし中央本線から分かれ、浅川を渡り、国道16号(八王子バイパス)を跨いで勾配を上っていく。国道20号(甲州街道)を潜って、周辺に巨大な倉庫や工場の林立する北八王子駅に到着する。北八王子駅を発車すると勾配を下り、中央自動車道を潜ると間もなく小宮駅に到着し、勾配を下りながら1945年に八高線列車正面衝突事故のあった多摩川橋梁にかかる。多摩川両岸に向き合う東京都下水道局の二つの下水処理場を右手に見ながら鉄橋を渡ってしばらく直線に進むと青梅線を跨ぎ、青梅電留線、米軍横田基地線、保線基地などを大きく抱き込む形で左にカーブし、右手から西武拝島線が寄り添ってきて拝島駅に到着する。 拝島駅を出るとすぐ国道16号の武蔵野橋を、五日市線、青梅線とともに潜り、両線を左に分けながら住宅街の間の緩い勾配を直線で上り、東福生駅に到着。東福生駅 - 箱根ケ崎駅間の路線は横田基地拡張にともない付け替えられたが、基地を完全に迂回したわけではなく、駅を出るとしばらく基地内の住宅やスーパーマーケットの間を走る。基地内を出て右に並行していた国道16号が、瑞穂バイパスとなり下を潜って左に分かれていくと、コンクリート壁の間を抜ける。この部分は滑走路からすぐの延長線上にあり、非電化時代は「横田トンネル」が設けられていた部分である。これは昔、航空機からの部品落下などが時折あったためだが、航空機の安全性向上もあり、電化の際に架線を張る障害になるためトンネル上部が取り払われた。新青梅街道を跨いですぐに、箱根ケ崎駅に到着。箱根ケ崎駅は拝島方面からの折り返し列車もある。以前は待避線もあったが撤去された。 箱根ケ崎駅を出ると、かつては本線の右側を複線のように貨物線が並走していた。撤去された現在は草に覆れ面影が乏しい。ゆるい登り勾配を進むと、瑞穂バイパスの跨線橋をくぐる。ここで、八王子駅から当線の左右を並行して走ってきた国道16号と一旦別れ、川越市までは、当線と川越線とは全く別ルートを走る。埼玉県入間市に入り、狭山茶の茶畑の中を走り標高158メートルの八高線最高地点を通過。掘割された圏央道を跨いで、緩い勾配を下ると八高線最高所駅の金子駅に到着する。金子駅からは加治丘陵を峠もなく20‰の急勾配で駆け下りる。この坂はかつて蒸気機関車が走っていた頃には(八高線の)金子坂と呼ばれていて、坂を登る機関車の写真スポットとなっていたようだ。参考までに地元では、この坂の脇の道路を長沢峠といい[要出典]、金子坂は新久から仏子への丘陵を越える市道幹27号線の通称に用いられている。飯能市に入り左にカーブすると、右手に駿河台大学が見えてくる。そして高い築堤と橋梁で入間川を渡る。複線の西武池袋線の上を越える手前で築堤から高架になる。元々は入間川橋梁から築堤で高さをキープして、単線の池袋線を橋で跨いでいたが、池袋線の複線区間延長のため、橋を付け替えることが必要になり、元の築堤の左側に高架を造り、付け替えた。緩やかな左カーブを抜けると高架が終わり、住宅街の中を進むとやがて右にカーブする。すると、左側から飯能駅を経由しない短絡線の予定地だったスペースと、飯能駅でスイッチバックし単線になった同線が急カーブで寄り添ってきて東飯能駅に着く。同線がすぐまた左急カーブで離れ、国道299号の跨線橋を潜り、鹿山峠を20‰の急勾配で登って駆け下りる。林地を抜け、左急カーブのすぐ右手に本線の変電所が見えるが、ここが1947年の八高線列車脱線転覆事故の現場であり、すぐに川越線との分岐点である、高麗川駅に到着となる。
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この区間は全区間電化。 全列車各駅停車(全駅に停車)。 全区間単線、全駅で列車交換が可能。 駅名駅間営業キロ累計営業キロ接続路線所在地八王子駅 - 0.0 東日本旅客鉄道: 中央線 (JC 22)・ 横浜線 (JH 32)京王電鉄: 京王線(京王八王子駅:KO34) 東京都 八王子市 北八王子駅 3.1 3.1 小宮駅 2.0 5.1 拝島駅 4.8 9.9 東日本旅客鉄道: 青梅線・ 五日市線 (JC 55)西武鉄道: 拝島線(SS36) 昭島市 東福生駅 2.8 12.7 福生市 箱根ケ崎駅 3.0 15.7 西多摩郡瑞穂町 金子駅 4.8 20.5 埼玉県 入間市 東飯能駅 5.1 25.6 西武鉄道: 池袋線(SI27) 飯能市 高麗川駅 5.5 31.1 東日本旅客鉄道:■川越線(一部川越駅まで直通運転)・■八高線(高崎方面) 日高市 2020年度の時点で、JR東日本自社による乗車人員集計の除外対象となる駅(完全な無人駅)は、東福生駅のみである。 東福生駅と箱根ケ崎駅の間で羽村市を通るが、駅は設置されていない。
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