東海道新幹線の「のぞみ」とは、ご存じのとおり東京、品川、新横浜、名古屋、京都、新大阪と東海道新幹線の拠点となる各駅に停車する列車だ。月曜日から金曜日までの平日に毎日運転されている「のぞみ」の本数は2019(平成31)年3月16日に実施のダイヤ改正で164本となった。同じく313本が設定されている東海道新幹線の列車に対し、「のぞみ」が占める割合は52.4パーセントと過半数を越える。

　「のぞみ」は2020(令和2)年春に大きな変化を遂げるという。JR東海は2019年4月18日に「のぞみ」の運転本数の増加とスピードアップとを行うと発表したからだ。前者は東京駅を基準とした1時間当たり片道の最大運転本数を現在の10本から12本へと増やすという内容だ。詳細な運転時刻などが発表されていないなか、どのように「のぞみ」が増発されるのかについては拙稿「『のぞみ』1時間当たり最大12本の運転へ」で予測を試みたので、ご一読いただければ幸いである。

　今回は続編として「のぞみ」のスピードアップはどのようにして行われるのか、そして具体的な運転時刻について予想してみたい。前編と同じく今回も新幹線についての専門的な説明が含まれているため、全体像を短時間で把握できる「要約編」、そして少々専門的ながらもできる限り説明した「詳細版」とで構成した。

■要約編

　「のぞみ」のスピードアップとは、東京駅と新大阪駅との間の所要時間を短縮するということを意味する。現在最速で2時間22分、最も時間を要している列車で2時間37分のところ、JR東海はすべての列車を2時間30分以内で運転するという。ちなみに、東京～名古屋間の場合、現在最も速い列車で1時間34分、最も時間を要している列車で1時間43分で結ばれている。同社はこちらの所要時間をどのように変えるのかを明らかにしていない。全列車1時間39分以内に短縮されると考える。

　表1は東京駅を18時台に出発する新大阪駅方面の「のぞみ」の現在の運転時刻を一部に推測を交えて示したものだ。臨時列車を含めて18時台に東京駅を出発する「のぞみ」の現在の本数は10本となる。これらのうち7本は東京～新大阪間の所要時間が2時間30分を越えているので、所要時間を短縮しなくてはならない。

　東京駅を18時台に出発する「のぞみ」中、2時間30分を越える列車が今後どのようにスピードアップされるのかを予想したものが表2だ。予測に当たり、既存の「のぞみ」については東京駅を出発する時刻を変えていないので、現状で東京～新大阪間を2時間30分で運転されている「のぞみ」に合わせて所要時間が短くなっただけである。前編で記したとおり、東京駅を18時07分と18時43分とにそれぞれ出発する「のぞみ」が増えると仮定して両列車の運転時刻の予測も試みた。

　さて、表2をよく見ると、途中駅で「のぞみ」に追い抜かれる列車の時刻に変更が必要な個所が多い点に気がつくであろう。具体的には先行する「ひかり」「こだま」が待避となる駅に停車する前に「のぞみ」が該当の駅を通過しているのだ。

　実は、この点が2020年春への最大の課題であると筆者は考える。「のぞみ」をスムーズに運転できるよう、「ひかり」や「こだま」が「のぞみ」を待避する駅を増やしたり、待避のための停車時間を伸ばせば問題は解決するかもしれない。だが、それでは「のぞみ」の停車しない駅の利用者にとってはサービスの低下も著しいであろう。特に静岡駅や浜松駅の利用者にとっては腹立たしい限りだ。本来であれば、2020年春に「ひかり」「こだま」の運転時刻がどのように変わるのかを予測したいものの、「のぞみ」、「ひかり」「こだま」とも東京駅を出発する時刻を変えないという条件のもとでは非常に困難であった。ここは素直にJR東海の発表を待ちたい。

　「のぞみ」のスピードアップで「ひかり」「こだま」が割を食うという現象の根本的な解決策は、2027(令和9)年に予定されている中央リニア新幹線の品川駅と名古屋駅との間の開業であろう。しかしながら、リニア中央新幹線の建設には数々の難問題が立ちはだかり、開業が遅れるとも言われている。となると、それまでの間、東海道新幹線側でも対策を講じなくてはならない。

　具体的に言うと、N700Aタイプよりもさらに加速力、減速力に優れ、東海道新幹線の途中駅に停車しても「のぞみ」と比べて所要時間があまり延びない車両の開発がまずは必要だ。そして東海道新幹線の途中駅のなかでただ一つ待避線をもたない熱海駅の改良、そして、ボトルネックとなる区間においては部分的な線路の増設が望ましい。

■詳細版(「要約編」との重複あり)

N700Aへの統一で「のぞみ」のスピードアップが実現

　東海道新幹線で2020年春に予定されている「のぞみ」のスピードアップの状況を予測するに当たり、東京駅を18時台に出発する列車を取り上げることとした。「のぞみ」の運転本数が1時間当たり10本と、19時台とともに最も多い点が理由の一つである。もう一つの理由は、東海道新幹線の列車の運転時刻はパターン化されており、最も「のぞみ」の多い18時台での運転時刻の予測は他の時間帯にも容易に応用できるからだ。

　大前提として、2020年春の「のぞみ」のスピードアップは、東海道新幹線で使用されているすべての車両がN700Aタイプに統一されることによってもたらされる。N700Aタイプは東海道新幹線での最高速度が時速285kmで、半径2500mのカーブで通過可能な上限速度は時速275km、時速270kmに達するまでの時間は3分ちょうどだ。いっぽう、N700Aタイプの前モデルとなる700系はいま挙げた3項目にすべてにおいて劣る。順に示すと時速270km、時速255km、4分45秒だ。

　すでに定期運転の「のぞみ」から700系は撤退したけれども、それでも車両がほぼすべて営業に赴く繁忙期に臨時列車として運転されるとか、N700Aタイプが故障したときに差し替えて用いられるケースが想定され、2時間30分を越える「のぞみ」が残されていた。また、数を減らしたとはいえ、「ひかり」「こだま」の一部には700系が用いられていて、「のぞみ」のスピードアップを阻んでいた。「ひかり」「こだま」とも、N700Aタイプを用いたほうが待避する駅に早く到着することができるからである。

現時点での「のぞみ」の運転状況は

　それでは2020年春に予定されている「のぞみ」の運転時刻を予測したい。まずは現状を把握すべく、東京駅を18時台に出発する新大阪駅方面の「のぞみ」の現在の運転時刻を表1に示した。「のぞみ」や「ひかり」の通過時刻は公開されていないので、各駅に停車する「こだま」の運転時刻をもとに算出している。

　求め方を説明しよう。たとえば新横浜～名古屋間に設置された途中駅の通過時刻を知りたければ、この区間での「のぞみ」と「こだま」との所要時間の比を計算し、次に「こだま」の各駅間の運転時間にこの比率を乗じればよい。算出された時刻は1秒単位であったが、現実の東海道新幹線の列車ダイヤに合わせて15秒単位にそろえている。続いて、現実の運転状況や線路の様子といった条件に応じて修正を行った。

　前述のとおり、N700Aタイプは停止状態から加速して時速270kmに達するまで3分を要するという。JR東海の資料をもとに筆者が計測したところ、時速270kmから時速285kmに到達するまでの加速度の平均値は0.5km/h/s(0.1ms^2)と考えられるので、加速に要する時間は30秒程度となった。つまり、新横浜～小田原間、名古屋～岐阜羽島間の運転時刻には加速用として3分30秒分を確保しなければならない。

　駅を出発してから次の駅に停車するまでの「のぞみ」の運転状況は台形で表すことができる。台形のうち、上底は最高速度で走行した時間、下底は駅間の運転時間、高さは最高速度、面積は駅間の距離だ。実際の距離が51.1kmとなる新横浜～小田原間の場合、最高速度を時速285km、加速に必要な時間を3分30秒とすると下底から上底を差し引いた数値を求めることとなり、算出の結果、この区間を12分30秒で結べばよい。このとき、駅での停車時間を除いた平均速度(以下平均速度)は時速245.3kmとなる。現実にはもう少し加速時間に余裕がほしいので、この区間を12分45秒で結ぶと仮定した。加速のために確保できた時間は4分で、平均速度は時速240.5kmだ。

　三河安城～名古屋間、米原～京都間では今度は駅に停車する際に不可欠な減速に要する時間を考慮しなくてはならない。N700Aタイプが時速285kmから停止するまでの減速度の平均値を推測すると1.8km/h/s(0.5ms^2)となったので、停車までに要する時間は2分38秒ほどとなった。加速と異なってブレーキは天候などに左右されやすいので余裕を大きめに取りたい。時速285kmで運転した場合、駅間の運転時間、減速時間を順に述べると、三河安城～名古屋間は前者が8分30秒、後者が4分30秒、米原～京都間は前者が16分30秒、後者は4分20秒と仮定した。

　小田原～熱海間のようにどちらの駅も停車しない場合、基本的には駅間を最高速度の時速285kmで走破可能だ。ただし、各所に半径2500mのカーブが点在するので、制限速度の時速275kmと最高速度の時速285kmとの間で加速や減速を頻繁に繰り返す。時速285kmへの加速時間は加速度の平均値が0.5km/h/ms^2と考えられるので約20秒、時速275kmへの減速時間は減速度の平均値が1.3km/h/s(0.4ms^2)とやはり考えられるので約8秒となった。

熱海駅構内と浜松駅構内とに存在する急カーブは東海道新幹線の泣き所

　ところで、東海道新幹線には「のぞみ」が時速285kmで走行可能な区間であっても、途中に急カーブが存在し、一筋縄ではいかない。代表的な場所は熱海駅構内と浜松駅構内とである。熱海駅構内には半径1500mのカーブがあり、N700Aタイプの能力をもってしても時速195kmを出すのがせいいっぱいだ。また、浜松駅構内には半径2200mのカーブがあり、N700Aタイプは時速260kmに速度を落とす必要がある。

　筆者の算出では、N700Aタイプが時速285kmから時速195kmへと速度を下げる際の減速度の平均値は1.5km/h/s(0.4ms^2)となり、減速に要する時間は約1分、その反対に加速度の平均値は0.9km/h/s(0.3ms^2)となり、加速に要する時間は約1分40秒となった。一方、時速285kmから時速260kmへの減速度の平均値は1.2km/h/s(0.3ms^2)と考えられ、減速時間は21秒、その反対に加速度の平均値は0.5km/h/s(0.1ms^2)となって加速時間は約50秒と考えられる。

　以上に基づき、筆者が想定した熱海、浜松両駅を含む区間の運転時間と加速または減速時間は、小田原～熱海間では前者が4分45秒で後者が1分35秒、熱海～三島間では前者が4分15秒、後者が1分48秒、掛川～浜松間では前者が6分45秒、後者が1分45秒、浜松～豊橋間では前者が8分30秒、後者が2分8秒である。浜松駅を含む掛川～浜松～豊橋間では全体として加速や減速に要する時間を多く取ったのは、途中に半径2500mのカーブが多いため、時速285km/hと時速275km/hとの間で加速や減速も多いと予想したからだ。

「ひかり」「こだま」が駅に停車してから1分後に「のぞみ」が通過できる理由

　最後に、途中駅での「ひかり」や「こだま」の追い抜きに整合性をもたせるために、一部で運転時刻を修正している。計算だけに頼ると、先行する「こだま」が待避を行う駅にまだ到着していないにもかかわらず、「のぞみ」が通過するという結果も生じたからだ。

　とはいえ、待避となる「ひかり」「こだま」の到着時刻と後続の「のぞみ」の通過時刻との間に余裕が少ないケースが目立ち、調整は案外難しい。そこで、待避となる列車の到着から1分以上経過すればよいと見なした。

　実を言うと、列車の待避に関して最小限確保しなければならない運転間隔とは、待避となる列車が駅に停車してから、通過する列車が駅の中心地点を通過するまでの時間ではない。待避となる列車が通過線から分かれて待避線に入りきってから、ポイントと呼ばれる分岐器(ぶんぎき)が通過線側に開通して通過列車の進入が許されるまでの時間を指す。したがって、「ひかり」「こだま」の停車から1分後に「のぞみ」が通過するように見えても、実際には東海道新幹線の最小運転間隔である2分は確保される。

　余談ながら、掛川駅を通過する上り東京駅方面の「のぞみ」に乗っていると、追い抜かれる「こだま」がまだ待避線を走っていて、掛川駅に停車していないという不思議な現象にしばしば出くわす。掛川駅の上り東京駅方面の線路は半径3000mのカーブの途中にあって分岐器を置けないため、通過線と待避線との分岐から列車の停止位置まで1km余り離れている。このため、「こだま」は掛川駅に停車するために待避線上で減速を続けている間にいま通ってきた分岐器が切り替わり、「のぞみ」が通過していくのだ。

すべての「のぞみ」が東京～新大阪間を2時間30分以内で結ぶには

　それでは2020年春の予測へと移ろう。結果は表1で東京～新大阪間の所要時間が2時間30分を越える「のぞみ」7本を対象に、どのようにスピードアップが行われるかを示したものが表2である。表2では併せて2020年春に増加が予想される「のぞみ」2本の運転時刻も記した。東京駅発の時刻は18時07分と18時43分とである。

　予測自体は特に難しくない。東京駅発18時台という時間帯には東京～新大阪間を2時間30分以内で結ぶ「のぞみ」がすでに3本存在するため、途中の駅間の所要時間をこれらの列車に合わせて修正していけばよいからだ。

　表2をご覧いただいたところで本稿は結びとしたかったのだが、ここで大きな問題が発生した。緑色の網かけで示した個所では追い抜かれる「ひかり」「こだま」の運転時刻に変更が必要で、結構な手間となるからだ。

　該当の個所では先行する「ひかり」「こだま」がまだ駅に着いていないのに、後続の「のぞみ」が追い抜いてしまっている。解決策としては「ひかり」「こだま」のスピードアップを図って待避となる駅に早く到着するようにするか、または「ひかり」「こだま」が1つの前の駅で「のぞみ」を待避することとするというものだ。

　言うまでもなく前者は難しい。駅と駅との間で列車は停止状態からの加速、そして停止状態への減速とを行う必要があり、仮に時速285kmで走行したいとなるとN700Aタイプであっても加速と減速とに合わせて7分30秒も取られるからだ。

　後者も困難を極める。待避のための停車時間を延ばすことでまずは解決とはいうものの、「ひかり」「こだま」の利用者にとっては面白かろうはずがない。「のぞみ」の停車しない駅の価値がいま以上に下がることは間違いなく、特に静岡駅や浜松駅を抱える静岡県の関係者にとっては無念さもひとしおであろう。

　さらに東海道新幹線の線路の問題もある。表2の「増発列車その1」が三島駅で先行する「こだま677号」よりも先に着いてしまうので、1駅手前の熱海駅で「のぞみ」を待避すればよいと思いがちだが、実は熱海駅には待避線は設けられていない。したがって、「こだま677号」の運転時刻を大きく変えない限り、新たな「のぞみ」を運転することは不可能だ。

「のぞみ」のスピードアップと増発、そして「ひかり」「こだま」との共存は可能か

　JR東海はいま挙げた問題点を当然のことながら認識している。「のぞみ」と「ひかり」「こだま」とで東京駅を出発する時刻を振り替えるなどの調整を行って対処するのであろう。

　しかしながら、東海道新幹線での「のぞみ」のスピードアップや増発は限界に近づいている。抜本的な解決策はただいまJR東海が建設中のリニア中央新幹線の開業であるが、ここにきて2027年と目されていた品川～名古屋間の開業時期が遅れる可能性が生じてきた。

　JR東海にとっては二重の投資となるかもしれないが、ここはやはり東海道新幹線の改良が必要であろう。改良点として筆者が考えているのは、車両、線路、その他の3つの面だ。

　車両に関して言えば、N700Aタイプよりもさらに加速、減速性能に優れた改良版の投入が求められる。停止状態から時速285kmに達するまでの時間は2分台前半としたいし、その反対に時速285kmから停止状態となるまでの時間も3分台前半としたい。

　線路面ではまずは熱海駅に待避線を設けたいところだ。小田原駅からこの駅を経て三島駅までの実際の距離は34.7kmあり、数値としては浜松～豊橋間の35.3kmと同等だが、何しろ「のぞみ」はこの駅に停車する先行列車の速度に合わせなければならない。熱海駅は東海道新幹線の大きなボトルネック区間ではあるものの、半径1500mという急カーブで通過列車も大幅な減速を強いられるという点がいままで致命傷にならなかったのであろう。

　さて、熱海駅に待避線をつくろうにも、斜面を切り開いて設けられたこの駅の周囲に拡張の余地はほぼない。となると、急カーブの途中に設けられた熱海駅をショートカットする新たな線路の建設が現実的な選択となる。

　ほかにも、新富士駅から三河安城駅までの間の201.5km(実際の距離)で、部分的でもよいから現在の複線に加えてもう1組の複線を建設することが問題の解決に近づく。表1、表2からも明らかなとおり、「のぞみ」が「ひかり」「こだま」を追い抜く駅はこの区間に集中しているからだ。

　もちろん、熱海駅をショートカットする新線であるとか部分的な複々線化は膨大な費用を要する。いま挙げたものだけでもすべてを実施するとなると、5兆円は下らないであろう。現在、10兆円ほど投じてリニア中央新幹線を建設しているJR東海にそのような余力はないかもしれない。しかし、投資に対して得られる効果は明らかである。東海道新幹線とはそれほど重要な交通機関である点をいまいちど認識してほしい。

参考文献

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坂上　啓、「東海道・山陽新幹線直通用新型新幹線車両N700Aの営業投入」、「R&m」2013年3月号、日本鉄道車両機械技術協会