La línea Chinchilla-Cartagena es la principal línea de comunicación ferroviaria de la Región de Murcia. Forma parte del eje ferroviario Madrid-Cartagena. Su inicio se encuentra en el p.k. 298 de la línea Madrid-Valencia por Alcázar de San Juan, en el municipio albaceteño de Chinchilla de Montearagón. Siguiendo la catalogación de Adif, es la línea «320».
Cartagena, con su arsenal militar y su posición en el Mediterráneo, no pasaba desapercibida a los ojos del ferrocarril, ni tampoco lo hizo para la Compañía de los Ferrocarriles de Madrid a Zaragoza y Alicante (MZA). Desde 1852 se venían estudiando distintas alternativas para la construcción de un ramal que partiera de la línea Madrid-Alicante hasta Murcia y Cartagena. Finalmente el gobierno sacó a subasta en 1860 la concesión ferroviaria, que iría por Albacete. Como en otras ocasiones, José de Salamanca se hizo con la concesión para finalmente transferirla a MZA.
A pesar de la polémica que surgió en torno al punto de enlace con el ramal que iría finalmente a Cartagena, Albacete ganó finalmente la apuesta y para 1863 ya se encontraban inaugurados algunos tramos, como la sección Murcia-Cartagena. Si bien ya funcionaba el servicio en la zona baja de la línea, en la zona alta después de algunas discusiones pudo también completarse el trabajo a un ritmo rápido y así, la línea completa (con unos 240 km en total) fue finalizada oficialmente el 27 de abril de 1865. El punto de enlace, después de tanta polémica, estuvo realmente en Chinchilla, no muy lejos de Albacete.
Con el paso de los años el ferrocarril original se fue complementando con otras líneas de nueva construcción que entraron en servicio. La línea Murcia-Alicante, construida por la Compañía de los Ferrocarriles Andaluces e inaugurada en 1884, enlazaba con el trazado de MZA en la zona de Alquerías-El Reguerón. Unos años después también se conectaría con la línea Murcia-Lorca a través de la estación de Alcantarilla-Campoamor. Algo más tardía es la conexión con línea Murcia-Caravaca, inaugurada en 1933, que de hecho se cruzaba con el trazado Chinachilla-Cartagena en la estación de Alguazas.
En 1941, con la nacionalización de los ferrocarriles de ancho ibérico, la línea pasó a manos de RENFE.
Desde el 31 de diciembre de 2004 Renfe Operadora explota la línea mientras que Adif es la titular de las instalaciones ferroviarias.
La variante de Camarillas consiste en un nuevo trazado de la línea entre los términos municipales de Hellín (Albacete) y Cieza (Murcia). El objetivo es dotar a este tramo de la infraestructura, el equipamiento y la capacidad necesarios para mejorar las prestaciones ferroviarias. Debido al acusado arco que describía la traza en este tramo, compuesto por una sucesión de alineaciones curvilíneas de reducido radio, no era posible acometer la mejora del trazado original y la reducción de los tiempos de viaje; ello ha implicado la realización de una variante del trazado de la línea ferroviaria. La variante, inaugurada el 21 de marzo de 2019, ha reducido la longitud del trayecto ferroviario en 17 km. La longitud total de la actuación ha sido de 26,8 km . Las características técnicas permiten velocidades de circulación de 220-250 km/h. Con la reducción de longitud y la mejora de los parámetros geométricos, se han conseguido disminuciones de los tiempos de viaje en torno a 15 minutos.
Además la puesta en servicio de la variante ha supuesto la eliminación de 11 pasos a nivel entre Agramón y Cieza, ocho de los cuales están en la Región de Murcia.
Destacan como elementos significativos la construcción de cuatro túneles con una longitud total de 3,5 kilómetros y de tres viaductos con longitud total de 329 metros. También se han realizado ocho pasos superiores y tres inferiores para garantizar la permeabilidad de la nueva infraestructura. La DIA sobre el estudio informativo fue formulada por Resolución de 24 de febrero de 2004, de la Secretaría General de Medio Ambiente (BOE de 16/3/2004), siendo aprobado el expediente de Información Pública y definitivamente el «Estudio Informativo del Proyecto de Actuaciones de Mejora en el Eje Ferroviario Madrid - Cartagena. Tramo Minateda - Cieza. Variante de Camarillas» por Resolución de la Secretaría de Estado de Infraestructuras y Planificación (BOE de 8/3/2006).
La alternativa seleccionada fue la HC4 que evita el rodeo de la vía actual a su paso por la Sierra del Puerto y su aproximación a la población de Calasparra. El nuevo trazado comienza en el punto kilométrico 363+900 al norte de la estación de Agramón, cruza mediante un túnel de 2,5 km perpendicularmente la Loma de la Cañada de Toril. Bordea la Sierra de la Cabeza del Asno y se mantiene sensiblemente paralela a la rambla de Agua Amarga hasta su enlace con la vía preexistente en el punto kilométrico 403+500 aunque el final de la variante se considera el p.k, 409+800. En su recorrido cruza la rambla del Saltador con un viaducto de 100 m, la sierra mediante cuatro túneles de 2.500 m, 275 m, 300 m y 400 m de longitud y la rambla del Judío con un viaducto de 350 m . Durante su recorrido, discurre por los términos municipales de Hellín y Cieza. La actuación ha dejado fuera de servicio a la estación de Calasparra.
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