In den Jahren 2021, 2022 und 2023 muss die Stammstrecke voraussichtlich zwischen Hauptbahnhof (tief) und Stuttgart-Vaihingen für jeweils sechs Wochen gesperrt werden. In dieser Zeit werden sicherheitstechnische Anlagen sowie die technisch-betriebliche Ausstattung nachgerüstet beziehungsweise erneuert, Gleise und Weichen ausgetauscht und alle Haltestellen renoviert. Die S-Bahnen aus Richtung Feuerbach beziehungsweise Bad Cannstatt werden ersatzweise am Hauptbahnhof oben verkehren. Der Bahnhof Vaihingen selbst kann für die Zeit der Stammstreckensperrung in Betrieb bleiben. Der Verkehr aus dem Süden könnte daher ohne Zwischenhalte über die sogenannte Panoramabahn von Vaihingen direkt zum Hauptbahnhof fahren. Die Aufnahmekapazität des Hauptbahnhofs ist für diese weiteren Verkehre begrenzt, da sie vom Fern- und Regionalverkehr bereits stark genutzt werden. Daher ist mit Einschränkungen bei allen Verkehren zu rechnen.
Derzeit finden noch Abstimmungen über ein verkehrlich tragbares Ersatzkonzept statt. Der Verband Region Stuttgart wird sich dafür einsetzen, dass sich die enorme Fahrgastnachfrage bei der S-Bahn auch im Ersatzkonzept widerspiegelt. Im regionalen Verkehrsausschuss wurde die Sperrung, ihre Konsequenzen und die Anforderungen an ein Ersatzkonzept diskutiert. Begrüßt wurde mehrheitlich, dass die über 40 Jahre alte, zwischenzeitlich störanfällige Infrastruktur umfassend saniert werde. Ebenfalls als gut befunden wurde der Zeitpunkt in den Sommerferien. Die Bahn müsse darauf achten, dass die Einschränkungen, mit besonderem Augenmerk auf ausreichende Fahrten mit Halt am Stuttgarter Hauptbahnhof, so gering wie möglich ausfallen. Dabei sei die Einbeziehung der Kapazitäten der Stuttgarter Straßenbahnen und eine weitreichende Planung mit Bus-Ersatzverkehren zentral.
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