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地鐵系統分為地上鐵路以及地下鐵路兩種。
地下鐵路，也稱作地鐵或地下鐵，狹義上專指在地底運行[1]為主的城際鐵路系統或捷運系統。但廣義上，由於許多此類的系統為了配合修築的環境，可能也會有地面化[2]的路段存在，因此通常涵蓋了都會地區各種地底與地面上的高密度交通運輸系統[3]。
地下鐵路的例子有：港鐵的觀塘綫、荃灣綫、港島綫、將軍澳綫；台灣鐵路管理局地下化後的諸條路線等。[4]
地上鐵路，也稱為地鐵或地上鐵，基本上專指在地面運行[5]為主的鐵路系統。但實際上，由於許多此類的系統為了配合修築的環境，可能也會有地底化[6]的路段存在，因此通常涵蓋了都會地區各種地面與地底下的高密度交通運輸系統[7]。
地上鐵路的例子有：港鐵的東鐵綫、東涌綫、西鐵綫、馬鞍山綫、迪士尼綫；倫敦地上鐵等等。
在英文環境中，根據各城市類似系統的發展起源與使用習慣之不同，常稱為Metro、MRT、MTR、Overground、Railway、Rapid、REA、Subway、Tube或Underground。
目录 |
概要
歷史
世界上首條地下鐵路系統是在1863年開通的倫敦大都會鐵路（Metropolitan Railway），是為了解決當時倫敦的交通堵塞問題而建。當時電力尚未普及，所以即使是地下鐵路也只能用蒸汽機車。由於機車釋放出的廢氣對人體有害，所以當時的隧道每隔一段距離便要有和地面打通的通風槽。
到了1870年，倫敦開辦了第一條客運的鑽挖式地鐵，在倫敦塔附近越過泰晤士河。但這條鐵路並不算成功，在數月後便關閉。現存最早的鑽挖式地下鐵路則在1890年開通，亦位於倫敦，連接市中心與南部地區。最初鐵路的建造者計劃使用類似纜車的推動方法，但最後用了電力機車，使其成為第一條電動地下鐵。早期在倫敦市內開通的地下鐵亦於1905年全數電氣化。
法國巴黎的巴黎地鐵在1900年開通，最初的法文名字「Chemin de Fer Métropolitain」（法文直譯意指「大都會鐵路」）是從「Metropolitan Railway」直接譯過去的，後來縮短成「métro」，所以現在很多城市軌道系統都稱metro。俄羅斯的地鐵也順理成章，只是改用了西里爾字母，稱為Метро。
地鐵施工
在地底下挖隧道並不是一件容易的事，而且需要極大量的金錢和時間，至少也要好幾年才能完成。
明挖回填
最簡單直接的方法是明挖隨填（明挖回填）。這種方法一般是在街道上挖掘一條大坑，然後在下面鋪設軌道、建造隧道結構，隧道有足夠的承托力後才把路面重新鋪上。
除了道路被掘開，其他地下結構如電線、電話線、水管等都需要重新配置。
建這種隧道的物料一般是混凝土或鋼，但較舊的系統也有使用磚塊和鐵的。
鑽挖法
另一種方法是先在地面某處挖一個豎井，再在井底挖掘隧道。最常見的方法為使用鑽挖機（潛盾機，盾構機），一面挖掘一面把預先準備好的組件安裝在隧道壁上。對於建築物高度密集的地方（如香港的香港島），鑽挖法甚至是唯一可行的建造方法。
這種方法的優點是對街道交通或其他地下設施的影響非常小，甚至可在水底建造（倫敦、紐約、香港和首爾等都市的城市軌道系統都有很多越過河流或海港的隧道）；隧道的設計也有較多的創作空間，例如車站會比站與站之間的隧道高一些，有助列車離站時加速以及進站時減速。
但這種挖法也不是沒有缺點的，其中之一是經常需要留意地下水的影響；另外在一些較硬的岩層開挖，可能需要炸藥。地下空氣供應問題甚至隧道坍塌亦有可能造成工人傷亡。此外，對於建築高度密集的地方，挖掘時除了要留意避免對工地四周的建築結構造成影響以外，有時亦要統籌所在的公用事業，把地底的輸水、輸電管線遷移，以便騰出地方來興建列車通道。
供電方式
一般而言，為減低隧道建造成本，大多地下鐵會選擇使用第三軌供電方式，不過並非絕對。
地鐵的供電方式主要如下：
第三軌
在原有兩軌路線側邊新增軌道帶電，車輛則利用集電靴獲得電力；電流經車輪和運行軌道回到發電廠。
第四軌
原理同上，除了原有車輪支撐導引用軌道外，另外增設兩條軌道各供應直流電正負兩極，或者供應三相交流電，但不如第三軌式經濟，故不常見。
架空電纜
電力由架空電纜提供，車輛則利用集電弓獲得電力，有時亦會以車輪經過軌道將電流帶回發電廠。使用架空電纜供電的地下鐵，電纜設置會非常低，幾乎觸及車頂，以減少隧道高度，從而減低建造成本。
由於上述原因，地下鐵均會使用設備較簡單的直流供電，令車身可以較低矮，隧道同以造得較低。
優點和缺點
優點
- 節省土地：由於一般大都市的市區地皮價值高昂，將鐵路建於地底，可以節省地面空間，令地面地皮可以作其他用途；
- 減少噪音：鐵路建於地底，可以減少地面的噪音。
- 減少干擾：由於地鐵的行駛路線不與其他運輸系統（如地面道路）重疊、交叉，因此行車受到的交通干擾較少，可節省大量通勤時間。
- 節約能源：在全球暖化問題下，地鐵是最佳大眾交通運輸工具。由於地鐵行車速度穩定，大量節省通勤時間，使民眾樂於搭乘，也取代了許多開車所消耗的能源。
缺點
- 建造成本較高：由於要鑽挖地底，鐵路的建造成本比建於地面高昂。
安全性
雖然地鐵對於雪災和冰雹的抵御能力較強。但是對地震、水災、火災和恐怖主義等抵禦能力很弱。由於地鐵的構造，而導致極易因為這些因素發生悲劇。為此自地鐵出現以來，工程師們就不斷持續研究如何提高地鐵的安全性。
地震
地震可以導致行進中的車輛出軌，因此地鐵都設計有遇到地震立即停駛的功能。 為防止地鐵地道坍塌，處於地震地帶的地鐵結構必須特別堅固。
水災
由於地鐵內的系統低於地平線，而導致地上的雨水容易灌入地鐵內的設施。因此地鐵在設計時不得不規劃充分的防水排水設施，即使如此也可能發生地鐵站淹水事件。為此在發生豪雨之時，地鐵車站入口的防潮板和線路上的防水閘門都要關閉。一個知名的例子是台北捷運在納莉颱風侵襲時曾經發生淹水事件。
火災
在以前，人們不太重視地鐵站內的防火設施，車站內一旦發生火災，瞬間就會充滿煙霧，而引發嚴重的災禍1987年11月18日，英國倫敦地鐵King's Cross站發生火災，導致31人死亡。產生火災的原因之一是因為倫敦地鐵內採用了大量木質建築。因此，日本地鐵部門規定在地鐵站內禁煙來避免火災。
2003年2月28日，南韓大邱廣域市的地鐵車站因為人為縱火而產生火災，12輛車廂被燒毀，192人死亡，148人受傷。這次火災產生如此嚴重死傷的原因除了車廂內部裝潢採用可燃材料之外，車站區域內排煙設施不完善也是重要因素，加上車輛材質燃燒時產生了大量的一氧化碳等有害物質，而導致不少人中毒死亡。
恐怖襲擊事件
- 1995年3月20日在日本東京奥姆真理教發動了東京地鐵沙林毒氣事件。
- 2001年9月11日在美國紐約的911恐怖襲擊事件中，地鐵雖然沒有成為恐怖主義者直接攻擊的目標，但是倒塌了的世貿中心大樓(WTC)的正下方有地鐵車站，而地鐵車站也因為建築的倒塌而被破壞，部分人因此死亡。
- 2005年7月7日在英國倫敦發生了爆炸事件。地鐵正成為恐怖主義者攻擊的目標。
地鐵空氣之壓力
地鐵因列車在隧道內高速移動，可能產生隧道及車廂內之壓力劇烈改變，而造成旅客不舒適之感覺，或者影響設備之使用壽命，其壓力改變之現象可詳活塞效應。 地鐵因列車高速移動產生之壓力波若傳抵隧道出口，將產生隧道口微壓波噪音，干擾戶進住民之安寧。
世界各地的地鐵
亞洲
亞洲最早的地鐵出現在日本。日本大都市人口密集，因此為疏導交通而廣興地鐵。在20世紀後半葉，亞洲各地的地鐵飛速發展。亞洲建設地鐵的主要目的是為了緩和阻塞的交通。除去日本和石油生產國，不少發展中國家的地鐵路線都是用發達國家的援助資金興建的。
日本
在日本，都會地區的地下有軌運輸系統稱為「地下鉄」或「メトロ」（Metro的片假名化拼法），其最早的一套系統乃是1927年（昭和2年）12月30日通車的東京地下鐵道。目前在日本擁有地下鐵的城市計有東京、大阪、橫濱、名古屋、京都、神戶、福岡、札幌、仙台以及埼玉，除此之外，川崎目前也在規劃自己的地下鐵系統。
東京
東京地鐵首期通車範圍，是目前東京地下鐵銀座線淺草站到上野站的區間。1933年（昭和8年）5月20日。在此之前，1915年（大正4年）東京中央郵局到東京站區間就已有在地下行車的郵件運輸專車。
大阪
公營地鐵大阪市營地鐵御堂筋線梅田站到心齋橋站的區間通車營運。
第二次世界大戰後除了大阪市以外，公營有軌電車在各政令指定城市成為代替地鐵的交通方式，在一些大都市裡公營地鐵的建設擴充也在持續推進。伴隨著交通堵塞的日益嚴重，有軌電車逐漸難以定時營運。1980年代後半期，由於建設費用的緊縮，部分城市開始建設所謂的迷你地鐵。
台灣
跟世界其他地區相比，台灣所稱的「地下鐵路」大多是指由主要由台灣鐵路管理局所經營地下化後的城際鐵路路線；至於都會地區的城市軌道交通系統則稱為「捷運」（大眾捷運系統，Mass Rapid Transit System，簡稱MRT），與前者分屬不同系統。台灣第一條鐵路設於地下的都會區有軌運輸系統，是1997年通車的台北捷運淡水線（市區路段）。
台北捷運系統最早是自1988年起建，1997年部分路段開始通車營運，目前已發展成5條主線、2條支線，76.6公里的長度，並持續規劃並建造新的捷運路線，本身的軟、硬體設施也不斷在更新。
除了既有的台北捷運線路，與台北捷運已核定的新路線及臺灣桃園國際機場捷運、高雄捷運、台中捷運以外，台灣其他地方捷運系統的建設尚在審核與規劃階段中。台北捷運是由公營事業台北捷運公司營運，而高雄捷運則是採BOT規劃的民間企業高雄捷運公司營運，特許期36年。
中國香港
香港的地鐵系統「港鐵」（中文名稱意指「香港的鐵路」，英文名稱「Mass Transit Railway - MTR」是「集體運輸鐵路」的意思），在2007年「兩鐵合併」中由香港的地鐵系統和九廣鐵路系統合併而成。香港的地鐵和九廣鐵路分別在1979年和1910年通車，合併前分別由地鐵有限公司和九廣鐵路公司營運。合併後，原屬九廣鐵路的三條路線租予地鐵有限公司（中文名稱已於合併日易名為香港鐵路有限公司）營運，成為港鐵市區綫的一部份，標誌著九廣鐵路公司的車務運作正式畫上句號。
港鐵現時設有十條路線，分別是東鐵綫、觀塘綫、荃灣綫、港島綫、東涌綫、將軍澳綫、西鐵綫、馬鞍山綫、迪士尼綫共九條市區綫，以及一條連接機場及香港市中心的機場快綫，當中包括地底、地面和架空路段。
中國
中國的第一條地下鐵路，是1969年通車的北京地鐵。除北京以外，上海、天津、廣州、深圳、南京、大連、武漢、重慶、長春均擁有地鐵或是輕軌。另有寧波、瀋陽、哈爾濱、杭州、蘇州、成都、西安、佛山正在興建地鐵和輕軌系統。
北京
北京地鐵通車於1969年。但是在1978年改革開放之前地鐵並不對外營運。1980年代以後，由於外資的引進加上政府的現代化政策，各個城市內地鐵建設火速展開。
上海
上海等城市在1990年代後將擴充地鐵線路作為緊急任務。近些年中國不少中小城市也開始有興建地鐵的規劃，而一些大都市的地鐵線路也規劃的極多極長，引發了一些專家學者的擔心。
天津
天津地铁始建于1970年4月7日，天津是中国第2个建设地铁的城市。 目前一号线和九号（东段）线通车运营，二号线、三号线和九号线（西段）在建，预计2010年通车。四号线、五号线将于2009年开工建设。
廣州
廣州地鐵通車於1999年，現已建成四條線路，總長度達116公里，运营日均客运量超100万人次。
深圳
深圳地铁于2004年12月28日正式通车。投入營運的有深圳地铁1號線與4號線，19個車站，長21.866千米。
南京
南京地铁一号线全长21.72公里，其中地下线14.33公里，地面及高架线7.39公里，项目总投资85亿元。共设车站16座，其中地下车站11座，地面及高架车站5座。乘坐地铁除了使用公交"一卡通"外，乘客还可以在地铁站现场购买单程票。现场购票分自动售票和人工售票两种。
韓國
韓國的第一條地鐵出現在首爾，1974年通車營業。在之後30年的時間裡釜山、大邱、仁川、光州、大田等地的地鐵陸續通車營業。南韓的地鐵建設經費不少都是來自日本等發達國家的援助。由於面臨北韓的威脅，南韓仍處於準戰備體制。因此地下空間的使用特別發達。首都首爾擁有大規模地鐵線路網。南韓各都市的地鐵也是由國營公司營運。
歐洲
自英國倫敦地鐵通車以来，20世纪中葉前在歐洲的許多大都市都建設了地鐵。
英國
倫敦地下鐵（London Underground）始於1863年1月10日營運，現時全長408公里（市區的路段建在地底／郊區的路段建在地面），共設有12條路線共275個車站，是英國倫敦的城市軌道交通系統。
倫敦地上鐵 (London Overground) 是英國倫敦西部及北部的鐵路線，自2007年11月12日啟用，是英國國鐵系統的一部分，由香港鐵路有限公司旗下的英國聯營公司取得了七年專營權，總值七億英鎊。
德國
柏林地鐵（Berlin U-Bahn）於1902年開幕。在柏林圍牆落成後，東德政府禁止東德居民搭乘地鐵到西柏林，而西德居民雖可搭乘地鐵到東柏林地區，但禁止下車。直到柏林圍牆倒下、兩德統一後得以恢復整體系統的營運。由於作為德國首都的主要運輸方案，許多自1961年後位於東柏林的車站在被忽視多年後才得翻修、更新。
法國
俄羅斯
俄羅斯最早的地鐵建設於1935年，地點在莫斯科。莫斯科地鐵的位置較深，甚至逾百公尺，軌距為1524公釐。車站區域內裝飾極為豪華，多採用花崗石、大理石等來裝飾。當時建設莫斯科地鐵是在史達林的命令之下不分晝夜趕工的，以趕上革命35周年紀念儀式。在納粹德國侵蘇的巴巴羅薩作戰中，莫斯科地鐵曾被當作防空洞。 同時，俄羅斯還有世界唯一的一條旅遊用地鐵。
北美洲
美國
美國第一條地鐵出現在波士頓，但規模最大的卻是紐約地鐵系統，以曼哈頓島（紐約中央車站）為中心輻射，總長超過1000公里，其中曼哈頓島地區大都採地下設計，但也有不少高架路段（在曼哈頓島之外的路段大都是高架設計）。紐約地鐵曾屢次在電影等大眾傳媒中登場，具有極高的知名度。其他城市的地鐵建設也在推進，目前有20個以上的城市興建了地鐵，其中大部分集中在東部地區，如波士頓、費城、華盛頓、芝加哥等。除此以外，中西部的洛杉磯、舊金山，海外領土波多黎各也有地鐵。其中舊金山的BART被部分人士評價為全美最好的運輸系統。
加拿大
加拿大的第一条地铁出现在多伦多。目前加拿大境内拥有地下铁路系统的城市有多伦多和蒙特利尔。温哥华，卡尔加里，埃德蒙顿和渥太华也拥有不同类型的城市轨道交通系统，包括有架空列车系统和轻铁系统。
墨西哥
墨西哥首都墨西哥城的地鐵開業於1969年。墨西哥城地鐵的票價是全區間統一的。另外瓜達拉哈拉等都市也有地鐵。
南美洲
南美第一個地鐵通車於1913年12月，是在阿根廷首都布宜諾斯艾利斯。目前在南美大陸中有地鐵的國家有巴西、智利、哥倫比亞、委内瑞拉和阿根廷，共計5個國家。
巴西
在巴西，截止目前為止共有聖保羅市等六個城市有地鐵營運。這些地鐵全部建設於1970年代後。軌距雖然全部採用寬軌1,600毫米，但是各個城市的地鐵線相同之處僅限於此，在其他方面都有很大不同。
非洲
非洲在二次世界大戰前多為歐洲發達國家的殖民地，沒有建設地鐵。2005年，埃及首都開羅的地鐵通車，這是非洲第一條地鐵。阿爾及利亞的首都阿爾及爾也在建設地鐵，但還未通車。奈及利亞的拉各斯，衣索比亞的首都阿迪斯阿貝巴也有建設地鐵的規劃。在埃及，為了應對色狼而引入了女性專用車輛。
地鐵之最
最深的地鐵
有些城市的土質不穩，或者爲了戰略需要，隧道要挖得特別深。俄羅斯聖彼得堡的地鐵一般都超過100公尺深。
然而，世界最深的地鐵車站並沒有定論。聖彼得堡本身的其中三個地鐵車站都有可能是全世界最深的；俄羅斯首都莫斯科和烏克蘭首都基輔都各有一極深的站，兩站都是建在山丘底下。北韓首都平壤亦有一地鐵站能角逐此位，它的最深處達地下200公尺，平均深度亦達100公尺。
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圖片集
 深圳地鐵列車正抵達月台 |
 漕溪路站的三號線阿爾斯通列車 |
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 一列車正進入倫敦地鐵北線的Mornington Crescent車站 |
 巴黎地鐵的橡膠車輪 |
 俄羅斯地鐵車站 |
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 布達佩斯地鐵二號線的 Batthyány tér 站 |
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注釋
- ^ 地底──包括過海隧道的路段在內
- ^ 地面──已包括高架及隧道的路段在內
- ^ Urban Mass Transit: The Life Story of a Technology，2006，Greenwood Press，ISBN 978-0313339165
- ^ 在台灣，「地下鐵路」一般係指台鐵地下化後的鐵路；至於城市軌道交通系統（香港、中國大陸等地稱為「地鐵」）在台灣則稱作「捷運」。
- ^ 地面──已包括高架及隧道的路段在內
- ^ 地底──包括過海隧道的路段在內
- ^ Urban Mass Transit: The Life Story of a Technology，2006，Greenwood Press，ISBN 978-0313339165