지하철

3. 구조

지하철은 도로 교통 혼잡을 줄이고, 건물 및 기타 시설이 들어설 공간을 확보하기 위해 지하에 건설된다. 토지 가격이 비싸고 이용이 집중된 지역에서는 터널이 경제적인 대중교통 수단이 될 수 있다. 지하철 건설에는 도시 도로를 파낸 후 터널을 만들고 다시 덮는 굴착식 터널 공법과 터널 굴착기를 사용하여 깊은 곳에 터널을 뚫는 방법이 있다.^[35]

지하철 건설은 비용이 많이 들고 시간이 오래 걸리는 프로젝트이다. 일반적인 굴착식 터널 공법은 도시 도로를 파서 터널 구조물을 만들고, 메운 후 도로를 다시 건설하는 방식이다. 이 방법은 상하수도 시설, 특히 전력, 전화, 상수도, 천연가스, 하수도 등을 옮기는 작업이 필요하다. 1992년 과달라하라 폭발 사고처럼 잘못된 위치의 수도관이 사고 원인이 될 수 있으므로 주의해야 한다.^[35] 구조물은 주로 콘크리트로 만들어지며, 강철 기둥이 사용되기도 한다. 가장 오래된 시스템에서는 벽돌과 주철이 사용되었다.

보어링 터널 공법은 수직갱에서 시작하여 수평으로 터널을 굴착하는 방식으로, 도로, 건물, 상하수도에 대한 방해를 최소화한다. 그러나 지하수 문제가 발생할 수 있고, 기반암을 통과할 때는 암석 발파가 필요할 수 있다. 런던은 두꺼운 점토층 덕분에 이러한 문제를 피할 수 있었고, 심층 터널 공법을 처음으로 광범위하게 사용한 도시이다. 터널 내부 공간이 좁아 사용할 수 있는 기계가 제한되지만, 특수한 터널 굴착기가 사용되고 있다.

터널 공사 비용은 굴착식, 지상 또는 고가 시스템보다 훨씬 비싸다. 초기 터널 굴착기는 기존 철도 장비에 맞는 터널을 만들 수 없어 런던 지하철에서 사용되는 낮고 둥근 기차가 필요했다. 기차와 터널 벽 사이의 공간이 좁아 에어컨 설치가 어렵지만, 다른 노선은 굴착식으로 건설되어 에어컨이 설치된 기차를 갖추게 되었다.

세계에서 가장 깊은 지하철 시스템은 러시아 상트페테르부르크 지하철이다. 습지에서 안정적인 토양은 50m 이상 깊이에 있고, 그 위는 지하수를 함유한 모래로 구성되어 있다. 약 60개 역 중 3개만 지상 근처에, 3개는 지상 위에 건설되었다. 일부 역과 터널은 100m 에서 120m 깊이에 있다.
세계에서 가장 깊은 역:

심층 터널은 역 사이에서 분지 모양으로 잠길 수 있어 추가 비용이 들지 않는다. 역을 "언덕 위에" 설치하면 가속과 제동 시 중력이 기차를 돕는다. 이 기술은 1890년 시티 앤 사우스 런던 철도에서 처음 사용되었고, 몬트리올, 뉘른베르크 등에서 사용되었다.

MTR 섬선의 연장선인 웨스트 아일랜드선은 2015년에 개통되었으며, 미드레벨 승객을 위해 100m 이상에 위치한 사이잉푼 역과 HKU 역이 있다. 이 역에는 에스컬레이터 대신 고속 엘리베이터가 설치된 출입구가 있다. 이러한 출구는 런던 지하철역과 구 소련 국가의 역에 존재한다.

개업 당시 런던 지하철 차량은 증기기관차로 견인되었고, 석탄 연소 시 발생하는 연기를 물을 통과시켜 매연과 열을 억제하는 구조였다. 이후 전철이 되었지만, 초기에는 너비 2,500mm, 길이 15,000mm 정도의 소형 차량이 사용되었다. 이후 너비 2,800mm, 길이 18,000mm 정도로 대형화되었다. 제2차 세계 대전 이후 동아시아에서는 너비 2,800~3,200mm, 길이 20,000mm 정도의 대형 차량이 사용되는 예(일본 도쿄, 대한민국 서울, 싱가포르 등)도 있다. 건설비 측면에서 터널 단면을 작게 하여 차량도 특수한 소형차로 하는 예(영국 런던의 튜브, 글래스고, 부다페스트 등)도 있다.

차량 성능은 고속 성능보다 고가감속 성능과 등판 성능이 중시되어 전동차 비율이 높다. 기존 구조물을 피해 도로 아래 등 좁은 곳에 건설되어 급곡선과 급경사가 많고, 역간 거리도 짧기 때문이다. 차체는 많은 인원을 수송하기 위해 많은 문이 설치되어 있다. 전장 18,000mm 이상 차량은 한쪽에 4개 이상의 문을 가진 차량도 있지만, 세계적으로는 1량당 한쪽에 3개의 문이 주류이다. 열차 편성 길이는 유럽과 미국에서 100~120m, 아시아에서는 200m 정도이다. 좌석은 유럽과 미국에서는 크로스 시트가, 아시아에서는 롱 시트가 많다.

차량 재료는 외판에는 타지 않는 금속 재료를 사용하고, 내장재에도 불연성, 난연성 재료가 권장된다. 피난 경로가 제한된 지하 공간에서의 화재는 대참사를 초래할 수 있기 때문이다. 그러나 내장재는 일본 등 일부 국가를 제외하고는 가연성 재료가 사용되는 경우가 많다. 오래된 전목제 차량이 사용되는 노선도 있다. 지하철 기관사는 전면 창에 실내가 비치는 것을 막기 위해 운전실과 객실 사이 칸막이의 커튼(차광막)을 닫고 운행한다. 지하철이지만 지상 구간에 역을 가진 노선도 있다.

지하철 차량의 냉방화는 유럽에서는 필요한 곳이 적지만, 다른 지역에서도 늦었다. 차내 냉방 시 발생하는 열과 드레인 물이 터널과 역을 답답하게 하고, 냉방용 전원(제3궤조 또는 가선보다 저압의 교류 전원)이 필요하며, 전동발전기를 대용량으로 바꾸거나 별도로 탑재해야 했고, 그 공간을 확보할 수 없었다. 제3궤조를 채용한 지하철은 차량 한계가 작고, 냉방 장치를 싣기에 충분한 공간도 없었다.

그러나 기술 발전에 따라 발전 브레이크에서 회생 브레이크로 진화하여 대용량 저항기가 불필요해졌고, 제어 방식에 저항기를 사용하지 않는 사이리스터 초퍼 제어 또는 인버터에 의한 가변 전압 가변 주파수 제어(VVVF 제어)가 보급되었다. 차량에서 열원을 없앨 수 있게 되었고, 냉방용 전원을 싣는 공간도 생겼다. 전동발전기보다 소형의 정지형 인버터(SIV)를 채용하여 공간 절약이 진행되고 있다. 냉방 장치 자체도 소형화·고효율화되어 제3궤조 집전 차량에서도 지붕에 박형의 것을 놓을 수 있게 되어 오사카 시영 지하철의 10계(1979년)부터 채용이 시작되고 있다.

현존하는 특수한 차량으로는 고무 타이어식이 있다. 프랑스와 일본에서 각각 다른 방식이 개발되었다. 프랑스 방식은 캐나다 몬트리올 만국박람회 개최에 맞춰 건설되었고, 고무 타이어를 사용한 최초의 노선이었다. 통상 레일과 차륜을 안내로 하고, 그 외측에 고무 타이어와 踏板을 설치하는 방식이다. 파리, 멕시코시티에서도 동일한 방식이 채용되고 있다. 일본 삿포로에서 실용화된 것은 주행용 고무 타이어 외에 중앙에 1개의 안내 궤도를 만들고, 그것을 고무 타이어로 挟む 방식으로, 철궤와 철륜을 가지지 않는다. 고무 타이어 방식은 소음 발생이 적고, 가속도와 감속도가 높고 부드럽다는 특징을 가지지만, 타이어 먼지로 인한 건강 피해를 걱정하는 목소리도 있다.^[109] 구름 저항이 철륜식보다 커 소비 전력이 많고, 타이어 교체 주기도 짧아 런닝 코스트가 철륜식보다 높다. 타이어에는 하중 부담력이 큰 라디알 타이어(삿포로 시영 지하철은 안내륜만 바이어스 타이어)^[110]가 사용되며, 파리에서는 펑크 시 내부 스틸 코드가 제3궤조와 접촉하여 단락되는 사고도 있었다.

건설비를 억제하기 위해 1980년경부터는 성능을 유지한 채 차량을 소형화할 수 있는 리니어 유도 전동기에 의한 비점착 추진 차량이 등장했다. 차량 반입은 지상 차량 기지로 보내거나, 지하 차고 위에 반입용 구멍을 설치하여 크레인으로 내리는 방법이 있다. 차량 메이커에서 차량 기지까지 수송은 지상 철도선 경유나 트레일러 육송 방식이 채택된다.

지하철의 선형은 시가지 지하에 노선을 통과시키는 경우, 국가에 따라 다르지만 공유지인 도로 지하에 통과시키는 경우가 많다.^[103] 도로 지하에 노선을 건설하면 노선 형상이 도시 구조에 의존하여 긴 직선 도로가 없는 곳에서는 노선이 복잡하게 구불구불해져 속도 제한을 받는다.

지하 구조물 건설은 비용이 많이 들기 때문에, 교외 구간에서는 고가나 지상 구간을 병용한다. 구배도 차량 성능이 허용하는 한 크게 하여 터널 연장·지상으로 나올 때까지의 거리를 짧게 하고^[105], 지형을 이용하여 개방 구간을 길게 하는 노선 선정이 이루어진다.

세계 모든 지하철은 전철화되어 있다. 전력 공급은 직류 600~1,500V가 주로 사용된다. 교류를 채택한 노선은 인도 델리(25,000V 50Hz)뿐이다.^[108] 아시아에서는 750V와 1,500V, 러시아와 동유럽에서는 825V, 서유럽과 북미에서는 600V~750V, 남미에서는 750V와 3,000V가 주류이다. 집전 방식은 제3궤조 방식(그리고 런던의 제4궤조 방식)과 가공전차선 방식이 있지만, 국가나 지역 내에서도 혼재하고 있으며, 분포 편향은 보이지 않는다. 지하철에서 제3궤조 방식을 채택하면 가공전차선 방식보다 터널 단면적이 좁아져 건설 비용을 절감할 수 있다. 같은 목적으로 일본 등 일부 국가에서는 철륜식 리니어 모터카도 채택하고 있다.

3. 1. 노선

3. 2. 역

4. 안전성

지하철은 여러 재난에 대비해 방재 시스템을 갖추고 있어, 일반적으로 안전하다고 평가된다. 모든 역에 스크린도어를 설치하여 선로 추락 사고를 예방하고, 복선 철로를 사용하여 정면 충돌 위험을 줄였다. 또한, 운행 속도를 낮춰 후방 충돌과 탈선 위험도 감소시키고 있다. 화재에 대비해 비상용 전화, 소화기, 소화전, 방독면 등을 갖추고, 역사 곳곳에 피난 장소를 마련해 놓았다. 그러나 이러한 시설들의 관리가 미흡하다는 문제점이 지적되고 있다.^[125][126]

5. 용어

"지하철"이라는 용어는 비영어권 국가에서 지하 급행철도 시스템을 지칭하는 데 가장 일반적으로 사용되는 표현이다.^[18] 급행철도 시스템은 번화한 중심업무지구에서 승객들이 이동하는 수단에 따라 이름이 붙여지기도 한다. 터널을 이용하는 경우 "지하철",^[19] "지하",^[20] 독일어 Untergrundbahn|운터그룬트반^de (U-Bahn)^[21], 스웨덴어 Tunnelbana|투넬바나^sv (T-bana)^[22] 와 같은 이름이 붙는다. 고가도로를 사용하는 경우에는 "고가철도"("L" 또는 "엘"), "스카이트레인",^[23] "고가", "지상철도", 독일어 Hochbahn|호흐반^de과 같은 명칭이 사용된다. 이러한 용어는 외곽 교외에서 지상으로 운행되는 구간이 많은 경우에도 전체 시스템에 적용될 수 있다.

일본에서는 "지하철"에 대해 철도사업법, 궤도법, 철도궤도정비법 등 법령상의 정의는 존재하지 않는다.^[100] 일본민영철도협회가 편집한 철도용어사전에서는 "도시의 지하 부분에 건설된 터널 안을 주행하는 철도"라고 설명하고 있다.^[101]

영어권에서는 도로교통 완화를 목적으로 지하·고가에 건설되어 다른 교통기관과의 평면교차에 의한 영향을 받지 않는 철도 전반을 'rapid transit'(래피드 트랜짓, 일본 도시계획법상 "도시고속철도"와 거의 동일)라고 부르며, 이것이 지하철의 대역어 중 하나로 간주된다.

6. 기타

• 미국 수도 워싱턴 D.C.에는 미국 의회 의사당과 의원회관을 잇는 의원 및 의회 관계자 전용 지하철인 미국 의회 지하철이 있다.^[122]
• 모스크바에는 정부 요인 수송용 지하철로 일반인이 이용할 수 없는 모스크바 메트로 2가 있다고 알려져 있다.
• 조지아의 압하지야 자치공화국 구다우타 지역 노비 아폰에는 세계 유일의 관광용 지하철인 노비 아폰 동굴 철도가 있다.^[123]

6. 1. 다른 교통기관과의 연계

6. 2. 군사적 이용

6. 3. 건설 공법

6. 4. 운영

6. 5. 자동 개찰

6. 6. 열차 운행

7. 세계의 주요 지하철

길이와 역 개수로 세계 최대 규모의 도시 철도 시스템은 수도권 전철이다. 인구 밀도가 크며 이용자 수가 압도적으로 많은 지하철 시스템은 도쿄 지하철, 파리 지하철, 뉴욕 지하철, 베이징 지하철, 상하이 지하철, 런던 지하철이다. 인구 밀도가 적은 중소 도시 지역은 부산 도시철도, 대구 도시철도, 오사카 메트로, 나고야 시영 지하철, 큐슈 여객철도(JR큐슈)의 지쿠히 선과 상호 직결 운행하는 후쿠오카 시 지하철이다.

유럽에서는 런던에서 개통된 이후, 20세기 중반까지 주요 대도시 대부분에 지하철 노선이 건설되었다.

; 영국

: 세계에서 처음으로 개통한 지하철인 메트로폴리탄선은 1860년에 공사를 시작하여 3년 후인 1863년에 개통하였다.

: 글래스고 등 다른 도시에도 지하철이 있지만, 대부분 런던과 마찬가지로 좁은 터널 단면에 맞춘 소형 차량을 사용하고 있다.

; 독일

: U반(U-Bahn)이라고 불리는 것이 일반적으로 지하철로 인식되고 있다(독일어권인 오스트리아도 마찬가지). 현재 베를린, 함부르크, 뮌헨, 뉘른베르크에 있다.

: 수도 베를린에 지하철 건설은 1902년에 베를린 지하철이 개통하면서 시작되었다. 그 후, 1912년에 함부르크에서 개통하였다.

: '''슈타트반'''

: 프랑크푸르트암마인, 쾰른, 슈투트가르트, 뒤셀도르프, 에센 등에는 슈타트반(Stadtbahn)의 지하선이 존재한다.

; 프랑스

: 메트로라고 불리며, 파리, 리옹, 마르세유, 툴루즈, 릴, 렌, 루앙의 7개 도시에 존재한다.

: '''파리'''

: 수도인 파리는 14개의 지하철 노선을 가지고 있으며, 프랑스에서는 압도적이다. 파리의 노선에서는 1호선부터 14호선까지 있는 노선 중 1, 4, 6, 11, 14호선의 5개 노선이 금속 차륜과 고무 타이어를 병용한 궤도식 철도이며, 14호선에서는 무인 운전에 더하여 안전 대책으로 스크린도어가 설치되어 있다.

: 파리에는 메트로 외에도 RER(수도권 고속 철도)라고 불리는 지하선으로 도심에 직통하는 철도망이 존재한다.

; 러시아

: -- 1935년에 모스크바에 개통한 것이 처음이다.

: 상트페테르부르크와 트빌리시, 바쿠, 타슈켄트 등 다른 러시아와 구소련 도시에도 지하철이 있다.

; 벨기에

: 수도 브뤼셀에 지하철 노선이 있다.

; 네덜란드

: 수도 암스테르담과 로테르담에 지하철 네트워크가 존재한다.

; 스페인

: 마드리드, 바르셀로나, 빌바오, 발렌시아, 세비야에 지하철이 있다.

; 포르투갈

: 리스본과 포르투에 지하철이 있다.

; 헝가리

: 수도 부다페스트의 지하철은 런던, 이스탄불에 이어 세계에서 3번째로 개통되었으며, 세계 최초의 전기 운전 지하철이기도 하다.

; 터키(유럽 측)

: 이스탄불에 튀넬(1875년 개통)과 이스탄불 지하철(2000년 개통)이 있다.

; 미국

: -- 1870년에 압축 공기를 이용한 에어 튜브 방식의 지하 교통 기관이 영업을 시작하였다.

: 현재의 철도 방식을 이용한 최초의 지하철은 1904년에 뉴욕 지하철이 개업한 이후^[117], 뉴욕에서는 맨해튼을 중심으로 노선을 형성하여 총 연장은 1,000km를 넘는다.

: 특히 샌프란시스코의 BART는 미국에서 가장 뛰어난 교통 시스템이다. 수도 워싱턴 D.C.의 워싱턴 메트로는 미국에서 가장 현대화된 지하철망을 형성하고 있다.

; 캐나다

: 토론토 지하철은 1954년에 개업했다. 몬트리올 지하철은 1967년 세계 박람회에 맞춰 개업했다. 1985년에는 밴쿠버 스카이트레인이 1986년 국제 교통 박람회에 맞춰 개업했다.

; 멕시코

: 수도 멕시코시티에 있는 지하철은 1969년에 개통했다.

; 도미니카 공화국

: 수도 산토도밍고에서는 2009년 1월 30일에 지하철이 개업했다.

; 브라질

: 2018년 현재, 상파울루 등 주요 7개 도시에서 지하철이 운행되고 있다.

; 아르헨티나

: 수도 부에노스아이레스의 지하철은 현재 6개 노선이 있다.

; 일본

: 1927년 12월 30일 도쿄 지하철에 의해 현재의 긴자선의 아사쿠사역과 우에노역 구간이 개통된 것이 최초이다.

: 오사카시에서는 최초의 공영 지하철로 오사카 시영 지하철 미도스지선의 우메다역과 신사이바시역 구간이 개통되었다.

; 중국 대륙

: 1969년에 베이징에서 지하철이 개업했다.

: 상하이에서는 1990년대 이후 잇따른 오피스 빌딩 건설에 따라 지하철 노선망 확충이 시급해졌다.

: 2010년대 이후 급속한 신선 개통으로, 톈진, 광저우, 창춘, 다롄, 우한, 선전, 충칭, 난징, 선양, 청두, 포산, 시안, 소주, 쿤밍, 항저우, 하얼빈, 정저우, 창사, 닝보, 우시, 칭다오, 난창, 푸저우, 둥관, 난닝, 허페이, 스자좡, 귀양, 샤먼, 우루무치, 후허하오터, 원저우, 지난, 란저우, 타이위안, 뤄양 등 주요 도시에서 개통되어 세계 최고 수준의 지하철 강국이 되고 있다.

; 홍콩

: -- 홍콩에서는 1970년대 영국 통치 시대부터 MTR이 운영되어 1979년 구룡 지역 개통을 시작으로 현재도 교외 노선을 중심으로 신선이 지속적으로 건설되고 있다.

; 대만

: “첩운”(영어 명칭은 '''MRT'''(Mass Rapid Transit))이라고 불리는 도시 고속철도망이 존재한다. '''타이베이 첩운'''(TRTC, Metro Taipei)과 '''타오위안 첩운'''(Taoyuan Metro), 가오슝 지역을 중심으로 운행하는 '''가오슝 첩운'''(KRTC, Kaohsiung Rapid Transit Corp), 타이중 지역을 중심으로 운행하는 '''타이중 첩운'''(TMRT, Taichung Mass Rapid Transit)이 개업하고 있다.

; 한국

: 서울에서 1974년에 최초의 지하철 노선이 개업한 이후 약 30년 사이에 부산, 대구, 인천, 광주, 대전 등 지방 도시에서도 개업했다.

; 북한

: 1973년 개통된 천리마선, 1978년 개통된 혁신선의 두 노선이 있다.

; 싱가포르

:

: 1987년부터 MRT 싱가포르 SMRT에 의해 운영되고 있다.

; 말레이시아

: 수도 쿠알라룸푸르에서 1996년에 개업한 래피드 KL(MRT)는 중심부는 지하 구간이다.

; 태국

: 2004년에 수도 방콕에서 최초의 지하철 방콕 메트로(블루 라인)가 개통되었다.

; 인도

: 1984년에 콜카타에서 인도 최초의 지하철이 개업했다. 그 후 2002년에는 델리에서도 델리 메트로가 건설되었다.

: 2010년대 이후 주요 도시에서도 정비가 급속히 진행되어, 2022년 4월 현재 아마다바드, 벵갈루루, 첸나이, 구르가온, 하이데라바드, 자이푸르, 칸푸르, 코치, 루크나우, 뭄바이, 나그푸르, 노이다, 푸네에 지하철이 개업하고 있다.

; 인도네시아

: 2019년 3월에 자카르타에서 지하철이 개업했다.

; 이란

: 1999년에 테헤란에서 운행이 시작된 테헤란 메트로는 7개 노선을 가진 철도망이다.

; 베트남

: 2021년 11월에 하노이 메트로, 2024년 12월에 호찌민 메트로가 개업했다.

; 오세아니아

: 2019년 5월, 시드니에 오세아니아 최초의 지하철이 개통되었다.

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