地下鉄
地下鉄は大都市圏の基幹的な都市高速鉄道であり、駅間の短さと高頻度運行により大量輸送と定時性を両立する交通システムである。主に地下空間を活用するが、郊外部では高架・地上走行を含む複合的な線形を採る。小断面トンネルに適合する車両限界、閉塞・ATC・ATO・CBTCといった高度な保安制御、第三軌条または剛体架線による直流給電、可動式ホーム柵などの安全装置、そして高密ダイヤを支える指令・駅務・保全の一体運用が特徴である。
定義と位置づけ
地下鉄は都市圏内の短～中距離輸送を担う公共交通であり、一般に高頻度・高加減速性能・高密駅配置を備える。狭小な街路下を貫くため曲線半径や勾配に制約が生じる一方、平面交差を回避できるため遅延の波及が小さい。地上鉄道の地下化と混同される場合があるが、運転方式・駅間距離・車両限界・信号保安思想において都市高速鉄道として最適化されている点が相違である。
歴史と都市計画の観点
路線網計画では都心部の放射と外縁の環状を組み合わせ、混雑集中を緩和する。駅は拠点開発と一体で配置し、乗換動線・コンコース断面・避難安全検証を含むシミュレーションを行う。需要の季節変動よりも時刻帯変動（ピーク／オフピーク）が支配的で、編成両数や折返し能力、留置線容量が輸送力のボトルネックとなりやすい。
土木構造と建設工法
中心市街地では開削（カットアンドカバー）とシールドが主流である。開削は地表影響が大きいが駅部の自由度に優れる。シールドは円形断面で用地影響を抑え、発進・到達立坑や換気所を要する。脆弱地盤ではNATMや地盤改良を併用する。駅は相対式・島式・二層重ね式があり、換気・排煙・浸水対策・止水継手・耐火被覆などが必須となる。
騒音・振動対策
地下は反射面が多く音エネルギーが滞留しやすい。フローティングスラブ、弾性まくらぎ、吸音ライニング、レール研削管理により固体伝搬音（グラウンドボーンノイズ）と輻射音を抑制する。
電力設備と集電方式
地下鉄の給電は直流600～1500Vが一般的である。都心部のトンネルでは保守性に優れる剛体架線や第三軌条が用いられる。第三軌条は建築限界を節約できるが、着氷・落下物・立入防護に配慮する。変電所は回生電力吸収と電圧安定に寄与する間隔で配置し、フィーダの二重化・所内電源の冗長化・帰線管理により迷走電流腐食と地絡リスクを低減する。
信号保安と運行制御
高密運行には連続制御のATCと自動運転支援のATOが中核となる。無線ベースのCBTCは移動閉塞を実装し、ヘッドウェイ短縮と柔軟な折返し制御を実現する。フェールセーフ設計、冗長ネットワーク、定位置停止精度の確保、可動式ホーム柵との連携が安全・定時性を支える。
車両と編成設計
小断面トンネルに合わせた車両限界と軽量車体（アルミ・ステンレス）が主流である。高加減速性能と広幅ドアにより停車時間を短縮し、車内はラッシュ向け立席重視配置とする。鉄輪粘着方式が一般的だが、ゴムタイヤ方式は勾配・曲線に強く、騒音低減に利点がある。冷房・VVVF・回生ブレーキの最適化が省エネに直結する。
バリアフリーと避難導線
エレベーター・エスカレーター・点字ブロック・車いすスペース・非常通路幅などは設計初期から一体で検討する。プラットホーム端部形状や段差・隙間対策も転落防止に重要である。
運賃収受と駅務システム
AFCは自動改札・券売・精算・清算サーバから構成され、ICカードを核にタッチレス化が進む。改札処理能力はピーク時の律速要因の一つで、コンコース断面・改札台数・旅客動線分析と一体で最適化する。運行情報はデジタルサイネージ・アプリ・音声で多重提供する。
相互直通とネットワーク効果
郊外鉄道との直通は乗換抵抗を大幅に下げる一方、車両限界・電圧・保安装置・地上設備の整合が不可欠である。ダイヤは遅延の波及経路が増えるため、折返し余裕時分や待避設備の配置でロバスト性を確保する。
エネルギー効率と環境負荷
省エネ運転曲線の適用、回生電力の車上優先吸収、変電所側の蓄電装置や回生インバータ導入、換気・空調の需要応答制御が効果的である。建設段階では発生土の再資源化、ライフサイクルアセスメントにより環境負荷を評価する。
設計・運用の代表的指標
- 最小曲線半径・最大勾配・建築限界・プラットホーム有効長
- 設計最高速度・加減速度・停車時分・ヘッドウェイ
- 輸送力（人/時/方向）・混雑率・折返し容量
- 電圧降下・変電所間隔・フィーダ冗長度・回生率
- 安全関連故障率・可動柵連携率・定時到達率
- エネルギー原単位・ライフサイクルコスト・保守可用性
リスクマネジメント
浸水・火災・地震は主要ハザードである。越流対策の止水扉、排煙区画化、難燃材料、免震・制震、非常用電源の確保、遠隔監視の多重化によりレジリエンスを高める。訓練・標準手順・データに基づく保全（CBM）は復旧時間の短縮に寄与する。
将来技術の展望
地下鉄は高度な列車自動運転、プラットホーム統合制御、デジタルツインによる運行最適化、回生電力の面的融通、混雑予測に基づく時変ダイヤなどにより、都市の基盤インフラとしてさらなる信頼性と快適性を追求するであろう。