偶看新闻邪恶少女漫画之受孕:地铁工作原理
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/28 20:22:09
在世界的许多主要城市，没有地铁生活会变成什么样？简直无法想象。尤其像巴黎、伦敦和纽约这样的城市，标识、地图和车站出入口几乎随处可见。巴黎的每一栋建筑下几乎都有 500米的地铁通过。伦敦的地下管道将遍布全市的275个地铁站连接在一起。纽约的城市地铁系统面积将近621.6平方公里，超过450个地铁站。在某些地方，即使路面上看不到隧道，地铁也是无处不在的。
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大约1900-1906年之间的纽约市政厅地铁站
最重要的是，与我们出行密切相关的这些地铁系统历史之悠久，几乎让人无法记起他是从何时出现的。世界上最古老的地铁——伦敦地铁，于1863年开始运行。巴黎的第一条地铁线路于1900年初次运行，纽约的城市地铁则始于1904年。
还有一些世界著名的地铁，不无巧合的是，几乎都在同一期建成运行。它们诞生的原因基本相同：大量人群涌入城市，超出城市道路承载极限。
居民涌入城市始于18和19世纪的工业革命，在这段期间，许多技术进步彻底改变了人们的生活方式。人们不再仅仅满足于在农场里干活，而是向往在城市的工厂里寻求出路。同期，还掀起从欧洲移民到美国的热潮，导致美国人口数量从1870年的不足100万，急剧增加到1900年的350万[来源:美国人口普查局].
由于大量人口涌入，造成城市和交通系统瘫痪。尤其位于美国东部和哈德逊河口附近的纽约，禁止继续向北扩建。很多主要城市的道路和十字路口变得非常拥堵和危险，异地旅行也变得越来越困难。道路交通情况对人们的安全、商业的可持续发展和政府都构成了威胁。
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马车是地铁发明之前最普及的大众交通工具
起初，市政当局和私营企业也试图通过最大程度地利用好道路和地面交通工具来改善交通拥堵状况。一种叫做公共马车的四轮大车，担负着城内运输的任务。但是这些车占用了马匹、手推车和新兴汽车的道路，对于缓解拥堵状况来说根本无济于事，却使道路变得更加危险和肮脏。有时候，延误和拥挤还会导致暴力事件发生。
伦敦市领导最终得出结论，为了保持城市的正常运行，他们不得不建立一个新的交通系统。在地面上空间所剩无几的情况下，唯一的选择就是把这个新的交通系统放到地下。世界各地的其它城市纷纷效仿伦敦的做法。如今，世界上有超过160个地铁系统，其中大部分都是因为城市过度拥堵、污染和扩张而建成。
但是，要想在地下修建隧道，谈何容易？尤其修建第一条隧道时最为艰难。接下来，我们看看地铁隧道到底是如何挖建的，地铁又是怎样运行的。
地铁前身 1870年到1873年之间，发明家比奇艾尔弗雷德伊利（Alfred Ely Beach）就已经驾驶一节气动力火车行驶在纽约街头。
如今，纽约的地铁系统正在酝酿大规模改造，计划新增加一条从长岛到曼哈顿的隧道。隧道掘进机（TBM）将被大量投入使用。
Photo courtesyDepartment of Energy
掘进机
隧道掘进机是一个特别庞大的机器，以至于每次掘出的杂物必须分开运输。它利用阀瓣和铲运机粉碎岩石然后移除碎片，挖凿出一条隧道。最后再通过输送机把这些碎片输送出来，通过工作人员处理掉。虽然掘进机动作缓慢，但这并不妨碍它铲除坚硬基岩石和软土，从而成为挖掘隧道的有力工具。
遗憾的是，修建第一条地铁隧道时还没有这种机器。挖掘人员只能通过自己的双手挖掘伦敦和巴黎这些城市里的地铁隧道。这是一项进度非常缓慢、困难和危险的工作。譬如，仅挖掘纽约的地铁隧道就需要将近8000名劳动者。成千上万的人在施工过程中受伤，超过60个人死亡。即使施工方法得到改进，也不能完全避免施工过程中事故的发生。2007年1月，巴西圣保罗的地铁在施工过程中突然坍塌，一辆小巴士和几辆垃圾车被埋，事故还造成了一个80米宽的大坑。
这些年来，隧道施工人员用尽各种办法挖掘隧道。有些人使用炸药炸碎岩石，其他人则用可移动式盾牌保护那些在挖掘隧道和建筑物下面的空心管的施工人员。20世纪50年代，一些隧道施工人员开始采用新奥法（NATM），这是一种集合了寻找合适地点以及挖掘方式的新的隧道施工方法。接下来，您可以了解到更多现代化的挖掘隧道方法。
在明挖覆盖法挖掘中，挖掘人员先挖一个沟渠，然后在它的上面覆盖上暂时或永远的路面。
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在明挖覆盖法挖掘中，挖掘人员先挖一个沟渠，然后在它的上面覆盖上暂时或永远的路面。
最常用的早期地铁修建方法之一是明挖覆盖法。这一方法顾名思议——需要工作人员先挖一个深沟，然后覆盖。为了更稳固的遮盖挖掘区域，工人们在沟渠的两侧打桩。然后在沟渠的上面放置梁和桁架，通过两边的桩撑住。最后在上面修建临时或永久的道路。这些梁和桁架同时可以用来支撑施工过程中挖掘出来的管道。使用这种方法，工作人员可以建造一个对火车来说都足够深的隧道，能让它安全通过，又不至于碰撞到周边坚固的岩石。
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在明挖覆盖法挖掘中，挖掘人员先挖一个沟渠，然后在它的上面覆盖上暂时或永远的路面。
这种方法要比在地下横向挖掘更安全实用。然而，挖掘人员一般都把城市街道作为在挖掘方位的指南，这对已有道路造成巨大的破坏。但设计者们乐意接受这种不便，是因为通过道路指引使修建隧道显得更轻松。首先，它能够提醒设计者们让地铁通往人们需要它的地方。其次，能够尽量减少遇到建筑物地基或其它破坏现存物结构的可能性。
但是遵循地面街道的走向并不意味着施工人员就不会遇到不可预测的障碍。我们将在下一章继续介绍。
防水 在挖掘地铁隧道之后，工人们还要尽力让它防水。常见的方法包括给隧道衬砌砂砾层，涂上由沥青和砖头构成的防水层。现代的地铁施工人员都会用一些诸如喷浆混凝土之类的材料修砌地铁隧道的墙壁。许多地铁隧道，尤其是地铁站都有瓷砖或石材装饰层。
在每个城市底下的街道，地铁工作人员都会发现迷宫般错综复杂的下水管道、电线、电缆以及气动管。现代化的掘进机可以帮助工人不受这些障碍物的阻碍，继续挖掘隧道，但是还是有一些隧道会到达地表。许多地铁系统，包括充当紧急出口角色的一系列通风管道，以及所有的出入口，确保人们可以到达街上任一位置。对隧道施工人员来说，要想完全避开已有的城市基础设施是难上加难。
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地铁出入口建设使城市基础设施不可避免地遭到破坏。
有时候，工人们为了让工程能够继续，不得不提前变更城市已有的管道和电缆。还有另外一种情况就是，工作人员可以在这些管道和电缆的周边挖掘或者干脆先切断它们。偶尔，工人们也会把管道和水管露在外面不管，这样的情况虽然不会出现在城市规划中，但是这样做可以进一步确认这些管道的存在目的以及是否可以被移除。其实在某些情况下，在管道周边施工是非常容易的。在世界上的每一个城市，隧道工人都会发现相当数量的自然或人为障碍，地下水就是他们会遇到的困难之一。在挖掘过程中，施工人员很容易就发现水的蛛丝马迹，从潮湿的土壤到含水层，还有地表水资源。有时，施工人员会利用水泵和脱水挖水机，以消除这些水。还有一些水资源需要采取更加极端的措施。在巴黎地铁隧道挖掘期间，工人们利用管道中的低温氯化钙冻结泥土，这样就可以像处理固体黏土一样把它们轻易的清除。
除了地下水，很多地铁还必须要穿过河流和一些其他地面上的水体。有时，利用现代化的掘进机，施工人员甚至可以在河流的下面挖掘隧道。但是一般情况下，河流下面的土壤因为过于潮湿和泥泞而难以控制。因此在河流下方挖掘隧道可能是一件非常危险的事情——巴黎地铁线路挖掘期间，尝试在塞纳河下的挖掘工作导致数次溺水事件生。还有一次，工人们将密封罩扔到河里，然后利用压缩空气迫使水从中流出来。在密封罩的范围内，工作人员才能够继续挖掘。虽然这项工作执行起来非常困难，但是相对于那些挖掘普通土壤和岩石的工人来说，他们能够拿到更多工资。
20世纪60年代，旧金山的工人们利用明挖覆盖法建造了穿过旧金山湾的隧道。工人们挖掘深沟，在其中埋入了预制的隧道零件。潜水员将它们放在精确的位置并互相接牢。每一个首尾末端的柔性接头保护隧道远离地震的损害。
某些情况下，自然地质构造同样阻碍建造工程进行。在纽约，一种叫做片岩的难凿的岩石，导致工人们只能在更深的地下挖掘，才能顺利完成隧道挖掘。现在人们已经会使用炸药或者掘进机粉碎密集的岩石，但是早期的工作人员为了绕过一些坚不可摧的岩石,只能变更地铁隧道线路。
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布拉格，工人们在挖掘地铁站
有时，工人们在施工过程中会发现历史遗迹，尤其在一些古老的城市。例如在巴黎，曾经发现堆满了人类遗骨的陵墓和古建筑地基。巴黎地铁还经过一座罗马时代就存在的很深的矿山。有时候，采石场远比地铁轨迹所到之处深的多，工人们被迫在矿山里搭建桥梁，换而言之，部分巴黎地铁都是地下高架铁路。
修建隧道网络是复杂的，富于挑战的，但这仅仅是地铁系统的一小部分。接下来我们一起看看地铁的其它组成部分。
隧道排水渠 地铁隧道通常有防水层和广泛的排水系统，但是专家们警告说，这些系统在面临某些意想不到的严重洪涝灾害时，仍然会不堪一击。巴黎地铁建设期间曾遭遇洪水泛滥冲击，导致未完成的隧道就像水渠一样，虽然疏导了重地区的洪水，但大量积水冲毁了其它地方的路面。洪水消退后，工作人员不得不大面积修复受损隧道。
乍一看，地铁非常普通，只不过是能穿越隧道的火车而已。 大多数情况下，列车是由几节连在一起的车厢组成的，车厢里有耐用的座椅以及扶杆和拉手，供乘客们在人多拥挤时使用。火车在铁路上运行，而城市周边的所有铁路系统运行模式大都与之类似。例如纽约，地铁轨道轨距是1.4米，与大部分与主要铁路轨道完全一致。这样也便于地铁连接到其它铁路。
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地铁车厢
地铁有些系统，是乘客们不常见到的。虽然它被众所周知，但某些系统非常复杂。丹麦、哥本哈根目前的在建地铁，全部采用电脑化、无人驾驶列车。持续升级的纽约地铁,采用全自动化的列车取代老旧列车，这些新型列车都有多个计算机系统。从车内灯光控制到导航，这些系统无所不能，甚至能利用刹车热能发电。在这样的自动化系统中，传感器能检测到车辆彼此之间的位置。计算机程序能跟踪确认所有火车方位，降低了人为错误的可能性，同时提高了系统的整体效率。
通常，自动化地铁都包括监控系统，如闭路电视之类，可以让控制室的工作人员看到列车的行进方向和安全与否。双向无线电系统可使乘客在紧急情况下与控制室里的工作人员取得联系或求救。同时传感器还能检测到靠近车门的物体，这样乘客们就不会在列车即将启动时因为急于上车而被车门夹住受到伤害。
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常用的总信号系统，也被称为连锁信号
非自动化列车的地铁系统有一套种类繁多的标志和信号，帮助驾驶员安全驾驶。从限速提醒到灭火器位置等所有细节，都能通过标志识别。信号一般通过彩色灯，提醒驾驶员应该何时停车，前方的轨道是否被占用，以及何时需要小心驾驶。当列车驶过时，红外传感器和电容板或短路检测仪会探测到车轮经过并输出信号。该信号还可以传递给相邻的信号系统，保证两辆列车不会在同一时间使用同一节轨道。
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连锁信号
有一些信号通过运用物理机制，确保驾驶员遵守。譬如，如果一个驾驶员执意忽略一个停驶信号，一些机制就会激活这辆车的紧急刹车系统。原来的纽约地铁如果发生这种情况，驾驶员要想继续行驶，不得不使用复位信号键。某些信号环境中的键控，同样应用这个原理。
早期的地铁使用蒸汽发动机，但现在大多数地铁、列车、隧道和灯光都通过电力运行。地铁通常采用架空线或者“三轨”供电，“三轨”位于地铁轨道外围或者车轮之间，通过车轮刷或双滑履把“三轨”电力输送给火车电动发动机。纽约的地铁系统，“三轨”可提供625伏特电压，一些老旧地铁线路需要通过它们自己的发电厂供电才能运行。大量电缆和变电站将发电厂的电输送到“三轨”。
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地铁第三轨
电力同时支撑着地铁通风系统的运行。虽然很多地铁系统有大量的地上轨道和开放的出入站口，然而来自这些地方的自然空气流通不足以保证隧道的通风透气性。于是在地铁系统中就设计了很多风扇和通风口,可以用来保证新鲜空气流通。由于新鲜空气需求量巨大，包括纽约地铁在内的很多地铁通风系统，计划更新通风设备至每分钟能运送60万立方米的新鲜空气。
这就意味着需要大量的运送设备，其中大部分都是在地下运行，或者相对接近地面的地方运行。接下来，我们将探讨地铁是如何维持有序运行的。
环保地铁 乘坐公共交通通常被认为是节约能源和保护环境的一种可行的出行方式。除此之外，很多地铁系统会采取其它的措施来节约能源，减少对环境的影响。常见措施包括：
用LED灯取代白炽灯和荧光灯以及信号灯
利用收集的雨水冲洗地铁列车
利用天窗和反射器减少所需的人造光
利用太阳能发电保证地铁运行
回收利用新建、扩建和升级过程中的资源
大部分地铁列车运行的轨道已使用多年，甚至有的从地铁开通之时用到现在。然而天气原因和日常损耗使轨道受损严重。例如，纽约地铁的铁轨，由11.8米长的碳素钢组成。每节轨道高13.9厘米，宽6.35厘米。重达400吨（362.8公吨）列车一天24小时沿轨道运行。此外，地铁周围温度从一月份的-4摄氏度到七月份的39摄氏度不等[来源:BBC Weather].部分轨道常年暴露在雨、雪、冰雹和其它降水之中。
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几何列车上一般会有的元素和传感器
所有这些因素都会影响铁轨的表面和排列，一旦铁轨受损严重或部分脱位，地铁将遭遇出轨危险。正因如此，乘务人员必须密切关注轨道状况，他们通过几何列车时刻监测。
当今世上的火车和地铁系统都是用几何列车时刻监测铁轨的动态。这些车辆沿着铁轨运行，利用激光探头深入到轨道前方或者轨道下方获取精确地测量数据。在纽约，几何列车不间断运行，乘务人员坐在列车里分析测量结果，轨道的任何地方只要超出应对齐的3.1厘米范围，就要整顿维修。
地铁隧道内的几何列车还可以协同防火。铁轨道附近的垃圾或者其它碎片都可能导致失火，这时隧道将很快被烟雾笼罩。为了杜绝这种情况发生，乘务人员利用红外线传感器找出轨道附近的热点，然后用灭火器清除掉任何可能存在的火灾危险。
几何列车里监测铁轨状况的部分乘务人员，还需要时刻注意地铁系统是否正常运行。几乎每一个地铁系统都有保管、安全和紧急医务人员。自动列车系统设有专门在监控室工作的监督员，而手动列车系统除了需要监控室的监督员外，还需要一个操作员。除此之外，地铁系统还包括负责地铁运行、扩建和整修工作，制定预算并监督施工的管理人员。
许多地铁在经济方面都无法自给自足，必须依靠政府的支持才能维持运行。例如纽约，来自乘客们的售票收入仅是维持地铁运行费用的一半。基于这个原因，要想保证地铁的正常运行和系统设备升级，需要政府机构及审批部门大力支持配合。
下一章节，我们来了解地铁扩建和遇到的威胁。
打破记录华盛顿地铁的惠顿站，有西半球最长的自动扶梯，长达154.8米。
地铁站 地铁站基本上就是地铁隧道中一个相对宽阔的空间，包括一个站台，人们可以从站台上出入地铁。大部分站点还包括一些电子系统，用来执行安检，防止非法进入，电梯和自动扶梯方便乘客们自由往返到街头。有些地铁站还可以显示乘客的特别委托和当地的艺术品。
大多数古老的地铁隧道里都有大量闲置站台，那些已经很少使用的站台或者过时的车站很可能会被关闭。很多地铁系统里，这些闲置站台依然保留着他们原始的设备和装饰。
由于地铁旨在成为一个城市的基础设施的永久组成部分，因此扩建和改建不可避免。文化变迁和一些重大事件都会对一个城市地铁的升级时间与方式，以及地铁的维护产生深远的影响。例如，强调节能的时期导致地铁使用率增加和一些主要城市地铁扩建需求增加。另外，还有一些事情产生负面效应——二战末期，许多城市居民大量购买汽车，不再搭乘地铁，致使一些地铁因此被弃用，当地政府维持地铁的支出也越来越少。不久之后，一些地铁线路，例如纽约城市地铁，变得年久失修。
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2004年11月，伍德利公园站和亚当斯摩根站之间发生地铁相撞事件
正如隧道和列车越来越先进一样，人们购买地铁车票的方式也发生了改变。起初，人们买票都是用硬币交易。如今，很多地铁系统采用基于电子标签（RFID）技术的车票，不再是硬币之类的。
请出示车票正如隧道和列车越来越先进一样，人们购买地铁车票的方式也发生了改变。起初，人们买票都是用硬币交易。如今，很多地铁系统采用基于电子标签（RFID）技术的车票，不再是硬币之类的
对于这些地铁来说，让列车、站台和隧道都达到运营标准的代价是昂贵的。大都会交通局（The Metropolitan Transit Authority）曾于1994年花费172亿美元用于改善纽约地铁运营环境。即使系统维护良好，当局也要经常评估线路延长的必要性以及设备和车辆的升级需要。根据以往的经验，系统升级对于保护员工和乘客的出行安全都是非常必要的。
但即使有工作人员昼夜工作，地铁系统得到大幅度改进，一些因素仍然威胁隧道安全。其中最常见的一些隐患是:
车轮引起的火花和“三轨”附近的垃圾、碎片很容易被点燃引起火灾。 极端恶劣天气或排水系统故障时发生水灾。 驾驶员操作失误或信号错误造成碰撞事故。 由受损轨道或异物引发脱轨
此外，由于一些地铁的安保措施不足，很容易引起涂鸦、偷窃、攻击和其他一些犯罪行为,有些地铁系统甚至经历过恐怖袭击。东京地铁曾经在1995年经历过一次沙林毒气攻击，造成12人死亡，493人住院。2005年的7月7日，恐怖分子在交通高峰期引爆了伦敦三条地铁线路上的炸弹。2001年9月11日恐怖分子袭击世贸中心之后，双子塔的倒塌摧毁了一个地铁站和部分地铁轨道。
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地铁，伴随着相关的标志和警告，已经成为城市流行文化的一部分。
地铁，伴随着相关的标志和警告，已经成为城市流行文化的一部分。
另一方面，世界各地的地铁系统还经常成为安全避风港。在一战和二战期间，伦敦和巴黎的居民在空袭时就躲进地铁隧道中。二战中，法国抵抗运动成员也是利用地铁隧道互通消息，穿梭于城市之间。除此之外，很多无家可归的人们也会在世界各地的地铁站中寻求避难。在纽约，这甚至形成了一种风潮，一群有组织的人经常生活在地下，被称为“鼹鼠人”。虽然研究学者们认为人类确实可以在隧道中生活，但是迄今为止缺少确凿证据证明。
想要了解更多隧道、地铁相关信息，请查看下一页的链接。
列车检修纽约地铁的车厢寿命一般在40-50年。要想保持列车的持续运行，就要定期在康尼岛大修店做两周的维修，这里有750套维修设备。在列车的生命周期内，始终有以下设备支撑其运行： 48个轮子 24台电机 24个轴承
南卡莱罗纳州的地铁已经接近使用极限，在那里它将成为人工鱼礁的一部分海岸汽车。
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大约1900-1906年之间的纽约市政厅地铁站
最重要的是，与我们出行密切相关的这些地铁系统历史之悠久，几乎让人无法记起他是从何时出现的。世界上最古老的地铁——伦敦地铁，于1863年开始运行。巴黎的第一条地铁线路于1900年初次运行，纽约的城市地铁则始于1904年。
还有一些世界著名的地铁，不无巧合的是，几乎都在同一期建成运行。它们诞生的原因基本相同：大量人群涌入城市，超出城市道路承载极限。
居民涌入城市始于18和19世纪的工业革命，在这段期间，许多技术进步彻底改变了人们的生活方式。人们不再仅仅满足于在农场里干活，而是向往在城市的工厂里寻求出路。同期，还掀起从欧洲移民到美国的热潮，导致美国人口数量从1870年的不足100万，急剧增加到1900年的350万[来源:美国人口普查局].
由于大量人口涌入，造成城市和交通系统瘫痪。尤其位于美国东部和哈德逊河口附近的纽约，禁止继续向北扩建。很多主要城市的道路和十字路口变得非常拥堵和危险，异地旅行也变得越来越困难。道路交通情况对人们的安全、商业的可持续发展和政府都构成了威胁。
Photo courtesyWild Horse Books & Art
马车是地铁发明之前最普及的大众交通工具
起初，市政当局和私营企业也试图通过最大程度地利用好道路和地面交通工具来改善交通拥堵状况。一种叫做公共马车的四轮大车，担负着城内运输的任务。但是这些车占用了马匹、手推车和新兴汽车的道路，对于缓解拥堵状况来说根本无济于事，却使道路变得更加危险和肮脏。有时候，延误和拥挤还会导致暴力事件发生。
伦敦市领导最终得出结论，为了保持城市的正常运行，他们不得不建立一个新的交通系统。在地面上空间所剩无几的情况下，唯一的选择就是把这个新的交通系统放到地下。世界各地的其它城市纷纷效仿伦敦的做法。如今，世界上有超过160个地铁系统，其中大部分都是因为城市过度拥堵、污染和扩张而建成。
但是，要想在地下修建隧道，谈何容易？尤其修建第一条隧道时最为艰难。接下来，我们看看地铁隧道到底是如何挖建的，地铁又是怎样运行的。
地铁前身 1870年到1873年之间，发明家比奇艾尔弗雷德伊利（Alfred Ely Beach）就已经驾驶一节气动力火车行驶在纽约街头。
如今，纽约的地铁系统正在酝酿大规模改造，计划新增加一条从长岛到曼哈顿的隧道。隧道掘进机（TBM）将被大量投入使用。
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掘进机
隧道掘进机是一个特别庞大的机器，以至于每次掘出的杂物必须分开运输。它利用阀瓣和铲运机粉碎岩石然后移除碎片，挖凿出一条隧道。最后再通过输送机把这些碎片输送出来，通过工作人员处理掉。虽然掘进机动作缓慢，但这并不妨碍它铲除坚硬基岩石和软土，从而成为挖掘隧道的有力工具。
遗憾的是，修建第一条地铁隧道时还没有这种机器。挖掘人员只能通过自己的双手挖掘伦敦和巴黎这些城市里的地铁隧道。这是一项进度非常缓慢、困难和危险的工作。譬如，仅挖掘纽约的地铁隧道就需要将近8000名劳动者。成千上万的人在施工过程中受伤，超过60个人死亡。即使施工方法得到改进，也不能完全避免施工过程中事故的发生。2007年1月，巴西圣保罗的地铁在施工过程中突然坍塌，一辆小巴士和几辆垃圾车被埋，事故还造成了一个80米宽的大坑。
这些年来，隧道施工人员用尽各种办法挖掘隧道。有些人使用炸药炸碎岩石，其他人则用可移动式盾牌保护那些在挖掘隧道和建筑物下面的空心管的施工人员。20世纪50年代，一些隧道施工人员开始采用新奥法（NATM），这是一种集合了寻找合适地点以及挖掘方式的新的隧道施工方法。接下来，您可以了解到更多现代化的挖掘隧道方法。
在明挖覆盖法挖掘中，挖掘人员先挖一个沟渠，然后在它的上面覆盖上暂时或永远的路面。
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在明挖覆盖法挖掘中，挖掘人员先挖一个沟渠，然后在它的上面覆盖上暂时或永远的路面。
最常用的早期地铁修建方法之一是明挖覆盖法。这一方法顾名思议——需要工作人员先挖一个深沟，然后覆盖。为了更稳固的遮盖挖掘区域，工人们在沟渠的两侧打桩。然后在沟渠的上面放置梁和桁架，通过两边的桩撑住。最后在上面修建临时或永久的道路。这些梁和桁架同时可以用来支撑施工过程中挖掘出来的管道。使用这种方法，工作人员可以建造一个对火车来说都足够深的隧道，能让它安全通过，又不至于碰撞到周边坚固的岩石。
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在明挖覆盖法挖掘中，挖掘人员先挖一个沟渠，然后在它的上面覆盖上暂时或永远的路面。
这种方法要比在地下横向挖掘更安全实用。然而，挖掘人员一般都把城市街道作为在挖掘方位的指南，这对已有道路造成巨大的破坏。但设计者们乐意接受这种不便，是因为通过道路指引使修建隧道显得更轻松。首先，它能够提醒设计者们让地铁通往人们需要它的地方。其次，能够尽量减少遇到建筑物地基或其它破坏现存物结构的可能性。
但是遵循地面街道的走向并不意味着施工人员就不会遇到不可预测的障碍。我们将在下一章继续介绍。
防水 在挖掘地铁隧道之后，工人们还要尽力让它防水。常见的方法包括给隧道衬砌砂砾层，涂上由沥青和砖头构成的防水层。现代的地铁施工人员都会用一些诸如喷浆混凝土之类的材料修砌地铁隧道的墙壁。许多地铁隧道，尤其是地铁站都有瓷砖或石材装饰层。
在每个城市底下的街道，地铁工作人员都会发现迷宫般错综复杂的下水管道、电线、电缆以及气动管。现代化的掘进机可以帮助工人不受这些障碍物的阻碍，继续挖掘隧道，但是还是有一些隧道会到达地表。许多地铁系统，包括充当紧急出口角色的一系列通风管道，以及所有的出入口，确保人们可以到达街上任一位置。对隧道施工人员来说，要想完全避开已有的城市基础设施是难上加难。
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地铁出入口建设使城市基础设施不可避免地遭到破坏。
有时候，工人们为了让工程能够继续，不得不提前变更城市已有的管道和电缆。还有另外一种情况就是，工作人员可以在这些管道和电缆的周边挖掘或者干脆先切断它们。偶尔，工人们也会把管道和水管露在外面不管，这样的情况虽然不会出现在城市规划中，但是这样做可以进一步确认这些管道的存在目的以及是否可以被移除。其实在某些情况下，在管道周边施工是非常容易的。在世界上的每一个城市，隧道工人都会发现相当数量的自然或人为障碍，地下水就是他们会遇到的困难之一。在挖掘过程中，施工人员很容易就发现水的蛛丝马迹，从潮湿的土壤到含水层，还有地表水资源。有时，施工人员会利用水泵和脱水挖水机，以消除这些水。还有一些水资源需要采取更加极端的措施。在巴黎地铁隧道挖掘期间，工人们利用管道中的低温氯化钙冻结泥土，这样就可以像处理固体黏土一样把它们轻易的清除。
除了地下水，很多地铁还必须要穿过河流和一些其他地面上的水体。有时，利用现代化的掘进机，施工人员甚至可以在河流的下面挖掘隧道。但是一般情况下，河流下面的土壤因为过于潮湿和泥泞而难以控制。因此在河流下方挖掘隧道可能是一件非常危险的事情——巴黎地铁线路挖掘期间，尝试在塞纳河下的挖掘工作导致数次溺水事件生。还有一次，工人们将密封罩扔到河里，然后利用压缩空气迫使水从中流出来。在密封罩的范围内，工作人员才能够继续挖掘。虽然这项工作执行起来非常困难，但是相对于那些挖掘普通土壤和岩石的工人来说，他们能够拿到更多工资。
20世纪60年代，旧金山的工人们利用明挖覆盖法建造了穿过旧金山湾的隧道。工人们挖掘深沟，在其中埋入了预制的隧道零件。潜水员将它们放在精确的位置并互相接牢。每一个首尾末端的柔性接头保护隧道远离地震的损害。
某些情况下，自然地质构造同样阻碍建造工程进行。在纽约，一种叫做片岩的难凿的岩石，导致工人们只能在更深的地下挖掘，才能顺利完成隧道挖掘。现在人们已经会使用炸药或者掘进机粉碎密集的岩石，但是早期的工作人员为了绕过一些坚不可摧的岩石,只能变更地铁隧道线路。
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布拉格，工人们在挖掘地铁站
有时，工人们在施工过程中会发现历史遗迹，尤其在一些古老的城市。例如在巴黎，曾经发现堆满了人类遗骨的陵墓和古建筑地基。巴黎地铁还经过一座罗马时代就存在的很深的矿山。有时候，采石场远比地铁轨迹所到之处深的多，工人们被迫在矿山里搭建桥梁，换而言之，部分巴黎地铁都是地下高架铁路。
修建隧道网络是复杂的，富于挑战的，但这仅仅是地铁系统的一小部分。接下来我们一起看看地铁的其它组成部分。
隧道排水渠 地铁隧道通常有防水层和广泛的排水系统，但是专家们警告说，这些系统在面临某些意想不到的严重洪涝灾害时，仍然会不堪一击。巴黎地铁建设期间曾遭遇洪水泛滥冲击，导致未完成的隧道就像水渠一样，虽然疏导了重地区的洪水，但大量积水冲毁了其它地方的路面。洪水消退后，工作人员不得不大面积修复受损隧道。
乍一看，地铁非常普通，只不过是能穿越隧道的火车而已。 大多数情况下，列车是由几节连在一起的车厢组成的，车厢里有耐用的座椅以及扶杆和拉手，供乘客们在人多拥挤时使用。火车在铁路上运行，而城市周边的所有铁路系统运行模式大都与之类似。例如纽约，地铁轨道轨距是1.4米，与大部分与主要铁路轨道完全一致。这样也便于地铁连接到其它铁路。
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地铁车厢
地铁有些系统，是乘客们不常见到的。虽然它被众所周知，但某些系统非常复杂。丹麦、哥本哈根目前的在建地铁，全部采用电脑化、无人驾驶列车。持续升级的纽约地铁,采用全自动化的列车取代老旧列车，这些新型列车都有多个计算机系统。从车内灯光控制到导航，这些系统无所不能，甚至能利用刹车热能发电。在这样的自动化系统中，传感器能检测到车辆彼此之间的位置。计算机程序能跟踪确认所有火车方位，降低了人为错误的可能性，同时提高了系统的整体效率。
通常，自动化地铁都包括监控系统，如闭路电视之类，可以让控制室的工作人员看到列车的行进方向和安全与否。双向无线电系统可使乘客在紧急情况下与控制室里的工作人员取得联系或求救。同时传感器还能检测到靠近车门的物体，这样乘客们就不会在列车即将启动时因为急于上车而被车门夹住受到伤害。
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常用的总信号系统，也被称为连锁信号
非自动化列车的地铁系统有一套种类繁多的标志和信号，帮助驾驶员安全驾驶。从限速提醒到灭火器位置等所有细节，都能通过标志识别。信号一般通过彩色灯，提醒驾驶员应该何时停车，前方的轨道是否被占用，以及何时需要小心驾驶。当列车驶过时，红外传感器和电容板或短路检测仪会探测到车轮经过并输出信号。该信号还可以传递给相邻的信号系统，保证两辆列车不会在同一时间使用同一节轨道。
HSW
连锁信号
有一些信号通过运用物理机制，确保驾驶员遵守。譬如，如果一个驾驶员执意忽略一个停驶信号，一些机制就会激活这辆车的紧急刹车系统。原来的纽约地铁如果发生这种情况，驾驶员要想继续行驶，不得不使用复位信号键。某些信号环境中的键控，同样应用这个原理。
早期的地铁使用蒸汽发动机，但现在大多数地铁、列车、隧道和灯光都通过电力运行。地铁通常采用架空线或者“三轨”供电，“三轨”位于地铁轨道外围或者车轮之间，通过车轮刷或双滑履把“三轨”电力输送给火车电动发动机。纽约的地铁系统，“三轨”可提供625伏特电压，一些老旧地铁线路需要通过它们自己的发电厂供电才能运行。大量电缆和变电站将发电厂的电输送到“三轨”。
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地铁第三轨
电力同时支撑着地铁通风系统的运行。虽然很多地铁系统有大量的地上轨道和开放的出入站口，然而来自这些地方的自然空气流通不足以保证隧道的通风透气性。于是在地铁系统中就设计了很多风扇和通风口,可以用来保证新鲜空气流通。由于新鲜空气需求量巨大，包括纽约地铁在内的很多地铁通风系统，计划更新通风设备至每分钟能运送60万立方米的新鲜空气。
这就意味着需要大量的运送设备，其中大部分都是在地下运行，或者相对接近地面的地方运行。接下来，我们将探讨地铁是如何维持有序运行的。
环保地铁 乘坐公共交通通常被认为是节约能源和保护环境的一种可行的出行方式。除此之外，很多地铁系统会采取其它的措施来节约能源，减少对环境的影响。常见措施包括：
用LED灯取代白炽灯和荧光灯以及信号灯
利用收集的雨水冲洗地铁列车
利用天窗和反射器减少所需的人造光
利用太阳能发电保证地铁运行
回收利用新建、扩建和升级过程中的资源
大部分地铁列车运行的轨道已使用多年，甚至有的从地铁开通之时用到现在。然而天气原因和日常损耗使轨道受损严重。例如，纽约地铁的铁轨，由11.8米长的碳素钢组成。每节轨道高13.9厘米，宽6.35厘米。重达400吨（362.8公吨）列车一天24小时沿轨道运行。此外，地铁周围温度从一月份的-4摄氏度到七月份的39摄氏度不等[来源:BBC Weather].部分轨道常年暴露在雨、雪、冰雹和其它降水之中。
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几何列车上一般会有的元素和传感器
所有这些因素都会影响铁轨的表面和排列，一旦铁轨受损严重或部分脱位，地铁将遭遇出轨危险。正因如此，乘务人员必须密切关注轨道状况，他们通过几何列车时刻监测。
当今世上的火车和地铁系统都是用几何列车时刻监测铁轨的动态。这些车辆沿着铁轨运行，利用激光探头深入到轨道前方或者轨道下方获取精确地测量数据。在纽约，几何列车不间断运行，乘务人员坐在列车里分析测量结果，轨道的任何地方只要超出应对齐的3.1厘米范围，就要整顿维修。
地铁隧道内的几何列车还可以协同防火。铁轨道附近的垃圾或者其它碎片都可能导致失火，这时隧道将很快被烟雾笼罩。为了杜绝这种情况发生，乘务人员利用红外线传感器找出轨道附近的热点，然后用灭火器清除掉任何可能存在的火灾危险。
几何列车里监测铁轨状况的部分乘务人员，还需要时刻注意地铁系统是否正常运行。几乎每一个地铁系统都有保管、安全和紧急医务人员。自动列车系统设有专门在监控室工作的监督员，而手动列车系统除了需要监控室的监督员外，还需要一个操作员。除此之外，地铁系统还包括负责地铁运行、扩建和整修工作，制定预算并监督施工的管理人员。
许多地铁在经济方面都无法自给自足，必须依靠政府的支持才能维持运行。例如纽约，来自乘客们的售票收入仅是维持地铁运行费用的一半。基于这个原因，要想保证地铁的正常运行和系统设备升级，需要政府机构及审批部门大力支持配合。
下一章节，我们来了解地铁扩建和遇到的威胁。
打破记录华盛顿地铁的惠顿站，有西半球最长的自动扶梯，长达154.8米。
地铁站 地铁站基本上就是地铁隧道中一个相对宽阔的空间，包括一个站台，人们可以从站台上出入地铁。大部分站点还包括一些电子系统，用来执行安检，防止非法进入，电梯和自动扶梯方便乘客们自由往返到街头。有些地铁站还可以显示乘客的特别委托和当地的艺术品。
大多数古老的地铁隧道里都有大量闲置站台，那些已经很少使用的站台或者过时的车站很可能会被关闭。很多地铁系统里，这些闲置站台依然保留着他们原始的设备和装饰。
由于地铁旨在成为一个城市的基础设施的永久组成部分，因此扩建和改建不可避免。文化变迁和一些重大事件都会对一个城市地铁的升级时间与方式，以及地铁的维护产生深远的影响。例如，强调节能的时期导致地铁使用率增加和一些主要城市地铁扩建需求增加。另外，还有一些事情产生负面效应——二战末期，许多城市居民大量购买汽车，不再搭乘地铁，致使一些地铁因此被弃用，当地政府维持地铁的支出也越来越少。不久之后，一些地铁线路，例如纽约城市地铁，变得年久失修。
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2004年11月，伍德利公园站和亚当斯摩根站之间发生地铁相撞事件
正如隧道和列车越来越先进一样，人们购买地铁车票的方式也发生了改变。起初，人们买票都是用硬币交易。如今，很多地铁系统采用基于电子标签（RFID）技术的车票，不再是硬币之类的。
请出示车票正如隧道和列车越来越先进一样，人们购买地铁车票的方式也发生了改变。起初，人们买票都是用硬币交易。如今，很多地铁系统采用基于电子标签（RFID）技术的车票，不再是硬币之类的
对于这些地铁来说，让列车、站台和隧道都达到运营标准的代价是昂贵的。大都会交通局（The Metropolitan Transit Authority）曾于1994年花费172亿美元用于改善纽约地铁运营环境。即使系统维护良好，当局也要经常评估线路延长的必要性以及设备和车辆的升级需要。根据以往的经验，系统升级对于保护员工和乘客的出行安全都是非常必要的。
但即使有工作人员昼夜工作，地铁系统得到大幅度改进，一些因素仍然威胁隧道安全。其中最常见的一些隐患是:
车轮引起的火花和“三轨”附近的垃圾、碎片很容易被点燃引起火灾。 极端恶劣天气或排水系统故障时发生水灾。 驾驶员操作失误或信号错误造成碰撞事故。 由受损轨道或异物引发脱轨
此外，由于一些地铁的安保措施不足，很容易引起涂鸦、偷窃、攻击和其他一些犯罪行为,有些地铁系统甚至经历过恐怖袭击。东京地铁曾经在1995年经历过一次沙林毒气攻击，造成12人死亡，493人住院。2005年的7月7日，恐怖分子在交通高峰期引爆了伦敦三条地铁线路上的炸弹。2001年9月11日恐怖分子袭击世贸中心之后，双子塔的倒塌摧毁了一个地铁站和部分地铁轨道。
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地铁，伴随着相关的标志和警告，已经成为城市流行文化的一部分。
地铁，伴随着相关的标志和警告，已经成为城市流行文化的一部分。
另一方面，世界各地的地铁系统还经常成为安全避风港。在一战和二战期间，伦敦和巴黎的居民在空袭时就躲进地铁隧道中。二战中，法国抵抗运动成员也是利用地铁隧道互通消息，穿梭于城市之间。除此之外，很多无家可归的人们也会在世界各地的地铁站中寻求避难。在纽约，这甚至形成了一种风潮，一群有组织的人经常生活在地下，被称为“鼹鼠人”。虽然研究学者们认为人类确实可以在隧道中生活，但是迄今为止缺少确凿证据证明。
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列车检修纽约地铁的车厢寿命一般在40-50年。要想保持列车的持续运行，就要定期在康尼岛大修店做两周的维修，这里有750套维修设备。在列车的生命周期内，始终有以下设备支撑其运行： 48个轮子 24台电机 24个轴承
南卡莱罗纳州的地铁已经接近使用极限，在那里它将成为人工鱼礁的一部分海岸汽车。