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直通運行（英語：Through train，或稱直通運輸，中國大陸、馬來西亞、新加坡稱作貫通運營，台灣稱作直通運轉[1]），源自日語「直通運転／ちょくつううんてん Chokutsū unten」一詞，是指不同鐵路業者或鐵路線的列車行駛到其他鐵路線上的一種運行方式，多為客運列車所採用。直通運行的方式讓乘客得以減少轉乘次數、提高客運效率；雖然直通的路線名義上仍然是多條路線，但是個別列車的營運距離會增加。[2][3]
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 | 此條目需要補充更多來源。 (2021年12月19日) |
直通運行主要存在於鐵路中。目的主要是為了解決在頭尾相接路線中乘客需要在相接站點轉乘的問題。透過直通運行，乘客可以免去下車等待的時間，提高了通勤的效率；而擁有不同的鐵路線相接的車站也減少了乘客在站內轉乘的客流壓力。但同時亦有可能因兩線之訊號、供電、限界、通行方向、軌距等系統規格不同而提升整合及營運的複雜程度。
日本因擁有規模龐大、且路線相接的公營與私營鐵道路網，從而產生出許多直通運行服務。日本最早的直通運行服務，為1904年東武龜戶線通車後，從龜戶站至總武鐵道線（今JR總武本線）兩國橋站（今兩國站）間互通，該服務在1910年廢止。目前直通運行在日本各家鐵路業者之間十分普遍，例如名古屋市營地下鐵的上飯田線只有兩站，全線只有0.8公里，但是該線的大部分列車都和名古屋鐵道的通勤鐵路小牧線互通運行，而小牧線全長20.6公里從名古屋途徑春日井市、小牧市最終到達犬山市；東京的都營淺草線押上-泉岳寺段，連接了兩端的京成押上線以及京急本線，使得聯絡東京市中心及東京兩大聯外機場（羽田、成田）的列車[註 1]得以開行，其沿線更是串連了三家以上的鐵路業者[註 2]。
目前日本最大的直通運行系統為東京的地下鐵系統，13條路線中就有10條實施直通運行，龐大的運輸規模使其成為全世界規模最大的都市鐵路系統。
在韓國，首爾的首都圈電鐵也屬於直通運行的情況，這種直通運行在韓國被稱為「運行系統」。比如首都圈電鐵3號線是由首爾地鐵3號線和一山線直通運行的名字，韓國首都圈電鐵的好幾條路線都是多條路線直通運行並給予了運行系統的名字。此外，因軌距相同的原因（韓國鐵路的軌距均為1435mm的標準軌），所以韓國高鐵列車可以與韓國傳統鐵路中直通運行。韓國高鐵亦曾有數處路段與既有傳統鐵路直通運行，導致營運速度上的提升困難，直至高速化專用路段完工之後才得以改善。以湖南高速線為例，在湖南高速線完全建好開通以前，所有前往光州方向的韓國高鐵列車，在通過五松站後，均需要先前往大田市的大田操車場，駛入韓國傳統鐵路的湖南線，才可前往光州市，因此速度被限制。直到2015年4月2日湖南高速線開通後，列車無需再駛入湖南線，速度才得到大幅度提升。
在臺灣，只有日治時期的糖鐵有直通運行的例子。例如當時新高製糖的新港線會借道北港製糖（東洋製糖）的北港線部分路線，以便行駛大林直通北港的列車。但糖鐵大規模廢線後便不復存在。加之現今台鐵、各個城市的捷運、台灣高鐵三者之間因軌距、供電方式、電壓等各種不同的原因，現今台灣沒有任何跨鐵路業者間的直通運行服務，僅有業者各自路線之間有行駛直通運行的列車班次。
臺北捷運為減少旅客轉乘次數及分散轉乘人潮，初期路線大多採L型設計。但一期路網營運時各路線皆未完全開通，因此有多條不同的路線曾暫時採取直通運行的方式，直到2014年11月二期路網完成才結束。目前臺北捷運已無跨幹線直通運行的營運模式。
臺鐵的直通運行路線主要分為西部幹線、東部幹線以及支線與幹線之間的大站直通運行，以方便旅客轉乘。
- 南迴線、屏東線、臺東線、縱貫線
目前直通運行在香港並不常見，但有以下幾個例子：
- 2021年6月27日開通的屯馬綫，實際上是原馬鞍山綫、西鐵綫和新建的大圍至紅磡段合併而來的綫路。（但全線開通後港鐵統一使用「屯馬線」命名並按照一條路線營運管理，而並未採用直通運行的概念）
- 港鐵觀塘綫及荃灣綫：當荃灣綫旺角以北段服務受阻，視情況而定，觀塘綫（黃埔方向）列車或會在旺角站過後直接駛入荃灣綫，改以中環為終點站。在某些時候，九龍灣車廠會派出列車由彩虹站2號及3號月台起載，直接以中環站為終點站。
- 港鐵觀塘綫及將軍澳綫：視情況而定，觀塘綫（調景嶺方向）或會在油塘站過後直接駛入將軍澳綫，改以寶琳站為終點站並使用調景嶺站3號月台上落。此外，當將軍澳綫油塘站以東段服務受阻，視情況而定，觀塘綫（調景嶺方向）列車或會在藍田站過後直接駛入藍田站後備行車隧道前往將軍澳綫，改以北角為終點站。
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在中國大陸的國鐵系統中，雖然鐵路建設的時候是有正式的路線名稱（如京廣線、京滬線、隴海線等鐵路線名稱），媒體報道的時候也是以路線名來稱呼[6]，但在實際操作中，中國國鐵所營運的客運列車服務一般只強調起點、終點、和車號，並不強調路線名稱。所以即便列車在執行直通運行（又稱跨線車）的時候，也較難甄別[6]。其運行的列車又分為直通旅客列車與管內旅客列車。直通旅客列車，是指走行距離跨及兩個及其以上鐵路局的旅客列車。這些列車一般為中長途列車。而當列車執行直通營運的時候，車次號會變換，有些車次號會變換多次。
此外，因軌距、電壓相同的原因[註 3]，所以中國高鐵可以與中國傳統鐵路（普鐵）直通運行。至今，中國高鐵依舊有數處高鐵路段與既有的傳統鐵路直通運行，反之亦然（例如於汕頭站始發終到的廈深鐵路（杭深線）列車組列車，是通過聯絡線直通廣梅汕鐵路（畲龍鐵路）而到達汕頭站）。有異於日本不同鐵路業者間互相直通運行的狀況，這兩系統均由中國國家鐵路集團營運。
值得一提的是，因訊號、供電、限界、通行方向不同等原因，中國大陸除了廣九直通車曾經行走港鐵東鐵綫路段之外，其他的城市軌道交通中幾乎沒有與中國國鐵路線直通運轉的案例。但在中國大陸地方城市中的城市軌道交通也有實行貫通運行型態的情況：
深圳地鐵的2號線和8號線採用直通運行模式，來往赤灣站 ↔ 小梅沙站（未來終點站為溪涌站）。其中，赤灣站↔蓮塘站一段屬於2號線，蓮塘站↔ 小梅沙站（未來為溪涌站）屬於8號線。蓮塘站屬2號線與8號線的「分界」站，乘客無須在2號線蓮塘站落車即可前往8號線車站。有異於日本不同鐵路業者間互相直通運行的狀況，這兩條路線均由深圳地鐵集團營運。
廣州地鐵3號線，本線（機場北站 ↔ 海傍站）和支線（天河客運站 ↔ 體育西路站）目前執行直通運行，即有天河客運站 ↔ 海傍站的列車直通營運。不過隨着廣州地鐵10號線的建成，3號線支線將被拆分給10號線，3號線不再開行以上路段。兩線未來將會在新修建的天河路站（體育西路站）轉乘。
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北京地鐵的4號線和大興線採取貫通運行制度，大部分列車會駛入對方軌道中並駛完全程，同樣有異於日本不同鐵路業者間互相直通運行的狀況，這兩條路線均由北京京港地鐵有限公司營運[7]。
北京地鐵1號線與八通線直通運行工程於2020年6月12日獲批[8]，2021年8月29日實現直通運行[9]。而在2021年7月更換的北京地鐵1號線新路線圖上，依然保留了「八通線」的名稱[10]。這兩條路線均由北京地鐵營運二分公司營運。
同樣由營運二分公司營運的北京地鐵房山線與9號線自2023年1月18日起逢工作日通過郭公莊站聯絡線跨線營運[11]。這兩條路線均由北京地鐵營運二分公司營運，但因兩線車輛營運速度不同，目前僅限房山線列車經郭公莊站跨線至9號線營運，再折返至9號線郭公莊車輛段，且僅限工作日早上繁忙進城方向、工作日傍晚繁忙出城方向各開行10班跨線列車[12]。遠期房山線還會與燕房線直通營運。
此外，以下路線也有跨線營運計劃：8號線與昌平線[13]、5號線與亦莊線、10號線與亦莊線[14]、19號線與市郊東北環線[15][16]。
金華軌道交通金義東線的金義段和義東段原則上單一線段營運，同時每日安排兩班大站快車，來往金華站和明清宮站。
鄭州地鐵的2號線與城郊線目前採用直通運行的模式，部分2號線列車會駛入城郊線軌道直通運行[20]。根據規劃，9號線二期工程通車後，城郊線將成為9號線的一部分，不再與2號線直通運行。
津浦鐵路因與膠濟鐵路分屬不同的營運機構，在建設濟南段時沒有與膠濟鐵路接軌，還另外設置了新的濟南站。1911年起，兩線的營運機構達成了協議，在津浦鐵路濟南站和膠濟鐵路濟南站之間增加了兩條聯絡線，列車可以來往津浦鐵路黃河以南和膠濟鐵路全線的車站；在隨後達成的新協議中，互通的車站範圍擴展到了津浦鐵路全線，還增加了直通車票和零擔貨物的互通。[21]在日軍佔領了華東地區後，兩線都由日方的管理機構管理，日本投降至今又都屬於中國的鐵路部門管轄。
目前青島地鐵1號線與7號線一期直通運行，1號線的北行列車在興國路站會駛入7號線的軌道繼續行駛，反之亦然。按照規劃，後期7號線二期工程開通後，7號線將不會與1號線直通運行，1號線北端終點站將改為興國路，但仍會保留開行早傍晚繁忙的貫通運行列車。
重慶地鐵的直通運轉非常普遍。重慶軌道交通的4號線、5號線、9號線、10號線、環線和江跳線均裝備中國鐵路通訊訊號CBTC訊號系統，使得理論上上述路線之間均可實現直通運轉。目前有4號線唐家沱站經環線至5號線跳磴站，江跳線聖泉寺站與5號線石橋鋪站區間實現了直通運轉。此外空港線觀月路站與3號線四公里站區間存在少量不公佈時刻表的貫通車次。
目前重慶軌道交通4號線與環線在民安大道站設聯絡線。2020年9月18日起正式投入營運的重慶軌道交通直快列車由4號線唐家沱站始發，越行部分站點並在民安大道站由兩線的聯絡線至環線，越行部分站點至環線終點站重慶圖書館站，實現4號線和環線直通。2021年12月28日起，重慶軌道交通開行跳磴經由5號線、環線、4號線至唐家沱站的三線直通運轉的直快列車。2023年11月30日起，重慶軌道交通開行石橋鋪站經由5號線、江跳線至聖泉寺站的兩線直通。
成都地鐵的17號線與19號線在初期階段曾以17號線的名義直通運行[註 4]，至2023年9月22日拆分為兩條路線[23]。
目前，19號線有將近一大半列車班次貫通至18號線的三岔至天府機場北段，並開行機場直達列車，一站不停來往於雙流機場2客運大樓東和天府機場1號2號客運大樓。
西安機場城際鐵路原由陝西城際鐵路有限責任公司經營，並計劃與西安地鐵營運的西安地鐵14號線貫通。但在後者開通前的2021年1月1日，前者移交給西安地鐵營運。後者開通時兩線被統一命名成西安地鐵14號線。
大連地鐵13號線一期與3號線支線直通運行，開行「普蘭店振興街-開發區」交路，兩線範圍以九里為分界，使用13號線列車開行。
未來13號線二期建成後，九里站將成為3號線支線及13號線的轉乘車站，兩線將不再直通運行。
2023年12月23日，11號線與3號線實現直通運行，先期貫通至金厙橋站，後於2024年4月27日擴展至橫山站，最終於同年6月29日完成全線貫通改造，全面直通運行[24]。
由於兩路線GoA標準不一，列車在唯亭站站前經由聯絡線駛入駛出3號線月台，而原11號線月台則停用；同時3號線保留小交路列車駛至葑亭大道站作為終點站。
倫敦的橫貫鐵路或伊利沙伯線由原有倫敦西部帕丁頓站與雷丁站之間的國鐵路段、倫敦東部利物浦街站與仙非爾車站的國鐵路段、和穿越倫敦市中心的地底路段組合而成。
大都會北方鐵路紐黑文線有部分列車會直通運轉到東岸線上[25]。
紐約地鐵分為服務路線和實際路線，並非是以獨立路線在獨立區間運行的因素進行運輸的。由於不同信號場屬路段的系統不同，大多數路線採取跨線營運。
卡爾斯魯爾和海爾布隆的市區輕軌路網與通勤鐵路路網S-Bahn直通運行，統稱卡爾斯魯爾城鐵（Stadtbahn）。市區輕軌路段由卡爾斯魯爾大眾運輸公司AVG負責，郊區通勤鐵路路段則由德國鐵路經營。[26]
- 上海地鐵的5號線在莘莊站和1號線對接，該站在兩條路線中雖然都是起訖站點，但是在規劃中是同一條路線，稱為R1，因此理論上可以直通運轉。不過由於車站的設計以及兩條路線編組、訊號系統、列車寬度、最小曲線半徑等其他問題，使得兩條路線實際上不能直通運行，這樣導致所有乘客經過此站終點站都必須轉乘，使得莘莊站每年高峰都必須要使用限流措施。[29]
- 廣州地鐵14號線和21號線在鎮龍站設置了聯絡線，方便列車經由14號線知識城支線直通前往21號線增城廣場方向，以及經由21號線天河公園方向直通前往14號線知識城支線新和、嘉禾望崗方向。兩線都使用同批次型號的6節B型編組列車，且訊號系統相同，滿足直通營運條件，同時在開通初期更有部分21號線列車借調給14號線營運，14號線自2024年起亦有將部分列車借調給21號線營運，但是實際上14號線和21號線從未曾開行過任何載客跨線直通班次。
- 廣州地鐵22號線於規劃階段，計劃和18號線番禺廣場-萬頃沙段直通運行，在番禺廣場站設置了聯絡線，方便列車經由22號線直通前往18號線萬頃沙方向，以及經由18號線冼村方向（未來廣州東站方向）直通前往22號線陳頭崗方向（未來芳村方向）。兩線都使用同批次型號的8節D型編組列車，且訊號系統相同，滿足直通營運條件，同時兩線列車統一調度，所有列車均有機會不定期在18號線或22號線行駛。但是18號線和22號線開通至今維持單獨分開營運，未有實施當初的直通運行計劃。
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