Глубина заложения линий М., типы тоннельных сооружений и методы производства работ устанавливаются на основании детальных градостроительных, инженерно-геологических, технико-экономических, и других исследований. Наиболее экономичным является сооружений линий М. мелкого заложения. Они удобнее и дешевле в эксплуатации, чем линии глубокого заложения. Пассажир затрачивает минимум времени при подходе к поездам и выходе со станций. Тоннели линий мелкого заложения сооружаются обычно на глубине 10-15 метров от уровня земли. Линии М. глубокого заложения (30-50 метров) прокладывают преимущественно в районах города с плотной многоэтажной застройкой и развитым подземным хозяйством, а также при неблагоприятных геологических и гидрогеологических условиях для сооружения линий мелкого заложения. Сооружение тоннелей глубокого заложения практически не нарушает нормальной жизни города и почти не влияет на устойчивость зданий и подземных коммуникаций.
Нормируемые параметры трасс современного М. в плане и профиле обеспечивают высокие эксплуатационные качества пути и плавности хода поездов. План линей М. определяется расположением основных районов высокой концентрации пассажиров, городской планировкой, транспортными и инженерными подземными коммуникациями ( автомобильные тоннели, магистральные коллекторы и др. ). При мелком заложении тоннели, как правило сооружаются вдоль основных магистралей города. Наименьший радиус кривых, который разрешается применять на главных путях М. СССР, равен 500 метров, что значительно превышает показатели зарубежных метрополитенов ( Лондон —100 метров, Мадрид —90 метров, Берлин —75 метров ). Ширина колеи современного М. одинакова с шириной нормальной железнодорожной колеи (1520 мм). В зарубежных М. наиболее распространена ширина колеи 1435 мм. Однако в некоторых странах отсутствует единый стандарт на ширину колеи.
Строительство линии М. начинают с геодезическо-маркшейдерских работ перенесению трассы в натуру. Тоннели, сооружаемые закрытым способом, ориентируют путем передачи проектных координат через шахтные стволы. При глубоком заложении М. шахтные стволы, как правило, располагают в стороне от трассы и соединяют с тоннелями подходными выработками, которые в период строительства используют для транспортных целей, а в законченном сооружении — для размещения вентиляционного оборудования. При сооружении тоннелей мелкого заложения закрытым способам принимаются меры, исключающие осадку поверхности, повреждений сооружений городского подземного хозяйства и расположенных поблизости зданий. При открытом способе работ поверхность улиц вскрывается и тоннельные конструкции возводятся в котловане со свайными креплениями или откосами. Движение наземного городского транспорта отводится в сторону или пропускается по временному мосту через котлован. Основания и фундаменты зданий, расположенных вблизи трассы, при необходимости укрепляют.
Сооружения тоннелей закрытым способом производится щитами проходческими или горными методами. Щит — сооружение, предохраняющее рабочих от обвала грунта. Механизированный проходческий щит ленинградского типа представляет из себя стальной цилиндр весом 220 тонн. Своими шестью вращающимися дисками —фрезами, снабженными резцами из твердых сплавов, — он вгрызается в породу срезая ее пласты. При движении в перед щит толкается 24 гидравлическими домкратами от уже установленных тюбингов тоннеля. Грунт по специальному желобу сбрасывается на транспортер, подающей его в вагонетки. В тяжелых инженерно-геологических условиях (плывуны и водоносные грунты) применяют специальные методы: кессон, замораживание грунтов , водопонижение, химическое закрепление грунтов и др. Конструкции тоннельных сооружении М. выполняются из сборных железобетонных или металлических элементов, а также из монолитного бетона и железобетона. Строительство М. обычно осуществляется индустриальными методами с комплексной механизацией всех основных процессов работ. Для защиты станционных сооружений М. от проникновения подземных вод, кроме гидроизоляции, применяется система водоотводящих зонтов из асбестоцемента или других материалов.
После победоносного завершения Великой отечественной войны, при возобновлении работ по строительству метрополитена в городе-герое Ленинграде, вновь встал вопрос, по каким направлениям-трассам вести его линии, на какой глубине. Опять были рассмотрены все предреволюционные и предвоенные проекты. Их основная идея — М. должно соединить прежде всего все вокзалы — была признана правильной: ведь к одному Финляндскому вокзалу по выходным дням устремляется до 400 тысяч человек. Чтобы убедится в правильности намечаемых трасс и мест будущих станций, было проведено изучение пассажиропотоков. Для этого в трамваях, троллейбусах и автобусах пассажирам выдавали талончики которые при выходе нужно было опустить в ящик. По количеству этих талонов определялась густота пассажиропотоков.
На основании полученных данных были окончательно намечены трасса первой линии и первый участок первой очереди ленинградского М. протяженностью около 11 километров с восемью станциями. Этот участок проходящий с юго-запада на северо-восток, связал четыре вокзала Московский, Витебский, Варшавский и Балтийский и соединял новые районы с центром города. 15 ноября 1955 года были открыты для эксплуатации станции “Автово”, “Кировский завод”, “Нарвская”, “Балтийская”, “Технологический институт”, “Площадь Восстания”. В 1958 году вступили а строй станции “Чернышевская” и “Площадь Ленина” (Финляндский вокзал ). Давняя мечта соединить подземной дорогой все вокзалы города была претворена в жизнь. В 1960 году был введен в эксплуатацию второй наклонный ход на станции “Площадь Восстания” с вестибюлем, встроенным в здание Московского вокзала, и с выходам к его перронам; в 1962 году — второй вестибюль станции “Площадь Ленина” на Боткинской улице. Кировско-Выборгская линия ныне на юге имеет еще две станции — “Ленинский проспект” и “Проспект ветеранов”. Они начали работать в 1977 году. А на севере — еще семь станций. “Выборгская”, “Лесная”, “Площадь Мужества”, “Политехническая”, “Академическая” вступили в строй действующих в 1975 году. “Гражданский проспект” и станция “Комсомольская” (“Девяткино”), совмещенная с железнодорожной платформой Девяткино, завершены в 1978 году.
Вторая линия должна была связать предприятия и жилые кварталы разросшегося Московского района со старейшей Петроградской стороной. Первый участок Московско-Петроградской линии со станциями “Технологический институт-II”, “Фрунзенская”, “Московские ворота”, “Электросила”, “Парк Победы” был пущен в апреле 1961 года. В июле 1963 года к ним добавились станции “Площадь Мира”, “Невский проспект”, “Горьковская”, “Петроградская”. В 1969 году вступила в строй действующих “Московская”, а в 1972 году —станции “Звездная” и конечная на южном участке этого направления — “Купчино”, соединенная со станцией витебской железной дороги. Первый участок Невско‑Василеостровской линии со станциями “Василеостровская”, “Гостиный двор”, “Маяковская”, “Площадь Александра Невского” был открыт к 50-летию Великого Октября. В декабре 1970 года был сдан новый участок этой линии со станциями “Елизаровская” и “Ломоносовская”. Станция “Приморская” начала функционировать в 1979 году.
Выбор глубины заложения М. диктовался гидрогеологическими условиями и густой застройки вдоль трассы.
Под нами в глубине на гранитах самой древней архейской эры лежат древнейшие осадочные породы: на территории Ленинградской области это гдовские песчаники и кембрийские глины. Непосредственно на кембрийских глинах находятся отложения новейшего периода истории земли — четвертичного. Для четвертичного периода здесь характерны мореные отложения нескольких наступлений ледников с большим количеством валунов. Выше залегают так называемые ленточные глины. Над ними иловатые пески и суглинки. И наконец, культурный слой — результат деятельности человека, достигающей местами нескольких метров.
Проектировщикам и строителям было ясно, что в четвертичных породах с их напорными водами прокладывать М. будет чрезвычайно сложно. Это вскоре доказало сооружение верхних участков вертикальных шахт и наклонных (эскалаторных) тоннелей. В центре города, в старых густо застроенных районах, станции М. имеют глубокое заложение, тоннели здесь проходят в основном в кембрийских отложениях. В районах новостроек отдельные участки целесообразно строить открытым способом или мелкого заложения. Из станций первой очереди “Автово” — станция мелкого заложения, но ее сооружение вызвало большие трудности, чем прокладка глубоких тоннелей. Немало хлопот создала здесь строителем и речка Красненькая, которую пересекала трасса метро. Применив замораживание грунта, метростроевцы справились с этим участком, проходящем в пластических глинах и суглинках. В сложные геологические условия попали метростроевцы между станциями “Лесная” и “Площадь Мужества”. Тоннели на протяжении около четырех сот метров должны были пройти в толще четвертичных водонасыщенных отложений и водных песков с напором воды в несколько атмосфер. Обогнуть этот так называемый размыв было нельзя, так как слой песка здесь толст и обширен. Опять прибегли к замораживанию грунта. Чтобы уменьшить количество скважин, которые следовало пробурить, и уменьшить количество труб, необходимых для замораживания грунта, инженеры “Ленметростроя” предложили, в отличии первоначального проекта, прокладывать тоннели не на одном уровне, а один над другим. Это значительно сократило число потребованных скважин и труб.