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1974년 코레일은 경부(서울~수원)·경인(구로~인천)·경원선(지하청량리~광운대(성북)) 등 3개 노선(총 29개역, 74㎞)에서 우리나라 최초의 도시철도인 수도권전철 운행을 시작했다.
개통 당시의 수도권전철 3개 노선은 지하서울~지하청량리 구간에 건설된 서울지하철 종로선과 연계운행하며 각각 국철과 1호선으로 구분됐다.
1988년에는 안산선(금정~안산), 이어 1994년에 과천선(금정~인덕원)을 개통해 서울지하철 4호선과 연결 운행하고 1996년에는 3호선과 연결된 일산선(지축~대화) 운행을 시작했다.
코레일은 2005년 청량리~덕소 간 개통한 중앙선과 2009년 서울~문산 개통 경의선을 2014년 말 직결해 수도권의 동과 서를 관통하는 경의중앙선 운행을 시작했다. 이후 경의중앙선은 2017년 초 지평, 2020년 임진강으로 단계적으로 구간을 연장해 임진강~지평 간 다니고 있다.
경춘선(상봉~춘천)은 2010년, 경강선(판교~여주)은 2016년 전철 운행을 시작했다. 서해선은 2021년 소사~원시를 시작으로, 2023년 대곡~소사 구간 공사를 마치고 현재 일산에서 원시까지 달린다.
코레일은 현재 경부·장항·경인·경원선, 일산선, 안산·과천선, 경의·중앙선, 경춘선, 수인·분당선, 경강선, 서해선, 동해선 등 총 15개 광역철도 노선(수도권전철 14개, 동해선(부전~태화강) 1개)에 295개역을 운영하고 있다.
노선별 수송인원은 서울~천안 간 경부선이 하루 평균 65만명으로 가장 많고 서울숲~수원 간 분당선이 56만명으로 두 번째다. 경원선(41만명), 경인선(39만명)이 뒤를 이었다.
코레일은 이처럼 수도권전철의 안정적 운영 및 개선과 함께 정부의 핵심 국정과제인 수도권광역급행철도(GTX)에도 적극 참여하고 있다.
지난 3월 말 개통한 GTX-A 1단계 구간(수서~동탄)의 기반시설(시설·전기) 유지관리와 관제, 사고복구를 담당해 기관사, 안전관리인력 등을 대상으로 역량 강화 교육을 진행하고 각종 자료 및 컨설팅을 제공하는 등 운영기관과 유기적인 협조체계를 강화했다.
또한 2030년 개통 예정인 GTX-B와 2028년 예정된 GTX-C의 운영·유지보수 사업을 맡아 광역철도뿐 아니라 KTX 등 간선철도 운영을 통해 쌓아온 노하우를 전수하며 본격적인 GTX를 준비하고 있다.