京張鐵路長約200多公里，連接北京豐臺，經(jīng)八達(dá)嶺、居庸關(guān)、沙城、宣化至河北張家口。該線經(jīng)過長城內(nèi)外的燕山山脈，這一帶到處是崇山峻嶺，有7000余尺橋梁，由南口至八達(dá)嶺，高低相距一百八十丈，每四十尺即須墊高一尺。1905年9月4日開工，1909年8月11日建成，是中國首條不使用外國資金及人員，由中國人自行設(shè)計(jì)、施工，投入營運(yùn)的鐵路。
火車經(jīng)過京張鐵路“人”字形線路的示意圖
雖然曾在課本上學(xué)過人字形的線路，但是和大多數(shù)人一樣，沒有看過實(shí)物或者模擬圖形，仍然難以理解、難以明白?？戳讼旅娴膱D形，相信你能明白其中的道理。
如圖所示，京張鐵路從圖的右下角向左上角通過1、3之間的高山。走人字形鐵路可以避免開鑿隧道。
北上的列車到了南口就用兩個(gè)火車頭，一個(gè)在前邊拉，一個(gè)在后邊推，首先從1進(jìn)入2，也就是青龍橋站。過青龍橋，列車向東北前進(jìn)，過了“人”字形線路的岔道口就倒過來駛?cè)?，原先推的火車頭拉，原先拉的火車頭推，使列車折向西北前進(jìn)直接進(jìn)入八達(dá)嶺隧道。現(xiàn)在的和諧號列車到青龍橋車站，掉頭只需大約一分鐘左右。
1922年，青龍橋火車站豎立詹天佑銅像；1987年，附近再建成詹天佑紀(jì)念館；2005年10月12日，紀(jì)念京張鐵路開工100年時(shí)，在張家口南站“中國鐵路之父”詹天佑的銅像高2.8米，重1噸揭幕。紀(jì)念館將人字形鐵路制作成復(fù)原場景，讓觀眾更加直觀地了解“人”字形鐵路。不僅如此，紀(jì)念館還特意設(shè)計(jì)了火車模型是如何通過人字形鐵路的演示，通過這種演示，觀眾可以更好地了解到火車掉頭和通過人字形鐵路，縮短八達(dá)嶺隧道長度的意義。同時(shí)觀眾還可以自己操作，親自體會。
被逼出來的“之”字線路
詹天佑(1861.3.17―1919.4.24，58歲)廣東南?？h人，是京張鐵路總工程師。為了加快翻越八達(dá)嶺，他率領(lǐng)工程技術(shù)人員在青龍橋一帶反復(fù)選測比較線路，借鑒南美洲森林和礦山早期修鐵路經(jīng)驗(yàn)，決定將線路引進(jìn)青龍橋東溝設(shè)站，并在此折返通過八達(dá)嶺，把鐵路鋪成“人”字形（也稱“之”字形）折返線，用兩個(gè)火車頭將列車前拉后推，把當(dāng)時(shí)火車最高爬坡率25‰提高到33‰，從而提高了線路與隧道的高度，使八達(dá)嶺隧道長度縮短近一半，從最初設(shè)計(jì)1800米縮短到1091米。為確保行車安全，詹天佑周密考慮，設(shè)置了12處“保險(xiǎn)道岔”，防止機(jī)車制動失靈而造成溜車事故。詹天佑后來說，“人”字形路線總不如螺形環(huán)山路線優(yōu)越，當(dāng)時(shí)采用“人”字形線路是萬不得已的，是在當(dāng)時(shí)修路費(fèi)用以及工期等條件限制下所采用的理想方案。
施工過程
全程分為三段，第一段豐臺至南口段，于1906年9月30日全部通車，第二段南口至青龍橋關(guān)溝段，關(guān)溝段穿越軍都山，最大坡度為千分之三十三，曲線半徑182.5米，隧道四座，長1644米，采用“之”字形鐵路，工程非常艱巨。首先必須打通居庸關(guān)、五桂頭、石佛寺、八達(dá)嶺四條隧道，最長的八達(dá)嶺隧道1092米。這不僅要有精確的計(jì)算和正確的指揮，還要有新式的開山機(jī)、通風(fēng)機(jī)和抽水機(jī)。前者對詹天佑都不成問題，而后者當(dāng)時(shí)中國全都沒有，只靠工人的雙手，他們硬是克服了重重困難，終于在1908年9月完成了第二段工程。
第三段工程的難度僅次于關(guān)溝，首先遇到的是懷來大橋，這是京張路上最長的一座橋，它由七根一百英尺長的鋼梁架設(shè)而成。由于詹天佑正確地指揮，及時(shí)建成。1909年4月2日火車通到下花園。下花園到雞鳴驛礦區(qū)岔道一段雖不長，工程極難。右臨羊河，左傍石山，山上要開一條六丈深的通道，山下要墊高七華里長的河床。詹天佑即以山上開道之石來墊山下河床。為防山洪沖擊路基，又用水泥磚加以保護(hù)，勝利完成了第三段工段。
施工難點(diǎn)
居庸關(guān)山勢高，巖層厚，八達(dá)嶺地層全是堅(jiān)硬的花崗巖。開始時(shí)進(jìn)度緩慢，工人們手持鋼釬，揮舞大錘，日夜趕工，一個(gè)工作面每天掘進(jìn)0.6至0.9米，效率低。詹天佑便采用直井鑿法，從山頂中部打口直井，其中豎井深33米、直徑3米，分別向洞的兩端開挖，這樣成了6個(gè)工作面同時(shí)開挖，效率大為提高。這個(gè)辦法的難題在于兩端開鑿的線路如何對準(zhǔn)，不出偏差。詹天佑帶領(lǐng)工程技術(shù)人員從山谷最狹窄處勘測，然后升至山嶺審查隧道洞線方向，先置經(jīng)緯儀于“地點(diǎn)”，向“天點(diǎn)”取直，反過來測量“人點(diǎn)”，這樣使天、地、人三點(diǎn)連成一條直線；再將經(jīng)緯儀移置到“人點(diǎn)”，測視天、地兩點(diǎn)，驗(yàn)證三點(diǎn)是否在一條直線上。測量準(zhǔn)確后，在各點(diǎn)豎立標(biāo)竿，依此標(biāo)準(zhǔn)，以定洞內(nèi)中橛，然后用水平議測量各橛相差尺寸，依此繪成隧道的剖面工程藍(lán)圖。京張鐵路最終提前兩年完成，節(jié)省工程費(fèi)10萬兩白銀。
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