詹天佑設計的京張鐵路「人」字形線路

07-29

　　京張鐵路長約200多公里，連接北京丰台，經八達嶺、居庸關、沙城、宣化至河北張家口。該線經過長城內外的燕山山脈，這一帶到處是崇山峻岭，有7000餘尺橋樑，由南口至八達嶺，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，由中國人自行設計、施工，投入營運的鐵路。

火車經過京張鐵路「人」字形線路的示意圖　　雖然曾在課本上學過人字形的線路，但是和大多數人一樣，沒有看過實物或者模擬圖形，仍然難以理解、難以明白。看了下面的圖形，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火車頭，一個在前邊拉，一個在後邊推，首先從1進入2，也就是青龍橋站。過青龍橋，列車向東北前進，過了「人」字形線路的岔道口就倒過來駛入3，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直接進入八達嶺隧道。現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念館；2005年10月12日，紀念京張鐵路開工100年時，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。紀念館將人字形鐵路製作成復原場景，讓觀眾更加直觀地了解「人」字形鐵路。不僅如此，紀念館還特意設計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，縮短八達嶺隧道長度的意義。同時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)廣東南海縣人，是京張鐵路總工程師。為了加快翻越八達嶺，他率領工程技術人員在青龍橋一帶反覆選測比較線路，借鑒南美洲森林和礦山早期修鐵路經驗，決定將線路引進青龍橋東溝設站，並在此折返通過八達嶺，把鐵路鋪成「人」字形（也稱「之」字形）折返線，用兩個火車頭將列車前拉後推，把當時火車最高爬坡率25‰提高到33‰，從而提高了線路與隧道的高度，使八達嶺隧道長度縮短近一半，從最初設計1800米縮短到1091米。為確保行車安全，詹天佑周密考慮，設置了12處「保險道岔」，防止機車制動失靈而造成溜車事故。詹天佑後來說，「人」字形路線總不如螺形環山路線優越，當時採用「人」字形線路是萬不得已的，是在當時修路費用以及工期等條件限制下所採用的理想方案。

施工過程

　　全程分為三段，第一段丰台至南口段，於1906年9月30日全部通車，第二段南口至青龍橋關溝段，關溝段穿越軍都山，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，採用「之」字形鐵路，工程非常艱巨。首先必須打通居庸關、五桂頭、石佛寺、八達嶺四條隧道，最長的八達嶺隧道1092米。這不僅要有精確的計算和正確的指揮，還要有新式的開山機、通風機和抽水機。前者對詹天佑都不成問題，而後者當時中國全都沒有，只靠工人的雙手，他們硬是克服了重重困難，終於在1908年9月完成了第二段工程。　　第三段工程的難度僅次於關溝，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樑架設而成。由於詹天佑正確地指揮，及時建成。1909年4月2日火車通到下花園。下花園到雞鳴驛礦區岔道一段雖不長，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。為防山洪衝擊路基，又用水泥磚加以保護，勝利完成了第三段工段。

施工難點

　　居庸關山勢高，岩層厚，八達嶺地層全是堅硬的花崗岩。開始時進度緩慢，工人們手持鋼釺，揮舞大鎚，日夜趕工，一個工作面每天掘進0.6至0.9米，效率低。詹天佑便採用直井鑿法，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個工作面同時開挖，效率大為提高。這個辦法的難題在於兩端開鑿的線路如何對準，不出偏差。詹天佑帶領工程技術人員從山谷最狹窄處勘測，然後升至山嶺審查隧道洞線方向，先置經緯儀於「地點」，向「天點」取直，反過來測量「人點」，這樣使天、地、人三點連成一條直線；再將經緯儀移置到「人點」，測視天、地兩點，驗證三點是否在一條直線上。測量準確後，在各點豎立標竿，依此標準，以定洞內中橛，然後用水平議測量各橛相差尺寸，依此繪成隧道的剖面工程藍圖。京張鐵路最終提前兩年完成，節省工程費10萬兩白銀。

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