詹天佑设计的京张铁路“人”字形线路

黑龙江波涛 2018-03-09

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　　京张铁路长约200多公里，连接北京丰台，经八达岭、居庸关、沙城、宣化至河北张家口。该线经过长城内外的燕山山脉，这一带到处是崇山峻岭，有7000余尺桥梁，由南口至八达岭，高低相距一百八十丈，每四十尺即须垫高一尺。1905年9月4日开工，1909年8月11日建成，是中国首条不使用外国资金及人员，由中国人自行设计、施工，投入营运的铁路。

火车经过京张铁路“人”字形线路的示意图
　　虽然曾在课本上学过人字形的线路，但是和大多数人一样，没有看过实物或者模拟图形，仍然难以理解、难以明白。看了下面的图形，相信你能明白其中的道理。

　　如图所示，京张铁路从图的右下角向左上角通过1、3之间的高山。走人字形铁路可以避免开凿隧道。
　　北上的列车到了南口就用两个火车头，一个在前边拉，一个在后边推，首先从1进入2，也就是青龙桥站。过青龙桥，列车向东北前进，过了“人”字形线路的岔道口就倒过来驶入3，原先推的火车头拉，原先拉的火车头推，使列车折向西北前进直接进入八达岭隧道。现在的和谐号列车到青龙桥车站，掉头只需大约一分钟左右。

　　1922年，青龙桥火车站竖立詹天佑铜像；1987年，附近再建成詹天佑纪念馆；2005年10月12日，纪念京张铁路开工100年时，在张家口南站“中国铁路之父”詹天佑的铜像高2.8米，重1吨揭幕。纪念馆将人字形铁路制作成复原场景，让观众更加直观地了解“人”字形铁路。不仅如此，纪念馆还特意设计了火车模型是如何通过人字形铁路的演示，通过这种演示，观众可以更好地了解到火车掉头和通过人字形铁路，缩短八达岭隧道长度的意义。同时观众还可以自己操作，亲自体会。

被逼出来的“之”字线路

　　詹天佑(1861.3.17―1919.4.24，58岁)广东南海县人，是京张铁路总工程师。为了加快翻越八达岭，他率领工程技术人员在青龙桥一带反复选测比较线路，借鉴南美洲森林和矿山早期修铁路经验，决定将线路引进青龙桥东沟设站，并在此折返通过八达岭，把铁路铺成“人”字形（也称“之”字形）折返线，用两个火车头将列车前拉后推，把当时火车最高爬坡率25‰提高到33‰，从而提高了线路与隧道的高度，使八达岭隧道长度缩短近一半，从最初设计1800米缩短到1091米。为确保行车安全，詹天佑周密考虑，设置了12处“保险道岔”，防止机车制动失灵而造成溜车事故。詹天佑后来说，“人”字形路线总不如螺形环山路线优越，当时采用“人”字形线路是万不得已的，是在当时修路费用以及工期等条件限制下所采用的理想方案。

施工过程

　　全程分为三段，第一段丰台至南口段，于1906年9月30日全部通车，第二段南口至青龙桥关沟段，关沟段穿越军都山，最大坡度为千分之三十三，曲线半径182.5米，隧道四座，长1644米，采用“之”字形铁路，工程非常艰巨。首先必须打通居庸关、五桂头、石佛寺、八达岭四条隧道，最长的八达岭隧道1092米。这不仅要有精确的计算和正确的指挥，还要有新式的开山机、通风机和抽水机。前者对詹天佑都不成问题，而后者当时中国全都没有，只靠工人的双手，他们硬是克服了重重困难，终于在1908年9月完成了第二段工程。
　　第三段工程的难度仅次于关沟，首先遇到的是怀来大桥，这是京张路上最长的一座桥，它由七根一百英尺长的钢梁架设而成。由于詹天佑正确地指挥，及时建成。1909年4月2日火车通到下花园。下花园到鸡鸣驿矿区岔道一段虽不长，工程极难。右临羊河，左傍石山，山上要开一条六丈深的通道，山下要垫高七华里长的河床。詹天佑即以山上开道之石来垫山下河床。为防山洪冲击路基，又用水泥砖加以保护，胜利完成了第三段工段。

施工难点

　　居庸关山势高，岩层厚，八达岭地层全是坚硬的花岗岩。开始时进度缓慢，工人们手持钢钎，挥舞大锤，日夜赶工，一个工作面每天掘进0.6至0.9米，效率低。詹天佑便采用直井凿法，从山顶中部打口直井，其中竖井深33米、直径3米，分别向洞的两端开挖，这样成了6个工作面同时开挖，效率大为提高。这个办法的难题在于两端开凿的线路如何对准，不出偏差。詹天佑带领工程技术人员从山谷最狭窄处勘测，然后升至山岭审查隧道洞线方向，先置经纬仪于“地点”，向“天点”取直，反过来测量“人点”，这样使天、地、人三点连成一条直线；再将经纬仪移置到“人点”，测视天、地两点，验证三点是否在一条直线上。测量准确后，在各点竖立标竿，依此标准，以定洞内中橛，然后用水平议测量各橛相差尺寸，依此绘成隧道的剖面工程蓝图。京张铁路最终提前两年完成，节省工程费10万两白银。