詹天佑设计的京张铁路“人”字形线路 詹天佑修筑京张铁路

  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。

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