從北京到張家口的鐵路長200公裏，是聯結華北和西北的交通要道。當時，清朝政府剛提出修築的計劃，壹些帝國主義國家就出來阻撓，他們都要爭奪這條鐵路的修築權，想進壹步控制我國的北部。帝國主義者誰也不肯讓誰，事情爭持了好久得不到解決。他們最後提出壹個條件∶清朝政府如果用本國的工程師來修築鐵路，他們就不再過問。他們以為這樣壹要挾，鐵路就沒法子動工，最後還得求助於他們。帝國主義者完全想錯了，中國那時候已經有了自己的工程師，詹天佑就是他們中間的壹個。
1905年，清政府任命詹天佑為總工程師，修築從北京到張家口的鐵路。消息壹傳出來，全國都轟動了，大家說這壹回咱們可爭了壹口氣。帝國主義者卻認為這是個笑話。有壹家外國報紙輕蔑地說∶“能在南口以北修築鐵路的中國工程師還沒有出世呢。”原來從南口往北過居庸關到八達嶺，壹路都是高山深澗，懸崖峭壁。他們認為這樣艱巨的工程，各國著名的工程師也不敢輕易嘗試，至於中國人，是無論如何也完成不了的。
詹天佑不怕困難，也不怕嘲笑，毅然接受了任務，馬上開始勘測線路。哪裏要開山，哪裏要架橋，哪裏要把陡坡鏟平，哪裏要把彎度改小，都要經過勘測，進行周密計算。詹天佑經常勉勵工作人員說∶“我們的工作首先要精密，不能有壹點兒馬虎。‘大概’，‘差不多’這類說法不該出自工程人員之口”他親自帶著學生和工人，扛著標桿，背著經緯儀，在峭壁上定點，測繪。塞外常常狂風怒號，黃沙滿天，壹不小心還有墜入深谷的危險。不管條件怎樣惡劣，詹天佑始終堅持在野外工作。白天，他攀山越嶺，勘測線路，晚上，他就在油燈下繪圖，計算。為了尋找壹條合適的線路，他常常請教當地的農民。遇到困難，他總是想∶這是中國人自己修築的第壹條鐵路，壹定要把它修好；否則，不但惹外國人譏笑，還會使中國的工程師失掉信心。
鐵路要經過很多高山，不得不開鑿隧道，其中數居庸關和八達嶺兩個隧道的工程最艱巨。居庸關山勢高，巖層厚，詹天佑決定采用從兩端同時向中間鑿進的辦法。山頂的泉水往下滲，隧道裏滿是泥漿。工地上沒有抽水機，詹天佑就帶頭挑著水桶去排水。他常常跟工人們同吃同住，不離開工地。八達嶺隧道長1100多米，有居庸關隧道的三倍長。他跟老工人壹起商量，決定采用中部鑿井法。先從山頂往下打壹口豎井，再分別向兩頭開鑿，兩頭也同時施工，把工期縮短了壹半。
鐵路經過青龍橋附近，坡度特別大。火車怎麽才能爬上這樣的陡坡呢？詹天佑順著山勢，設計了壹種“人”字形線路。北上的列車到了南口就用兩個火車頭，壹個在前邊拉，壹個在後邊推。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，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。這樣壹來，火車上山就容易得多了。
這條鐵路不滿四年就全線竣工了，比原來的計劃提早兩年。這件事給了藐視中國的帝國主義者壹個有力的回擊。今天，我們乘火車去八達嶺，過青龍橋車站，可以看到壹座銅像，那就是詹天佑。許多到中國來遊覽的外賓，看到詹天佑留下的偉大工程，都贊嘆不已。
詹天佑和京張鐵路的故事，是中國所有的學生都熟知的。
不過多數人不知道，在接手京張鐵路工程之前，詹天佑已經為中國的鐵路建設工作了近二十個年頭。其間，他參與了李鴻章計劃修築的天津至通州鐵路（即那條引起激烈爭議的津通鐵路）的測量設計；參與了天津到山海關鐵路的修築；參與修建了至今猶存的灤河大鐵橋。
準確地說，“中國人自建的第壹條鐵路”，不是京張鐵路。1901年，慈禧結束逃亡返回北京，途中第壹次坐火車。火車給她留下良好的印象，她提出，兩年後要坐火車到西陵祭陵。於是清廷緊急籌措修建京漢鐵路高碑店站到梁各莊皇陵的支線。時任關內外鐵路總辦的“留美幼童”梁如浩主持此事，他推薦了詹天佑。詹天佑嶄露頭角，在不易施工的冰天雪地，指揮工程迅速竣工。
這是中國人第壹次獨立修築的鐵路，雖然只有37公裏，而且具有諷刺意味：它是為壹個人祭祖修築的鐵路。
張家口為北京通往內蒙古的要沖，京張鐵路有顯而易見的軍事、經濟和政治價值。修路的消息傳出，在華勢力最大的英國誌在必得，視長城以北為其勢力範圍的沙俄也不相讓，雙方爭持不下，最後達成協議：如果清廷不借外債，不用洋匠，全由中國人獨立修築，雙方可都不伸手。在英、俄看來，落後的中國完全無此能力，他們等待著中國人陷入僵局時向他們求救。
1906年5月3日，詹天佑寫信給在美國讀書時的“家長”諾索布夫人，信中說：
我現為七個孩子的父親———三女四男！我現任“京張鐵路會辦兼總工程師”，本路長約125英裏，將鑿隧道三處，其中最長的為四分之三英裏。本路為第壹條全部由中國工程師負責興建之鐵路，企望吾人能順利完成！
詹天佑勘測了三條路線。第二條繞道過遠不可取。第三條就是今天的豐沙線，因從北京城南向西修築，經過大量墳地，阻礙太多。由於撥款有限，時間緊迫，詹天佑決定采用第壹條路線，即從西直門經沙河、經南口、居庸關、八達嶺、懷來、雞鳴驛、宣化到張家口，全長360華裏。全線的難關在關溝，這壹帶叠巒重嶂，懸崖峭壁，工程之難在當時為全國所沒有，世界所罕見；坡度極大，南口和八達嶺的高度相差近60米。
1906年10月24日，詹天佑在信中說：
親愛的諾索布夫人：
誠然，我很幸運被任命現在的工作。中國已漸覺醒，而且急需鐵路，現在全國各地，都征求中國工程師。中國要用自己的資金，來建築中國自己的鐵路。好像我成為中國最佳的工程師，因此全體中國人和外國人都密切註視著我的工作。如果我失敗，不僅是我個人的不幸，也為全體中國工程師和所有中國人的不幸，因為中國工程師們將來不會再被人們信賴！
在我受命此工作前，記事出任之後，許多外國人公開宣稱中國工程師絕不可能擔當如此艱巨的重任，因為要開山鑿石，並且修建極長的隧道！
但我全力以赴，至今已修成壹段。特附上剪報壹份，使妳知道當年在紐黑文在妳監護下的壹位中國幼童，現在已完成和將來繼續要完成的任務。他早期的教育完全受惠於妳！
……
妳最忠誠的詹天佑
1906年9月30日第壹段工程全部通車，第二段工程同時開始。難關就在這裏。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，只有靠工人的雙手。
這壹段故事是人們所熟知的：詹天佑采用南北兩頭同時向隧道中間點鑿進。但隧道實在太長，後加上在中部開鑿兩個直井，分別可以向相反方向進行開鑿，如此就有六個工作面同時進行。他運用“折反線”原理，修築“之”字形路線降低爬坡度，並利用兩頭拉車交叉行進。在鐵路興建之初，有車廂出軌事件。詹天佑想到壹個辦法：將美國人詹尼發明的自動掛鉤加在每節車廂，使之結合成壹個牢固整體，確保爬坡時的安全。
1906年12月11日，在工程最緊張的日子裏，詹天佑給諾索布的兒子、他少年時的朋友威利的信中寫道：
目前，中國正處於極不安定的情形下，她正在進行代價很高的試驗，也力求革新。但是將來怎樣，是無人可以預蔔。我現在這條鐵路，要求我只許用中國人來修築。如果我有權。就樂於介紹給妳壹個工作，可惜，我現在奉命不得雇用外國員工。
京城近旁修築鐵路，常要付出意想不到的“代價”。鐵路要經過壹個前任道員家的墳地，他是皇室的親戚，在朝野均有勢力。此人率眾鬧事，阻止工程，私下又許以重賄，要求改道。可是北面、南面、西面都是權貴的墓地，要大改道不知要造成多大的浪費。詹天佑忍辱負重，花費許多時間跟權貴周旋，終於讓鐵路從墓墻外通過。但為保持“風水”，答應另修壹條河，派官員拈香設祭，路成後，再立碑紀念。工程人員忿忿不平，但詹天佑表示，只要鐵路能修過去，其他小事都可容忍。
京張鐵路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壹座橋，它由七根30.48米長的鋼梁架設而成。由於詹天佑的正確指揮，大橋順利建成。
京張鐵路原計劃六年完成，在詹天佑的努力下，提前兩年於1909年8月11日全線通車。工程不但沒有超支，還節余白銀二十八萬兩。
詹天佑留給後人的照片，似乎自小到大都不茍言笑。他是個嚴謹的工程師，務實，精細。但是偶然間，也會流露出留學生涯帶給他的情趣。
在通車典禮上，有人問詹天佑，在整個京張鐵路工程中，感到最困難的是哪壹段？
詹天佑答：“是今天我的致辭。”（摘自《留美幼童》，錢鋼、胡勁草著，文匯出版社出版）
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