揭秘竖井开凿绝技与人字行线路的创新设计

竖井开凿法与人字形线路示意图

在中国铁路建设史上，京张铁路无疑是一段辉煌的篇章。这条连接北京丰台和河北张家口的铁路，全长200多公里，穿越了燕山山脉的崇山峻岭，跨越了高达一百八十丈的地形起伏，修建过程中克服了无数技术难题。在这条铁路的建设过程中，工程师詹天佑发挥了关键作用，他不仅创造了竖井开凿法，还设计了人字形线路，这两项创新不仅缩短了工期，降低了工程成本，还展示了中国人民的智慧和勇气。

竖井开凿法

竖井开凿法，是詹天佑在京张铁路施工过程中发明的一种隧道掘进方法。该方法的核心思想是通过在山顶打一口竖井，从而增加隧道掘进的工作面，大幅提高施工效率。这一方法的诞生，源于八达岭隧道工程的实际需求。

八达岭隧道是京张铁路的关键工程之一，其长度和难度都相当巨大。詹天佑在施工过程中发现，传统的从两端同时向中间开凿的方法，在面对八达岭这样长且地质条件复杂的隧道时，进度缓慢，且成本高昂。为了加速工程进度，他决定尝试一种新的方法——竖井开凿法。

竖井开凿法的具体步骤是，首先在隧道的山顶位置选择一个合适的点，然后向下开凿一口竖井。竖井的深度和直径需根据隧道的具体情况来确定。在八达岭隧道的施工中，竖井深达33米，直径3米。竖井开凿完成后，施工人员会从竖井底部分别向隧道的两端进行开凿，同时，隧道的两端也在进行掘进施工。这样一来，隧道的掘进工作面就从原来的两个增加到六个，大大提高了施工效率。

然而，竖井开凿法也面临着一些技术难题。其中最关键的，是如何确保从竖井两端开凿的隧道线路能够准确无误地对接在一起。詹天佑和工程技术人员通过精确的测量和定位，成功解决了这一问题。他们首先使用经纬仪进行多点测量，确保天、地、人三点连成一条直线，然后以此为基础，竖立标竿，绘制隧道的剖面工程蓝图。在掘进过程中，施工人员根据蓝图进行作业，确保了隧道的掘进线路准确无误。

竖井开凿法的成功应用，不仅大大提高了八达岭隧道的掘进速度，还降低了工程成本。通过这种方法，京张铁路的工期被大大缩短，为工程的顺利完成提供了有力保障。

人字形线路示意图

人字形线路是詹天佑在京张铁路设计过程中的另一项重要创新。这一设计巧妙地解决了火车在八达岭地区爬坡难的问题，成为京张铁路的一大亮点。

八达岭地区地势险峻，坡度大，传统的直线铁路设计无法满足火车爬坡的需求。为了解决这个问题，詹天佑借鉴了南美洲早期矿山修铁路的经验，决定将铁路设计成“人”字形（也称“之”字形）折返线。这一设计不仅提高了火车的爬坡能力，还大大缩短了八达岭隧道的长度。

人字形线路的具体设计是这样的：火车在北上的过程中，到达南口后，会使用两个火车头，一个在前拉，一个在后推。当火车进入“人”字形线路的顶端时，会通过道岔改变行驶方向，使原先推的火车头变为拉，原先拉的火车头变为推。这样一来，火车就可以在“人”字形线路的两侧交替行驶，利用重力和机械力共同帮助火车爬坡。

为了更加直观地了解人字形线路的工作原理，我们可以参考下面的示意图：

（示意图描述：一条铁路线从右下角向左上角延伸，途中遇到一个高山。为了翻越高山，铁路线被设计成“人”字形。当火车从右下角进入“人”字形线路的底部时，两个火车头一前一后，分别负责拉和推。火车沿着右侧的线路行驶一段距离后，通过道岔改变方向，进入左侧的线路。此时，原先推的火车头变为拉，原先拉的火车头变为推。火车继续在左侧的线路行驶一段距离后，再次通过道岔改变方向，回到右侧的线路。如此反复，火车最终能够翻越高山，继续前行。）

人字形线路的设计不仅解决了火车爬坡难的问题，还大大节省了工程成本。如果采用传统的直线铁路设计，八达岭隧道的长度将会大大增加，不仅施工难度和成本会大幅增加，而且火车的爬坡能力也会受到限制。而人字形线路的设计，则巧妙地利用了地形和机械力的结合，实现了火车的顺利爬坡。

人字形线路的设计不仅体现了詹天佑的智慧和勇气，也展示了中国人民在铁路建设方面的创新能力和实践能力。这一设计不仅在当时具有重大意义，而且对后世的铁路建设也产生了深远的影响。

总结

竖井开凿法和人字形线路是京张铁路建设过程中的两项重要创新。竖井开凿法通过增加隧道掘进的工作面，大大提高了施工效率，缩短了工期；而人字形线路则巧妙地解决了火车爬坡难的问题，节省了工程成本。这两项创新不仅展示了詹天佑的智慧和勇气，也体现了中国人民在铁路建设方面的卓越才能和创新精神。

京张铁路的建设是中国铁路史上的一个重要里程碑。它不仅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，而且其建设过程中涌现出的创新技术和设计理念，对后世的铁路建设产生了深远的影响。竖井开凿法和人字形线路作为京张铁路的两大亮点，将永远铭记在中国铁路建设的历史长河中。