鐵路簡介
人字形鐵路是一種常見的、基礎的和簡單的鐵路折返線，也是原始的鐵路岔道模式。火車比汽車長很多，即使是一節機車的長度都與兩三輛汽車的相當。如果只通過環形路線解決車頭的導向問題，工作效率就會很低，而且無法讓火車在完全不同的鐵路線之間變軌。人字形道岔的出現，輕鬆實現了列車變軌，亦加快了列車換向，讓不同的鐵路線能相互交匯融為一體組成路網。 人字形岔道和三個不同方向的軌道路線共同形成人字形鐵路。
人字形鐵路人字形鐵路運用歷史悠久、套用場所廣泛，是簡單經濟又高效實用的鐵路線岔道段種類。人字形鐵路經過普及和發展，又衍生出之字形和X型等鐵路線交匯模式，讓火車在不同鐵路線之間能快速變軌。清末中國工程師詹天佑巧妙利用人字形鐵路克服了因周邊高落差地勢環境而導致火車難以安全爬坡的困難。
京張鐵路
鐵路京張鐵路自北京豐臺起、至河北張家口，1905年9月4日開工。1909年8月11日建成。這是完全由中國人自己主持設計、自己施工修建的第一條幹線鐵路。當時的清政府委派 詹天佑為京張鐵路局總工程師。京張鐵路工程最為人所熟知的是青龍橋車站的 人字形鐵路。
人字形鐵路京張鐵路從南口北上要穿過崇山峻岭，坡度很大，按照國際的一般設計施工方法，鐵路每升高1米，就要經過100米的斜坡，這樣的坡道長達10多公里。為了縮短線路、降低費用，詹天佑大膽創新，設計了“人”字形鐵路線路，為了安全、平穩，北上的火車到了南口以後，就用兩個火車頭，一個前面拉，一個在後邊推，火車向東北方向前進，進入了“人”字形鐵路線路的岔道口後（青龍橋站），就倒過來，原先推的火車頭改成拉，而原先拉的火車頭又改成推，使火車向西北前進，這樣一來火車上山爬坡就容易多了。在20世紀初時的如此大膽的設計，在中國鐵路建築史上，是一個不小創舉。
現在，人字形鐵路附近的青龍橋車站已經成為北京市的文物保護單位和紀念詹天佑先生的所在地。
詹天佑所發明的人字形鐵路已經成為一件舉世矚目的偉大工程。
修築歷史
清朝光緒末年，由於關內外鐵路竣工後收益可觀，引起了諸多商人的興趣，紛紛向朝廷請求投資修築京張鐵路。英、俄兩國原先對京張鐵路均有染指之意，卻因爭執無果，最終不得不同意中國自行修建。最後朝廷採納了鐵路督辦大臣袁世凱的建議，決定使用關內外鐵路的餘利官辦築路。北京至張家口，相距近二百公里，軍都山橫亘其間。山勢險峻、地形複雜，即使是外國專家也認為築路極其困難，更沒有人相信中國人能夠僅靠自己的力量完成這項工程。說到京張鐵路的時，就不可避免地和“中國鐵路之父”——詹天佑聯繫在一起。1905年2月，京張鐵路總局成立，鐵路工程專家詹天佑擔任總局的“會辦”兼總工程司，主持京張鐵路築路工程。
關溝路段地形最為險惡反覆斟酌難以避開
自南口至八達嶺的十幾公里路程，屬關溝路段。這一帶層巒疊嶂、溝壑縱橫。詹天佑率領勘測人員翻山越嶺、風餐露宿進行實地勘測，發現工程施工的難度遠超出想像。
“三十尺高一尺”，用鐵路部門的專業語言說，就是千分之三十三點三的坡度。這是修築京張鐵路的最大難點。按照1999年重新修訂頒布的《中華人民共和國鐵路技術管理規程》規定，在地形條件最差的三等線路上，使用牽引力最大的電力機車，區間線路的最大限制坡度不得超過千分之二十五，即使是“加力牽引”，也不得超過千分之三十。而詹天佑所要設計的京張鐵路，是在此技術管理規程下達的90多年前，那時就是蒸汽機車也剛在國內出現不久，其牽引力與現代機車不能相比。
為了避開這段地形條件最差的路段，詹天佑試圖尋找相對理想的路徑，先後選測了七八條不同的比較線。但是，由於經費及工期的限制，最後還是不得不把立足點落回到關溝路段。
被逼出來的“之”字形線路
山巒溝壑難避的問題如何解決？夏季洪水泛濫的問題如何解決？最重要的是，那千分之三十三點三的坡度如何解決？詹天佑選擇了“之”字形線路。
火車無法順著陡峭的山坡直著“爬”上去，只能採用延長路程的方法以減緩線路的坡度。以“距離”換取“高度”———實際上鐵路也可以“盤山”，就是“螺鏇環山法”。但是使用這種方法有一個前提：必須具備合適的地形。由於關溝路段的自然條件限制，不適合用“螺鏇環山法”，只有採用“之”字形線路。
有兩個問題需要特別說明。
第一，選擇關溝路段是在客觀條件限制下所採取的無奈之舉，而並非最佳方案。詹天佑勘測了三條路線，第二條繞道過遠為不可取。第三條就是今天的豐沙線。由於清廷撥款有限，時間緊迫，詹天佑決定採用第一條路線，即從豐臺北上西直門、沙河、經南口、居庸關、八達嶺、懷來、雞鳴驛、宣化到張家口，詹天佑曾說過：“選定線路時，只要有辦法，就不要採用關溝段那樣的線路。”
第二，“之”字形線路並非詹天佑的發明。這種築路形式早在美國的礦山鐵路中使用過了。但是，許多年來，人們一直傳說是詹天佑發明了“之”字形線路，實屬謬誤。詹天佑不在於是否發明了這種辦法，而在於能夠大膽採納並巧妙運用這種辦法。把這種線路說成是“人”字更準確一些。這是一個橫放著的“人”字。列車為了達到上面那條“撇”的頂端，需要先順著下面這條“捺”行進到“人”字的“頭部”，然後再掉過頭來繼續上行。
詹天佑決定引進國外大馬力機車，採用“雙機牽引”，就是使用兩台機車，一台在前面拉、一台在後面推———到了“人”字的頭部，火車無需掉頭，原先在前面的機車變成了車尾、由拉變推；原先在後面的機車現在變成了車頭、由推變拉。其實，使用兩台機車的主要目的是為了加大牽引力，如果僅僅是為了解決掉頭折返的問題，在載重量小的時候，僅用一台機車也可以辦到。但是在火車的載重量大時，一台機車就不夠用了。使用雙機牽引解決了京張鐵路的運輸動力問題。
在紙面設計“人”字形線路好辦，但是，在連綿的軍都山間、在預先設定的關溝路段，哪裡去找這樣一處完全符合要求的理想之地呢？詹天佑通過反覆勘察測量、不斷修訂設計方案，才發現並選中了青龍橋為折返地點。青龍橋天然地形恰好適合於修築這樣一個供列車折返的場地，青龍橋在整條線路中的位置也剛好合適。這一決策，使八達嶺隧道的長度減少了一半，大大縮短了工期、還節約了資金。
