《大国速度》

上期提要:居庸关地势险峻,詹天佑采用了对凿的方法,从两端同时向中间凿进。他将凿炮眼和下炸药的方法亲自教给凿工。詹天佑虽然是总工程师,却没有一点架子,与工人共同干活,挖石头、挑水,一身污泥一脸汗。

他还经常鼓舞大家:这条铁路是我们中国人自己修建的铁路,而且是用自己的钱修建的铁路,我们一定要成功,不让全世界的人耻笑!1908年四月十二日,居庸关隧道凿通。

勘探和施工最难的是在八达岭和青龙桥一带,这一带到处都是陡壁悬岩,无从下手。八达岭隧道最长,单纯地采用对凿的方法是不行的。詹天佑对精确测量的数据进行计算之后,决定这段工程采用分段施工法开凿隧道,就是从山的南端和北端对凿,同时进行,在山的中段开出一口大井,之后在井中分别向南端和北端对凿。

詹天佑要求在隧道的中部开凿竖井,从竖井同时向两个方向开凿,这样整个隧道的两头也同时向隧道里边凿进,使整个隧道分成三段。当时的施工中缺乏运输设备,包括运载工人上下竖井、运送器材和炸药、将土石和积水运出等。由于没有升降机,就使用民间辘轳架替代。将辘轳架安装在井口,人工操作升降。隧道中没有抽风机换气,空气污浊,詹天佑就将扇风机架在井口,使用铁管将新鲜的空气运送到隧道中。詹天佑总是想到工人,尽量为工人们创造好一些的工作环境,工人们都很拥护他,工程进度也加快了。1908年五月十二日,八达岭隧道凿通。

詹天佑采用这种“竖井开凿法”将工期缩短。1908年九月,第二段工程完成。

1906年十月,詹天佑给诺索布夫人的信中写道:

亲爱的诺索布夫人:

我承担修建京张铁路是很幸运的。现在的中国已经逐渐觉醒,急需修建铁路。现在全国各地都在征求中国工程师,中国要自主修建属于中国的铁路,用自己的资金,由中国人设计、建造。好像我是中国最佳的工程师一样,所有的中国人和外国人对我的工作高度关注。如果这次修建铁路的任务失败了,不仅是我个人的不幸,也是所有中国人的不幸,是全体中国工程师的不幸,将意味着中国工程师们不再被信赖!

在我接受这项任务之前,以及承担这项任务之后,很多的外国人都已经宣称中国工程师没有能力承担这么艰巨的任务,因为修建这条铁路的过程中,还要开山凿石,还要修建非常长的隧道。

我全力以赴,到目前为止已经修建一段。随信附上一份剪报,使您知道当年纽黑文(在美国康涅狄格州)的一位中国幼童在您的监护下成长起来,现在正在承担一项重要的任务,并竭力完成。这名幼童的早期教育完全受惠于您!

“人”字形轨道

京张铁路路段中,南口到八达岭之间的路段是最陡峭的。火车的最高爬坡率一般是千分之二十五,特殊路段可达千分之三十,但这一路段的坡度已经达到了千分之三十三。

按照国际上普遍使用的设计方法,铁路每提高一米,就需要经过一百米长度的斜坡,将铁路的线路延长。但为了压缩资金,就要将铁路的线路缩短,按照詹天佑设计的线路,铁路每提高一米,只需要修建三十三米的斜坡。地面坡度大了,火车怎样才能爬上山呢?这成为詹天佑整天冥思苦想的问题。

为了保证火车安全地爬上八达岭,詹天佑创造性地运用“折返线”原理,在青龙桥地段设计了横过来的“人”字形线路(“之”字形线路),通过延长水平距离换取垂直的高度。在“人”字的“顶端”是青龙桥车站,京张铁路上的列车都要到青龙桥车站,车尾变成车头,调转火车运行的方向继续前行。这种“人”字形轨道的设计,使得铁路线路的坡度降低到百分之二十八,火车的爬坡问题得到解决,而且隧道的长度也从原来的一千八百米缩短到一千零九十一米,工程进度因此加快,工程缩短了两年,而且还节省了十万两银子。

那么,如此长的列车,到达“人”字的“头部”——青龙桥车站的时候,是如何“车尾变成车头”的呢?詹天佑采用“双机牵引”,就是一列火车使用两台机车,头部一台机车,尾部一台机车。在火车上坡的时候,头部的机车向前拉,尾部的机车在后面推动,火车先顺着“人”字一捺行驶到“头部”,这里就是青龙桥车站,也就是到达了“人”字一撇的尾端,火车不需要掉头,而是车头变成车尾,由拉动变成推动；火车顺原路退回,由于铁路的道岔已经扳开,这次是沿着“人”字的一撇上行。虽然铁路运行的路线延长了,却可以顺利穿过八达岭隧道。

火车使用两台机车还可以加大牵引力。如果车辆的载重量很小,使用一台机车也可以实现掉头折返,但是火车的车厢多,载重量大,使用一台机车带动很多的车厢上坡是不够的,使用两台机车可以保证运输的安全。詹天佑不仅创造性地使用了双机牵引,还着力于从国外购进大马力机车,由此,京张铁路的运输动力问题得到了解决。

青龙桥这段铁路修成之后,看起来像个剪子的形状,当地人就将这段铁路所在地称为“剪子岭”。

事实上,詹天佑采用“之”字轨道的设计也是无奈之举。京张铁路修建到八达岭靠近青龙桥段,面对燕山山脉军都山的陡山大沟,要穿越过去,就需要在二十二千米线路区段内采用这种轨道设计,火车行驶的过程中用折返方法攀斜,非常省力。

从詹天佑选择的三条铁路路线来看,热河线的施工难度是比较低的。北经平原到达延庆,这里的中部是河谷平川,两山夹一川,构成了“矿’形盆地,所以,这里又被称为“怀来盆地”,高差大约为六百米。这里是历代设防抵御游牧民族之地。关沟地带的山脉,最狭窄之处仅二十公里。古人都会选择这里作为通道。但是,如果修建铁路,不仅坡度大,而且运输能力不够。丰沙线是相对理想的路线,永定河通道的平均坡度比较低,铁路运输能力也会非常强,但是,山区地带峭壁林立,必然行程很长,而且还需要修建很多的隧道。即便技术允许,由于资金有限,这条线路也不能用。最终只能选择走关沟线。

詹天佑所遇到的难题是山的坡度和隧道的问题。当时对于欧美国家而言,从技术上解决这两个问题并不是大事,但是清政府资金短缺,就要考虑到节省资金。一千八百米的隧道需要消耗大量的人、财、物,而要缩短隧道,就要提高海拔,地面自然会坡度变陡,且会超过铁路允许的最大纵坡,而且铁路线的铺设受到地形的限制,为了让铁路线路达到预定的里程,就要顺应地形铺设展线,使线路沿山坡盘旋而上。铺设展线的目的就是通过延长线路的方式减缓纵坡,便于火车爬坡。

“展线”是迂回上升的铁路线,包括多种类型,诸如“人”字形、灯泡形、S形、马蹄形等。詹天佑使用的就是“人”字形展线。

很明显,用展线的方式设计线路,必然会大大地增加里程,但是处于技术落后的年代,不仅受到牵引条件的限制,且缺乏建设长隧道的能力,就要利用地形条件铺设展线,缩短隧道的长度。

下期看点:京张铁路终于在1909年十月二日全线通车。原定六年时间完成,詹天佑比计划的时间缩短两年完工,资金方面比原来预算节省了二十九万两。资金总额只占外国承包商索取价银的百分之二十,真是花钱少、质量好、完工快,让国人振奋。

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