詹天佑修筑京张铁路的历史背景：
前期：
1902年，袁世凯奏请修建一条专供皇室祭祖之用的新易铁路（高碑店至易县） 。以便让皇族们能够坐火车去祭祖 。那拉氏自然高兴，为了不误1903年祭祖之用，命袁世凯于六个月内完工 。
袁世凯命詹天佑为总工程师 。尽管此路价值不大，却是中国人自修铁路之始，因此詹天佑仍是非常重视 。詹天佑彻底抛弃了当时外国人必须在路基修成之后风干一年才可铺轨的常规，仅用四个月的时间以极省的费用建成新易铁路 。大大鼓舞了中国人自建铁路的信心，为后来京张铁路的修筑打下良好基础 。
开建：
张家口为北京通往内蒙古的要冲，南北旅商来往之孔道，向来为兵家所必争，因此京张铁路就有着重要的经济价值和政治价值 。当清廷要修京张路的消息传出后，在华势力最大的英国志在必得，视长城以北为其势力范围的沙俄誓不相让，双方争持不下，最后达成协议：如果清廷不借外债，不用洋匠，全由中国人自修此路，双方可都不伸手 。这样，清政府就打消了求救于洋人的念头而一心自修了 。
1905年5月，京张铁路总局和工程局成立，以陈昭常为总办，詹天佑为会办兼总工程师，1906年詹天佑又升为总办兼总工程师 。
詹天佑清楚的知道这一任务的艰巨性，他首先必须顶住来自各方面的冷嘲热讽：有人说他是“自不量力”、“不过花几个钱罢了”，甚至说他是“胆大妄为” 。他给他的美国老师诺索朴夫人的信中就这样说：“如果京张工程失败的话，不但是我的不幸，中国工程师的不幸，同时带给中国很大损失 。在我接受这一任务前后，许多外国人露骨地宣称中国工程师不能担当京张线的石方和山洞的艰巨工程，但是我坚持我的工程” 。这充分体现了中国知识分子的爱国心和民族责任心 。
之字形轨道的原理：
之字形轨道是詹天佑在京张铁路修建过程中的一个创举 。由于京张铁路某些地方山高路陡，地质环境复杂，如果直接穿越，受坡度和机车功率的限制无法实施 。
这时詹天佑大胆的提出并实行之字形轨道的方案 。它是利用延长上坡的路程，从而减小了牵引力的原理 。换句话说，根据物理学原理，如果要将一个物体提升相同的高度，坡度越长，所需要的拉力就越小 。
詹天佑就是利用了这一点，通过之字形路线，适当的加长了火车上坡的路程（铁轨的长度），但却减轻了车头的牵引力 。这样一来，看似难以攀登的山峰，火车也可以“扶摇直上”了~~
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