1905年，詹天佑被清朝政府委派为官办京张铁路总工程师兼会办局务。

当时的大清朝已经开始走向“末路”，经济、工业等诸多方面的落后，都制约着京张铁路的施工，很多人甚至都不相信中国人能完全独立自主地修建成京张铁路。但詹天佑没有退缩，他坚持着“各出所学，各尽所知，使国家富强起来，不受外侮，自立于地球之上”的信念，迎难而上。

当京张铁路修到了“关沟段”时，詹天佑和他的小伙伴们在经过实地测量之后发现，这里的工程施工难度远超想象——这一带层峦叠嶂、沟壑纵横，最大的坡度达到了33‰。这是一个什么概念呢？

按照咱现在的规定，在地形条件最差的三等线路上，使用牵引力最大的电力机车，区间线路的最大限制坡度不得超过25‰，即使是利用“加力牵引”，也就是两台以上的机车进行整列火车的牵引，也不得超过30‰。

也就是说，在那段地形上修建铁路，是个几乎不可能完成的任务！更何况，詹天佑那会儿，可还没发展出比蒸汽机车牵引力更大的电力机车！

这事儿搁别人头上，估计就得直接向朝廷奏本，这地儿没法修铁路，京张铁路改道儿吧！

可是詹天佑偏不。为了避开这段地形条件最差的路段，詹天佑试图寻找其他相对理想的路径，于是他先后选测了七八条不同的线路来进行比较。

可是话说回来，那会儿的大清朝也是兜儿里穷得叮当响，所以詹天佑要是想改线路或是慢慢修，朝廷给的那点儿银子和紧张的工期都没办法答应。

于是，詹天佑不得不把目光重新落回到关沟段。经过一次又一次的实地勘察和测量，詹天佑终于选中了青龙桥作为折返点。

然后，詹天佑将自己在留学中学到的知识，和青龙桥这地界儿的具体地形结合起来，创造性地设计出了“人字形”线路。北上的列车到了南口之后，会利用两台机车，一台在前边拉，另一台在后边推。这样，列车就能够通过青龙桥向东北前进。等到过了“人字形”线路的岔道口就倒过来，原先推的火车头拉，原先拉的火车头推，就能够使列车折向西北前进。

这样一来，不但成功地解决了关沟段的地形难题，还极大程度地减少了当时修建的八达岭隧道的总长度，使得这一隧道的长度由原来设计的1800米减少到了1091米。而且，这招儿不但使得整个京张铁路的建设工期提早2年完成，还为清朝政府节约了十万两银子的修筑经费。

通过因地制宜的“人字形”设计，詹天佑让务实奋进的精神成为了中国近代工业发展的底气。

詹天佑主持修筑京张铁路，该路自北京至张家口，地形险峻，工程异常艰巨。外国人纷纷议论，认为中国无力完成。他面对着外国人的讥讽，以大无畏气概，率领全体筑路人员，知难而进，齐心为国争光。

詹天用中部凿井法开凿八达岭隧道，用人字形铁路解决青龙坡火车爬坡困难。