段海龍

(內(nèi)蒙古師范大學(xué) 科學(xué)技術(shù)史研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022)

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京張鐵路隧道修建技術(shù)探析*

段海龍

(內(nèi)蒙古師范大學(xué) 科學(xué)技術(shù)史研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022)

京張鐵路是我國第一條完全由中國人自己設(shè)計(jì)并施工完成的干線鐵路，以工程艱巨、建設(shè)質(zhì)量好、建設(shè)投資少、修建時(shí)間短享譽(yù)中外鐵路工程界.隧道的測定與開鑿是京張鐵路工程中最為艱難的工程.京張鐵路共開鑿4條隧道，采用傳統(tǒng)的開鑿辦法，并加以創(chuàng)新與嘗試，如期保質(zhì)保量地完成了任務(wù).文章通過解讀文獻(xiàn)史料，從定線、開挖、加固及材料的使用等方面，探究了京張鐵路工程中開鑿隧道的技術(shù)細(xì)節(jié).

京張鐵路;隧道;鐵路史

眾所周知，京張鐵路是我國第一條完全由中國人自己設(shè)計(jì)并施工建造的干線鐵路，其工程難度之大，為當(dāng)時(shí)國內(nèi)外工程師所共知，對(duì)工程的處理也為業(yè)界同行所折服，尤其是在南口至岔道城之間隧道設(shè)計(jì)與人工穿鑿，最為艱巨也最為世人稱道.在當(dāng)時(shí)既不借助外國工程師的幫助，也不采用當(dāng)時(shí)的先進(jìn)器械，完全靠人工開鑿，在預(yù)期內(nèi)完成，實(shí)屬一項(xiàng)偉大的工程.對(duì)于該段鐵路中隧道的開鑿，相關(guān)史料已有初步整理[1]，但詳細(xì)的開鑿過程鮮有過系統(tǒng)的論述.本文擬以史料為主要參考，對(duì)京張鐵路工程中隧道開鑿過程以及其中技術(shù)細(xì)節(jié)做一探析.

1 京張鐵路隧道的修建條件與困難

京張鐵路始建于1905年(清光緒三十一年)，在英俄兩國的角逐對(duì)弈中，清政府獲得了首次“自主”修建干線鐵路的權(quán)利.在袁世凱的舉薦下，詹天佑被委以重任，擔(dān)任京張鐵路的總工程師.

自主修建，實(shí)則技術(shù)封鎖.按照協(xié)議，京張鐵路建筑經(jīng)費(fèi)須由國內(nèi)自籌，不得借貸外資，所有工程技術(shù)人員都只能雇用華人.其實(shí)，英俄兩國妥協(xié)的重要原因之一，即認(rèn)為當(dāng)時(shí)的中國沒有足夠的工程技術(shù)人員來修建工程難度非同一般的京張鐵路.英國鐵路工程師金達(dá)(C.W.Kinder)，當(dāng)時(shí)已經(jīng)在中國主持修建了多條鐵路，他通過對(duì)京張鐵路路線進(jìn)行實(shí)測，認(rèn)為京張路線難度很大，尤其是跨越八達(dá)嶺一段.金達(dá)認(rèn)為，“中國人不能承擔(dān)開挖隧道的工程，因?yàn)橹袊巳狈嚎s空氣機(jī)械設(shè)備以控制地下水，因而必須采用外國包工.”[2]85-87因此國內(nèi)外都有人揚(yáng)言“修建京張鐵路的中國工程師還沒出生”是有根據(jù)的.

資金和工期決定了京張鐵路路線的選擇.從北京到張家口，大致有南線、中線、北線三條路線可選.1905年5月，詹天佑帶領(lǐng)徐文泂、張鴻浩二人開始實(shí)地勘測京張路線[3]3.詹天佑等工程師經(jīng)過多次測勘，放棄了“豐沙線”(豐臺(tái)——沙城)(新中國成立后新建的京張鐵路的一段)，原因是該線路程遠(yuǎn)、需要開鑿的隧道太多，不符合當(dāng)時(shí)工程期限和資金投入.經(jīng)過反復(fù)勘測，在有限的經(jīng)費(fèi)、時(shí)間條件下，詹天佑還是選擇了南口、岔道城一線.其中南口到岔道城一段要穿過崇山峻嶺，需要開鑿隧道，工程難度最大，勘測過程最難也最為煩瑣.詹天佑對(duì)勘測該段路線的情況記錄為“仰視則迢遰百尋，下臨則崢嶸千仞.使用儀器，幾無立足之地”[3]34.

為降低坡度，增設(shè)居庸關(guān)隧道.根據(jù)初測情況，京張鐵路全線需要開鑿三個(gè)隧道[2]191-194，都處于南口至岔道城之間，即五桂頭(也作“五貴頭”)、石佛寺和八達(dá)嶺3處.這是1906年時(shí)測定的情況.但在1907年前后，在具體施工過程中發(fā)現(xiàn)，鐵路途徑的居庸關(guān)處天然坡度為二十八九分之一，超出了當(dāng)時(shí)火車行車坡度的極限，之后“線經(jīng)數(shù)易，繞行該處東溝，添鑿山洞，線可繞長六百余尺，則坡度可勉作三十分之一.為山勢所限，路線不能再行繞長，即坡度不能再行作好.”詹天佑1907年2月16日給鄺孫謀的信中提及，“在居庸關(guān)對(duì)面增加了一座山洞，長約一千二百英尺.”[2]214這樣，京張鐵路的四個(gè)隧道都在南口至岔道城之間，由北京方向出發(fā)依次為居庸關(guān)、五桂頭、石佛寺、八達(dá)嶺隧道.其中五桂頭、石佛寺、八達(dá)嶺3處皆是計(jì)劃中的必經(jīng)之處，居庸關(guān)隧道則是為降低坡度增加長度而設(shè).

工期所限，通過選線縮短隧道長度.四個(gè)隧道中，八達(dá)嶺隧道最長，如果按照路線直線穿鑿，長度為一千八百多米，詹天佑估測人工開鑿需要3年時(shí)間，使用先進(jìn)機(jī)器也需要一年時(shí)間，這顯然是當(dāng)時(shí)條件不允許的.因此，經(jīng)過陳西林等人的多次勘測，詹天佑決定繞行八達(dá)嶺東溝兩百多米，到達(dá)青龍橋，再折出，這樣山洞長度就會(huì)縮短一半.這就是青龍橋處“之”字形路線的由來(參見圖1).

圖1 京張鐵路路線圖

Fig.1 A Route Map of Beijing-Zhangjiakou Railway

注：自《詹公天佑生平志》414頁。

除技術(shù)性難題，人為因素在特定的歷史環(huán)境中也會(huì)影響技術(shù)的選擇，實(shí)際上增加了工程難度.京張鐵路路線的選擇，是工程師們反復(fù)實(shí)地勘測幾經(jīng)比對(duì)后決定的.單從技術(shù)角度講，該條路線的選擇與一些具體的處理方案不是最佳的，詹天佑本人在之后的記錄中也有表述.在1910年5月6日給顏德慶的信中詹天佑說，“我也認(rèn)為，采用螺形環(huán)山線(Loop)比采用之字線更為優(yōu)越，無論何時(shí)何地，只要有可能時(shí)，均系如此”[2]281-283.之所以做出如此方案，是受當(dāng)時(shí)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)所限.也有這樣的說法：詹天佑向慶親王呈上南口段的設(shè)計(jì)時(shí)，提出兩種方案，一為易于爬越南口的環(huán)形道，一為直接順行的直爬道.慶親王答復(fù)，對(duì)于坡度他一無所知，只知道政府要求修建一條京師直達(dá)張家口的鐵路，而不能轉(zhuǎn)彎.[4]

隧道的設(shè)置受限于路線的選擇，隧道開鑿工程的難易決定了整條路線的建設(shè)進(jìn)度.北京至張家口之間，重巒疊嶂，任何路線的選擇都不可避免要穿鑿隧道，詹天佑選定的路線是隧道長度較短的.盡管如此，由于地理位置與地質(zhì)條件的原因，隧道的開鑿在京張鐵路修建中仍然是最為艱難的.再加上當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件，隧道成為了京張鐵路工程中世人最為關(guān)注的重點(diǎn).

2 隧道開鑿技術(shù)的實(shí)施

由于列強(qiáng)將修建鐵路作為經(jīng)濟(jì)、軍事入侵中國的重要方式，因此在京張鐵路之前一直把持著中國鐵路的修建權(quán)與經(jīng)營管理權(quán)，中國工程師尚無獨(dú)立主持整條干線鐵路的建設(shè)與管理的經(jīng)歷.以詹天佑為例，1881年由美國耶魯大學(xué)學(xué)成歸國后，被派往水師學(xué)堂學(xué)習(xí)、執(zhí)教，1888年才投身于鐵路建設(shè)事業(yè).1888至1905的18年間，詹天佑曾在多條鐵路工作，但只是主持過分段鐵路的修建.在工程技術(shù)方面，中國鐵路工程技術(shù)人員相對(duì)缺乏開鑿隧道的技術(shù)，尤其缺少使用先進(jìn)機(jī)械的經(jīng)驗(yàn).連詹天佑本人也“在這方面缺少經(jīng)驗(yàn)，只是在關(guān)外鐵路修過錦州以后，曾開挖山嶺山洞，鑿進(jìn)400英尺長，略有些經(jīng)驗(yàn)，但由于中日戰(zhàn)爭的影響，未能竟工”.[2]187在開鑿京張鐵路隧道的過程中，詹天佑拒絕日本人參與開鑿隧道的“善意”，又為節(jié)省機(jī)器成本不愿高額購進(jìn)先進(jìn)機(jī)械[3]7.因此京張鐵路隧道的開鑿，既無國外先進(jìn)技術(shù)的支持，又無先進(jìn)機(jī)械的可用，更無經(jīng)驗(yàn)可談，而面對(duì)的施工對(duì)象是外國工程師都認(rèn)為異常艱難的工程.但就是在這樣的條件下，京張路人在詹天佑等工程師的帶領(lǐng)下，借助簡單的工具、使用傳統(tǒng)的方式，通過大膽的嘗試和技術(shù)引進(jìn)，保質(zhì)如期地完成了隧道的開鑿工程.

2.1 定線方法

隧道路線的確定，首先要將其置于整條路線當(dāng)中，盡量取直以減少隧道及路線長度，這樣既節(jié)約了施工時(shí)間與費(fèi)用，又降低了車輛運(yùn)行成本.就隧道本身而言，要選擇在山嶺的最狹窄處，盡量縮短開鑿長度.因此，開鑿隧道首先要確定隧道的兩端開口處，既要先勘測定線.但在實(shí)際操作中，各隧道的定線又要因勢而變.

在京張鐵路的4個(gè)隧道中，居庸關(guān)隧道的選線，最為煩瑣.在居庸關(guān)對(duì)面，為了減小路線坡度，需要延長路線，地勢條件決定通過開鑿隧道才能解決.如果按照既定路線直接水平開鑿，途經(jīng)路線不僅會(huì)涉及大量民宅，而且需要培高地基.為了解決這些問題，詹天佑決定在進(jìn)入隧道之前，鐵路線先繞行一段，并通過一座斜橋，使路線提高18米到達(dá)山腰，這樣不僅縮短了隧道長度，還緩減了路線坡度(圖2).

因此，居庸關(guān)隧道不是水平開鑿的，而是有一定坡度的(圖3).

確定隧道兩端的洞口(如圖4所示)，首先要勘察到山嶺最狹窄一處，之后登上山頂(圖中“地”點(diǎn))，先確定隧道的方向，由“地”點(diǎn)沿隧道開通方向向一方尋找“人”點(diǎn)；同理向另一側(cè)方向?qū)ふ摇疤臁秉c(diǎn)，使“天”、“地”、“人”三點(diǎn)一線，即為隧道開通方向.這條線上與山嶺兩端相交處“丙”“丁”兩點(diǎn)就是隧道的兩端.這是豎直方向定線.水平方向，由于居庸關(guān)隧道不是水平的，因此需要確定各處高度差，繪制成圖.以上過程都需要借助“經(jīng)緯儀”來完成.經(jīng)緯儀是工程勘測中常用的測量儀器，由英國機(jī)械師西森(Sisson)約于1730年首先研制.它根據(jù)測角原理設(shè)計(jì)，用來測量水平角和豎直角，并依此確定水平和豎直坐標(biāo).

注：圖2中箭頭方向?yàn)椤氨薄?，粗線為居庸關(guān)隧道，自繪.

圖3 居庸關(guān)隧道路線剖面圖

注：黑色部分是山洞部分.

圖4 開鑿居庸關(guān)隧道的定線示意圖

2.2 豎井開鑿法的使用

為了加快開鑿隧道的進(jìn)程，一般選擇兩端同時(shí)開鑿.如果隧道太長，則在山嶺低谷處另開豎井，以增加開鑿工作面.在京張鐵路四個(gè)隧道中，只有八達(dá)嶺隧道采取了豎井開鑿(圖5).居庸關(guān)隧道因?yàn)樯巾斁嚯x隧道太高，兩相比較并不適宜，因此并未采用豎井開鑿法.

圖5 豎井開鑿法示意圖

八達(dá)嶺隧道是京張全路工程最為艱巨的一段.1906年4月，有日本人雨宮敬次郎建議袁世凱用機(jī)器鑿洞，又有英國工程師金達(dá)建議用外國人包辦，但都被詹天佑拒絕.該隧道難度一是長度問題，二是經(jīng)過地段石質(zhì)異常堅(jiān)硬.中國技術(shù)人員既缺乏經(jīng)驗(yàn)，又無先進(jìn)機(jī)械，在有限的時(shí)間內(nèi)完成，異常艱難.

鑒于八達(dá)嶺隧道長度問題，詹天佑決定采用豎井法，即在中間開鑿兩個(gè)豎井[13]19-21，造成6個(gè)工作面，這樣就大大加速了工程進(jìn)度.豎井開鑿也存在一個(gè)技術(shù)問題，就是要找準(zhǔn)井口位置，豎直方向上要使開鑿的豎井與要開通的隧道垂直相交，水平方向上井底必須要與隧道地面相平，這樣才能高效完成任務(wù).

解決豎直平面的問題，采用的是傳統(tǒng)的方法.于隧道中部山谷較低處，在隧道方向上找一點(diǎn)，這并不難.技術(shù)的關(guān)鍵是要確定井內(nèi)隧道的方向，即確定隧道中線.八達(dá)嶺隧道采取了如下方法：如圖6所示，在井口處與隧道垂直方向橫置兩平行橫梁，相距一定距離(八達(dá)嶺大井直徑約為2.7米)，使用經(jīng)緯儀，找到兩橫梁上與隧道中線所在豎直平面相交的兩點(diǎn)，在這兩點(diǎn)上各釘一鐵釘.然后由小釘處下垂一條細(xì)鋼絲，在鋼絲的下端系一重錘，使鋼絲呈豎直狀態(tài).隧道中線就在這兩條豎直鋼絲構(gòu)成的平面上.同時(shí)，為了使兩條豎直鋼絲在施工過程中穩(wěn)定而不晃動(dòng)，要將鐵錘置于水桶中.中線的水平位置，可以通過經(jīng)緯儀測出.該過程中比較巧妙的是鋼絲的利用，使井外的中線移至井內(nèi).

在八達(dá)嶺隧道中開的大井井口直徑約3米，深達(dá)25.6米，一晝夜可挖井9米多.

圖6 井內(nèi)確定隧道中線示意圖

在開通豎井過程中，到達(dá)一定深度后，需要在井口架設(shè)轆轤，既可以送出井內(nèi)土石或泥水，也可以送進(jìn)開鑿所需工具，也便于工人上下.另外還需要注意的是，由于井深，中部空氣不足，工人在井內(nèi)開挖隧道時(shí)容易缺氧.為此，要在井口處安置扇風(fēng)機(jī)連接洞內(nèi)鐵管，加速井內(nèi)空氣流通.隧道完工后，井口處可以修建通風(fēng)樓.通風(fēng)樓既可以遮蔽雨水，又可以起到通風(fēng)作用.圖7為八達(dá)嶺隧道的通風(fēng)樓.

圖7 八達(dá)嶺山洞通風(fēng)樓

注：攝于詹天佑紀(jì)念館圖片.

2.3 隧道的開鑿與加固技術(shù)

穿鑿山洞的難度首先在于測定中線，即要使開鑿走向與既定路線重合.由于山勢起伏、間隔山嶺，定測難度較大.另外在洞內(nèi)作業(yè)也要難于洞外作業(yè).但京張鐵路的隧道在工程師的精密的測量下，隧道的走向和水平高下非常吻合.

施工工人進(jìn)入隧道內(nèi)，關(guān)鍵還是要掌握隧道的中線，即隧道的走向.先根據(jù)洞外中線的標(biāo)桿，向內(nèi)開挖，進(jìn)入一段距離后，由經(jīng)緯儀測出洞內(nèi)中線的位置，設(shè)置標(biāo)桿.而進(jìn)入洞中之后的方向就要靠燈光的光線來確定.詹天佑在《京張鐵路工程紀(jì)略》中記載[3]110：

“先依洞口所定之中橛，向內(nèi)攻鑿.俟已進(jìn)若干尺后，復(fù)移經(jīng)緯儀于中橛之上，循天人各點(diǎn)之方向，于洞內(nèi)再定一中點(diǎn)，以長六尺余之白漆桿為標(biāo)識(shí)，用孔明燈之光線反射以顯之.洞內(nèi)中點(diǎn)須精密測定，庶可逐漸循進(jìn)而無偏差之患.”

山洞截面的開鑿順序各國不盡相同，英美等國先鑿上半部分，奧地利等先開鑿下部的中間部分.在具體的開鑿過程中要視土質(zhì)如何而定.

八達(dá)嶺隧道，大多是石質(zhì)堅(jiān)硬的花崗巖石，這使得炸藥安放也成了問題.為此，工人們首先要在巖石上鑿出小坑，用來放置炸藥.京張鐵路隧道開鑿全靠人工使用簡單器具，行進(jìn)十分緩慢.詹天佑在《京張鐵路工程紀(jì)略》有如下詳細(xì)記載[3]115-116：

“鑿洞工程每端用小工六十名為一班，置監(jiān)工一人.以四十名為鑿工，余二十名為連運(yùn)土石者.鑿工以兩人為一排，一人持鋼釘，一人持鐵錘，輪流施鑿.每四小時(shí)能鑿孔一寸二分深約二尺余.孔既鑿成，乃由工頭裝納炸藥.……每班八小時(shí)能轟二次，每一晝夜可開洞二尺至三尺不等.”

由此可見，施工進(jìn)展非常緩慢.鑿一個(gè)洞石，需要兩個(gè)人配合、輪流執(zhí)錘，四小時(shí)才能鑿一個(gè)孔徑3厘米、深約六十厘米的洞，然后才能裝置炸藥.施工過程實(shí)為艱難.

炮眼的方位、大小、深淺、用藥的多少皆需要經(jīng)驗(yàn)掌握.鑿炮眼首先要觀察石頭的紋理，炮眼要從石層斜面鑿入，而不能選擇紋理處，否則炸藥藥力銳減.如果石紋雜亂，即在錯(cuò)雜處開鑿炮眼.一塊巨石往往需開鑿多個(gè)炮眼，根據(jù)石質(zhì)確定炮眼排列順序.

在炸藥的使用上，詹天佑摸索創(chuàng)新，首次在開挖山洞中使用拉克洛(Rackarock)炸藥.該種炸藥使用前分為藥粉和藥汁兩部分，藥粉每袋約150克，藥汁每桶重15千克.使用時(shí)先將藥粉浸入藥汁中，幾分鐘浸透即可.炸藥導(dǎo)火線為細(xì)線狀，線中間是一根易燃線，線外包一層絕緣油紙.使用時(shí)將浸透的藥粉放入鑿好的巖石洞內(nèi)，將導(dǎo)火線一端插入炸藥中，一端印出洞外，然后用黃土泥團(tuán)木棒等塞緊將洞眼封死.爆破時(shí)點(diǎn)燃導(dǎo)火線即可.拉克洛炸藥是當(dāng)時(shí)礦山上常用的炸藥，它爆炸力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，既能達(dá)到爆破效果，又能更大程度地保證施工安全.

炸藥放置的量根據(jù)石洞的大小深淺和石質(zhì)堅(jiān)硬程度而定，一般的石洞放置一包(約150克)即可.導(dǎo)火線的長度要以節(jié)省為主，要長于洞深，既能在點(diǎn)燃后及時(shí)爆炸，更要保證點(diǎn)炮人的安全.詹天佑在1906年3月27日致臨城煤礦總工程師鄺榮光的信中道[2]187：

“為了安全緣故，我們正在使用拉克洛(Rackarock)炸藥.我們這里的工人都愿意使用它，這種炸藥爆破時(shí)無危險(xiǎn)，但其爆破力和硝酸甘油炸藥相同.”

隧道內(nèi)巖石情況并不能準(zhǔn)確判定，遇到堅(jiān)硬巖石，需要使用炸藥轟炸.遇到松軟土質(zhì)，進(jìn)展較快，但土質(zhì)過于疏松，就容易塌方，必須采取加固措施.在居庸關(guān)隧道中間一百六十多米的地方，就遇到土質(zhì)松軟，時(shí)值雨天，不能使用炸藥，只能用方木支撐，小鋼軌交錯(cuò)其間，才可以行進(jìn)，亦避免事故發(fā)生.

在八達(dá)嶺山洞開鑿過程中，有一些地方土質(zhì)非常松軟.只能先在山洞上部分開鑿一小洞，用枕木架起以免坍塌.之后慢慢向兩邊開挖，直到達(dá)到洞頂尺寸的要求，再筑環(huán)拱，這樣就不會(huì)有坍塌危險(xiǎn)，如圖8.先用橫木架在洞內(nèi)作為椽柱，再用橫木作環(huán)拱狀支撐.環(huán)拱兩端均用厚木板隔開，以免沙石散墜.環(huán)拱筑好后，再開挖一邊，之后修筑地基和邊墻，并和環(huán)拱相連接；一邊做好，再開挖另一邊，然后同樣建筑地基和邊墻.兩邊都建完畢，再修理水溝.這樣就會(huì)避免由于土質(zhì)松軟導(dǎo)致的坍塌事故.

圖8 開鑿隧道支架示意圖

2.4 隧道的后期處理技術(shù)

隧道開挖完畢，需要做必要的修整.首先是對(duì)邊墻、環(huán)拱及排水道部位做加固等處理.

修筑邊墻首先要修筑邊墻地基，京張鐵路的隧道中，地基一般厚30 cm，支好模型后，灌注一三六水泥混凝土(即水泥、沙、碎石比例1∶3∶6，下同)，混凝土凝固后撤模即成.邊墻墻體由片石砌成，以一四洋灰漿膠砌，這樣省料而且結(jié)實(shí).墻體厚60 cm，高約290 cm.

墻體之上是拱形洞頂.環(huán)拱為半圓形，居庸關(guān)隧道的拱形內(nèi)徑約為2.3 m，由水泥磚砌成，磚之間的縫隙寬約0.6 cm，用一二水泥漿黏合.使用的水泥磚共有五種型號(hào)，都是用一三六水泥混凝土做成.制作環(huán)拱，要使用楦臺(tái)做模支撐.楦臺(tái)用堅(jiān)實(shí)木材做成，尺寸依據(jù)拱形需要.“拱形半徑為七尺半者，楦臺(tái)一般做長八尺高七尺六寸”.砌環(huán)拱時(shí)，要將楦臺(tái)置于可以靈活移動(dòng)的四輪架子上，參見圖9.四輪架略低于邊墻上端，且可在鋼軌上來回運(yùn)動(dòng).楦臺(tái)在架上用小木塊墊高，與環(huán)拱弧線相齊，然后以楦臺(tái)為標(biāo)準(zhǔn)砌磚，有空隙則用碎石填充，大的空隙用一五水泥漿填充.拱形每砌成一段，則推架前行.隧道外門的拱形制作程序與洞內(nèi)相同，也是先用厚木板做模用木柱支撐洞門口，用一三六水泥混凝土灌入模內(nèi)，凝固后去模.

水溝做法簡單，一般用一四八水泥混凝土，如果山中滲水太多，則用一三六水泥混凝土.

不僅要修整隧道內(nèi)部，隧道的門面也需要裝飾(圖10).八達(dá)嶺、石佛寺兩處隧道的洞門外部都用石料裝飾，門上有橫額，題有隧道名稱.居庸關(guān)隧道和五桂頭隧道因當(dāng)時(shí)附近難找石料，所以就用一三六水泥混凝土處理.

圖9 隧道內(nèi)加固作業(yè)示意圖

圖10 隧道門面

除加固隧道內(nèi)邊墻、拱頂和水溝，“避險(xiǎn)洞”的設(shè)置也非常有必要(圖11).在工人維護(hù)鐵道時(shí)有火車通過，就需要避入避險(xiǎn)洞內(nèi).一般相間1000 m左右設(shè)一避險(xiǎn)洞，如果道路彎曲，則600 m或750 m設(shè)置一個(gè)，避險(xiǎn)洞一般高2.1 m寬1.8 m深2.1 m.居庸關(guān)隧道共有4處，八達(dá)嶺隧道內(nèi)相隔300 m設(shè)置一個(gè).

圖11 避險(xiǎn)洞示意圖

京張鐵路中的4個(gè)隧道就是經(jīng)過以上的程序完成的.其中，居庸關(guān)隧道長367米、五桂頭隧道長46米、石佛寺隧道長141米、八達(dá)嶺隧道長1091米，4個(gè)隧道共長1645米.在四個(gè)隧道開鑿，在時(shí)間上采用了統(tǒng)籌安排.(時(shí)間：石佛寺、五桂頭兩隧道與八達(dá)嶺隧道同時(shí)開工，前兩處隧道于1906年秋竣工，八達(dá)嶺隧道于1908年5月22日完工.居庸關(guān)隧道開工晚于其他隧道，但也于1908年4月14日開通.)在計(jì)劃的時(shí)間內(nèi)，完成了工程，那些隧道一直使用，沒有出現(xiàn)過質(zhì)量問題.在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，能夠達(dá)到如此效果令人稱奇.尤其是八達(dá)嶺隧道的開通，打破了外國工程師的“宣言”.在這一過程中，在詹天佑等工程師的帶領(lǐng)下，堅(jiān)持不懈，克服困難，還做了嘗試和創(chuàng)新，取得了最后的成功.

3 結(jié)語

由于被迫承諾中國人自建和資金自籌，既不能使用具有開鑿隧道經(jīng)驗(yàn)的外國工程師，也無足夠的資金購買國外先進(jìn)機(jī)械，再加之工期所限，都大大增加了工程建設(shè)的難度.京張鐵路工程人員在詹天佑等工程師的領(lǐng)導(dǎo)下，克服了技術(shù)和機(jī)械困難的條件，采用傳統(tǒng)的人工開鑿法，日以繼夜，換班工作.采用豎井法增加工作面，推進(jìn)工程進(jìn)度.人工開鑿炮眼，采用爆破力強(qiáng)、性能安全的拉克洛炸藥進(jìn)行爆破，順利完成了四個(gè)隧道的開鑿工作.

在建設(shè)過程中，在詹天佑總工程師的帶領(lǐng)下，在袁世凱等朝廷要員的支持下，京張路人上下一心，將時(shí)有的工程技術(shù)、管理方法發(fā)揮到極致，充分反映了中國人的聰明才智，也反映了國人自辦鐵路的強(qiáng)烈要求與民族自立的自覺性.

在隧道開鑿過程中，既使用傳統(tǒng)的技術(shù)，也不乏嘗試與技術(shù)革新.八達(dá)嶺隧道的開鑿就是修建整條京張鐵路的縮影，展示了中國工程建設(shè)隊(duì)伍所具有的品質(zhì)與工程精神.中國鐵路工程建筑隊(duì)伍在資金缺乏、工期緊張、技術(shù)相對(duì)落后、工具相對(duì)簡陋的條件下，按時(shí)保質(zhì)完成了艱巨的京張鐵路建設(shè)工程，是艱難的，也是偉大的.京張鐵路的建設(shè)是中國鐵路建設(shè)史上的一座里程碑，其意義已經(jīng)超越了工程技術(shù)之外.京張鐵路的偉大意義就在于在日薄西山的晚清，中國人自己第一次修建了一條高質(zhì)量的干線鐵路，從鐵路工程技術(shù)方面粉碎了帝國主義列強(qiáng)的控制中國路權(quán)的美夢(mèng)，開創(chuàng)了中國自辦鐵路的新時(shí)代.

然而不可否認(rèn)的是，在技術(shù)引進(jìn)方面，限于列強(qiáng)苛刻的條件，在這次自主修建鐵路的過程中，雖然部分技術(shù)(如軌道鋪設(shè))實(shí)現(xiàn)了本土化，但很多更先進(jìn)的技術(shù)及機(jī)械沒能及時(shí)引進(jìn)，即生產(chǎn)力及裝備制造技術(shù)提升等等貢獻(xiàn)不大，對(duì)為之后更大程度的鐵路自主建設(shè)沒有做更好的鋪墊.

整體上，從技術(shù)實(shí)施與引進(jìn)的角度講，京張鐵路很大程度上實(shí)現(xiàn)了本土化，美中不足的是沒能更大程度的引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和機(jī)械設(shè)備.這對(duì)當(dāng)今工程建設(shè)也有著重要的啟示作用.

[1]詹同濟(jì).詹公天佑生平志[C].詹天佑紀(jì)念館文獻(xiàn)，2011.

[2]詹天佑科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金會(huì)，詹天佑紀(jì)念館.詹天佑文集:紀(jì)念詹天佑誕辰145周年[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

[3]詹天佑.京張鐵路工程紀(jì)略[M].中國臺(tái)北：中華工程師學(xué)會(huì)，1915.

[4]李喜所.留美幼童小傳/中國留學(xué)史論稿[M].北京：中華書局，2007:167-185.

[責(zé)任編輯 黃祖賓]

[責(zé)任校對(duì) 黃招揚(yáng)]

A Study on the Construction Process of Tunnel of Beijing-Zhangjiakou Railway Duan Hailong

DUAN Hai-long

(InstitutefortheHistoryofScienceandTechnology,InnerMongoliaNormalUniversity,Hohhot010022,China)

Beijing-Zhangjiakou railway is the first trunk railway entirely designed and constructed by the Chinese themselves,it renowned Chinese and foreign railway engineering field due to its difficult project,good build quality,low investment and short construction time.The measurement and tunnel was the most difficult part in the construction of Beijing-Zhangjiakou railway.There are four tunnels in total,combined with tradition and innovation attempts,the Chinese completed the task on schedule and fulfill quality and quantity requirements.Here,we explore the technical details in cutting the tunnel of Beijing-Zhangjiakou railway,through the interpretation of historical literature,from the aspects of alignment,excavation,reinforcement and the use of materials.

Beijing-Zhangjiakou railway;tunnel;history of railway

2016-05-07.

國家社科基金項(xiàng)目(13XZS015).

段海龍(1975-)，山西靈丘人，內(nèi)蒙古師范大學(xué)科學(xué)技術(shù)史研究院講師.

U25

A

1673-8462(2016)03-0024-07