1905年，詹天佑被清朝政府委派爲官辦京張鐵路總工程師兼會辦局務。
當時的大清朝已經開始走向“末路”，經濟、工業等諸多方面的落後，都制約着京張鐵路的施工，很多人甚至都不相信中國人能完全獨立自主地修建成京張鐵路。但詹天佑沒有退縮，他堅持着“各出所學，各盡所知，使國家富強起來，不受外侮，自立於地球之上”的信念，迎難而上。
當京張鐵路修到了“關溝段”時，詹天佑和他的小夥伴們在經過實地測量之後發現，這裏的工程施工難度遠超想象——這一帶層巒疊嶂、溝壑縱橫，最大的坡度達到了33‰。這是一個什麼概念呢
按照咱現在的規定，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25‰，即使是利用“加力牽引”，也就是兩臺以上的機車進行整列火車的牽引，也不得超過30‰。
也就是說，在那段地形上修建鐵路，是個幾乎不可能完成的任務！更何況，詹天佑那會兒，可還沒發展出比蒸汽機車牽引力更大的電力機車！
這事兒擱別人頭上，估計就得直接向朝廷奏本，這地兒沒法修鐵路，京張鐵路改道兒吧！
可是詹天佑偏不。爲了避開這段地形條件最差的路段，詹天佑試圖尋找其他相對理想的路徑，於是他先後選測了七八條不同的線路來進行比較。
可是話說回來，那會兒的大清朝也是兜兒裏窮得叮噹響，所以詹天佑要是想改線路或是慢慢修，朝廷給的那點兒銀子和緊張的工期都沒辦法答應。
於是，詹天佑不得不把目光重新落回到關溝段。經過一次又一次的實地勘察和測量，詹天佑終於選中了青龍橋作爲折返點。
然後，詹天佑將自己在留學中學到的知識，和青龍橋這地界兒的具體地形結合起來，創造性地設計出了“人字形”線路。北上的列車到了南口之後，會利用兩臺機車，一臺在前邊拉，另一臺在後邊推。這樣，列車就能夠透過青龍橋向東北前進。等到過了“人字形”線路的岔道口就倒過來，原先推的火車頭拉，原先拉的火車頭推，就能夠使列車折向西北前進。
這樣一來，不但成功地解決了關溝段的地形難題，還極大程度地減少了當時修建的八達嶺隧道的總長度，使得這一隧道的長度由原來設計的1800米減少到了1091米。而且，這招兒不但使得整個京張鐵路的建設工期提早2年完成，還爲清朝政府節約了十萬兩銀子的修築經費。
透過因地制宜的“人字形”設計，詹天佑讓務實奮進的精神成爲了中國近代工業發展的底氣。
詹天佑主持修築京張鐵路，該路自北京至張家口，地形險峻，工程異常艱鉅。外國人紛紛議論，認爲中國無力完成。他面對着外國人的譏諷，以大無畏氣概，率領全體築路人員，知難而進，齊心爲國爭光。
詹天用中部鑿井法開鑿八達嶺隧道，用人字形鐵路解決青龍坡火車爬坡困難。
