1888年，詹天佑进入天津中国铁路公司，携家生活在工地，从帮工程师做起。开始献身筑路，主事的外国领导常派他到最困难工段。由于强烈的事业心和认真工作，他初入铁路，就优质完成塘津（塘沽至天津）铺轨工程。在津榆铁路滦河大桥修筑中，解决了外国工程司未能解决的桥墩基础施工困难，首次在中国铁路采用压气沉箱法筑墩台基础建桥成功，该桥长630余米，为黄河大桥建成前中国铁路最长钢桥。其胜利建成，中外注目，中国工程师的创造才能，开始引起外国注意。1894年，他被选入英国土木工程师学会，为加入此学会的第一名中国工程师。 1894年中日战争爆发，关外铁路停工，他由关外铁路调往津卢铁路（天津至北京卢沟桥），率队测量并从事修路。1895年中日甲午海战中中国失利，沿海铁路加紧修筑，詹天佑被派往锦州铁路任驻段工程司，并指挥修筑沟帮子至营口支线（约73公里）。1900年营口支线通车后，八国联军入侵北京，关内外铁路被英、俄占领，关外铁路停工，詹天佑被派往江西萍醴铁路。在该路，他反对外国工程师采用窄轨轨距的主张，坚持采用标准轨距。1901年，辛丑和约签订后，关内外铁路由英、俄两国归还中国，詹天佑参加自帝俄手中收回该路，并迅速修复通车，工作出色，引起清政府注意。 1902年，为慈禧至西陵谒陵，清政府决定修筑新易铁路（新城县高碑店至易县梁各庄43公里），由于英、法两国争夺修筑权，相持不下，清政府只好自力修筑，派詹天佑为总工程师。尽管工期紧迫，并在冬季施工，1903年4月即建成通车。该路之迅速建成，为其后自力修筑京张铁路做了准备。这期间，詹天佑返粤奔父丧后，勘测了潮汕铁路（潮州至汕头39公里），归途中路过上海，被聘为上海中国铁路公司工程参议，筹划江苏沪宁铁路并调查道清铁路（道口至清化150公里）。
为国争光
1905年到1909年，为发展商业，清政府决定修筑京张铁路。詹天佑被派主持修路，先任总工程司兼会办，后升任总办兼总工程司。该路自北京至张家口，穿越军都山脉，地形险峻，工程异常艰巨，长约200公里，为通往西北之要道。为争夺修路权，英、俄两国相持不下，清政府决定自力修筑，但缺乏信心。外国人纷纷议论，认为中国无力完成此路修筑工程。詹天佑则以为：“中国地大物博，而于一路之工，必须借重外人，引以为耻！”，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。 修筑之初，工程技术人员缺乏，詹天佑率仅有的两名工程学员，于1905年5月，自丰台经南口、八达岭，勘测至张家口，随即回测，并选测了自延庆州绕过八达岭经德胜口、十三陵到昌平的比较线（对永定河谷路线，也曾考虑，以工程艰巨，限于经费及工期无可能采用，故未勘测）。6月回到天津总局，提出勘测及调查报告，并拟定修筑方案。计划分三大段修筑，第一段（丰台至南口）先行开工，以早日通车运输而获利；第二段（南口至岔道城）及第三段（岔道城至张家口），再详细勘测。特别是第二段中南口至八达岭，地形险峻，更须进一步选测比较线。报告中称，“此路早成一日，公家即早获一日之利益，商旅亦可早享一日之至便利，外人亦可早杜一日之觊觎；而路工之难，亦实为向来所未有。”
一是：两端同时开凿法
因为居庸关山势高岩层厚
2：中部凿进法
因为八达岭隧道较长
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