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詹天佑從小就聰穎好學。1872年,他作為中國首批官費留學生赴美國留學時,年僅12歲。在耶魯大學讀書期間,他專門攻讀鐵路一科。在畢業考試中,他奪得了第一名。在八年的留學生活中,詹天佑時刻思念著養育他的父母之邦。他非常關注時事,對美國殖民主義者從我國拐走大批華工,讓他們從事奴隸般的苦役極為憤慨。1874年,日本侵犯我國臺灣,更使他受到極大刺激。
1881年,詹天佑懷著報效祖國的一腔熱血回到了闊別多年的祖國。1887年,“中國鐵路公司”在天津成立。第二年,經留美同學鄺孫謀推薦,公司總辦伍廷芳聘詹天佑為工程師。詹天佑夢寐以求的、獻身于中國鐵路事業的愿望終于能實現了。
1892年修筑灤河鐵路橋時,面對湍急的河水,英國、日本、德國的工程技術人員都束手無策,相繼敗下陣來。這時,英籍總工程師金達不得不找詹天佑來試一試。詹天佑認真分析了以往失敗的原因,仔細勘察研究了灤河地質情況后,決定改變橋址。他請來精通水性的人潛入河底,用中國的傳統方法配合機器打柱,順利建成了橋墩。大橋終于建成了,詹天佑在工作中顯露出的卓越才能使他名聲大噪。1894年,英國工程研究會選舉他為正式會員。
1905年5月,清政府決定修筑京張鐵路。它全長雖僅201公里,但必須通過地勢險峻的燕山山脈,其中南口以北的關溝段(居庸關、青龍橋、八達嶺一帶)更是層巒疊嶂,自古就有“天險”之稱,工程難度非常大。一些帝國主義分子根本看不起中國人,他們嘲笑說,“中國會修關溝這段鐵路的工程師還沒有誕生呢!” “中國人想不靠外國人自己修鐵路,就算不是夢想,至少也得五十年。”國內也有些人缺乏民族自尊心和自信心,認為中國自己承辦這條鐵路是“不自量力”。
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