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第一名鐵路工程師。開始負責修築塘沽到天津的鐵路，僅用70多天就完成鋪軌工程。後又參加修築天津至山海關的鐵路，需要在灤河修一座鐵橋，面對英、日、德工程人員建造這座鐵橋的相繼失敗，他毅然挺身承擔造橋任務，最後出色地完成了全部工程。
詹天佑這一生最大貢獻，就是在於他成功地修築了京張鐵路。1905年，他擔任京張(北京‐‐張家口）鐵路總工程師。這條路穿過八達嶺，全長200多公里，工程是如此的艱巨。
但是他不怕困難，也不怕嘲笑；毅然接受了任務，馬上開始勘測線路；哪裡要開山，哪裡要架橋，哪裡要把陡坡剷平；哪裡要把彎度改小，都要經過勘測，進行周密計算。詹天佑經常勉勵工作人員，說：&ldo;我們的工作首先要精密，不能有一點兒馬虎。&l;大概&r;&l;差不多&r;這類說法不應該出自工程人員之口。&rdo;他親自帶著學生和工人，扛著標杆，背著經緯（wěi）儀，在峭壁上定點、測繪。塞外常常狂風怒號，黃沙滿天，一不小心還有墜入深谷的危險。不管條件怎樣惡劣，詹天佑始終堅持在野外工作。白天，他攀山越嶺，勘測線路；晚上，他就在油燈下繪圖、計算。為了尋找一條合適的線路，他常常請教當地的農民。遇到困難，他總是想：這是中國人自己修築的第一條鐵路，一定要把它修好；否則，不但那些外國人要譏笑我們，而且會使中國的工程師失掉信心。
最後他終於選定路線；在北京青龍橋東溝，採用人字形軌道，用兩臺大馬力機車調頭互相推輓的辦法，解決坡度大機車牽引力不足的問題，又與工人一起，採取各種措施，解決隧道工程中滲水、塌方等困難，用兩端鑿進法開鑿居庸關。京張鐵路於1909年竣工，比年，總費用只有外國承包商索價的五分之一。
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