京张铁路的人字形线路利用什么原理
原因如下：
京张铁路从南口北上要穿过崇山峻岭，坡度很大，按照国际的一般设计施工方法，铁路每升高1米，就要经过100米的斜坡，这样的坡道长达10多公里。
为了缩短线路、降低费用，詹天佑大胆创新，设计了“人”字形铁路线路，为了安全、平稳，北上的火车到了南口以后，就用两个火车头，一个前面拉，一个在后边推，火车向东北方向前进，
进入了“人”字形铁路线路的岔道口后（青龙桥站），就倒过来，原先推的火车头改成拉，而原先拉的火车头又改成推，使火车向西北前进，这样一来火车上山爬册迟如坡旦首就容易多了。
京张铁路建筑结构：
在技术方面，对关沟段采取了一系列创造性的措施，如：
1、利用青龙桥东沟的天然地形，采用之字形展线（见铁路定州启线技术），并结合用 33.33‰的坡度；
2、用马莱（Mallet）复式机车，该机车较轻便（重仅136吨）、灵活（可以通过很小的曲线半径，见铁路线路平面）；
3、关沟段共有4个隧道，其中八达岭隧道最长，为1091米，开凿该隧道时采用中间竖井法，加速成峒的速度；
4、大量采用混凝土拱桥，就地取材，节省工费。
因此，在较短时间内，用最低的费用，顺利地完成了全线兴建任务。京张铁路是完全由中国人独立自主修建的高质量一级干线铁路，从此打破了外国人垄断修建中国铁路的局面。
参考资料来源：
百度百科-人字形铁路
百度百科-京张铁路
京张铁路与人字形铁路是新旧事物的关系
詹天佑采用了人字形展线，并采绝敬戚用33‰大坡度越岭。该设计成功将八达岭隧道的设计长度从1800米缩短至符合当时施工能力的1090.5米。
建筑结构
张家口在居庸关外，地当京师（北京）西北，自古在军事上和商业上均是中国北疆的重镇。清朝时，排除了英、俄两国的重重阻挠，决定由詹天佑任总工程师，一切建造及管理完全由中国人掌握。
在技术方面，对关沟段采取了一系列创造性的措施，如：
1、 利用青龙桥东沟的天然地形，采用人字形展线（见铁路定线技术）稿仔，并结合用 33.33‰的坡度；
2、 用马莱（Mallet）复式机车，该机车较轻便（重仅136吨）、灵活（可以通过很小的曲线半径，见铁路线路平面）；
3、 关沟段共有4个隧道，其中八达岭隧道最长，为1091米，开凿该隧道时采用中间竖井法，加速成峒的速度；
4、 大量采用混凝土拱桥，就地取材，节省工费。
因此，在较短时间内，用最低的费用，顺利地完成了全线兴建任务。京张铁路是完全由中国人独立自主修建的高质量一级干线铁路，从此打破了外国人垄断修建中国铁路的局面。
在选线、设计方面，詹天佑不是单纯采取提高线路标准，增大工程量的办法，而是着眼于顺从自然,工、机配合的先进的选线设计基本原则（见铁路选线），一方面顺从展线定坡，另一方面借重机车，以补不足，使京张铁路成为在当时情况下经济合理的铁路线。
背景
19世纪末期，中国的铁路修筑权和矿山开采权成为了西方国家的主要攫取对象。1895年，光绪帝下诏称要“力行实政”，其中修铁路被列为首位。此后，英国和俄国争夺中国北方的筑路权，但最终被清政府于1898年回绝。
1899年前后，山海关内外铁路总工程司英国人金达草测了北京到张家口的铁路。这引起了英国和俄国对内蒙古地区的控制权的争夺。俄国向清政府要求建造北京到张家口的铁路，但未被清政府允许。
1899年6月1日，俄国强迫清政府答应北京以北或东北地区修建铁路时，若有来自除中国和俄国的其他国家的公司参与建造，清政府必须先与俄国政府或公司商议相关事宜。
八国联军侵华后，清政府与英国签订《英国交还关内外铁路章程》和《关内外铁路交还以后章程》，将山海关内外80英里以内和丰台至长城向北的铁路修筑方限定于英方和中方。
此后俄国和法国对《关内外铁路交还以后章程》提出交涉，最终确定北京以并陵北的各条支路，和北京至张家口的铁路均只得由中资修建，外资不得介入，修建完成的铁路及其收入不得抵押给外国。
以上内容参考 百度百科-京张铁路
京张铁路到底是人字形还是之字形
为了避开这段地形条件最差的路段，詹天佑试图寻找相对理想的路径，先后选测了七八条不同的比较线。但是，由于经费及工期的限制，最后还是不得不把立足点落回到关沟路段。
被逼出来的“之”字形线路
山峦沟壑难避的问题如何解决？夏季洪水泛滥的问题如何解决？最重要的是，那千分之三十三点三的坡度如何解决？
詹天佑的伟大就表现在此处：他选择了“之”字形线路。
火车不可能顺着陡峭的山坡直着“爬”上去，只能采用延长路程的方法以减缓线路的坡度。以“距离”换取“高度”———实际上铁路也可以“盘山”，那叫“螺旋环山法”。但是使用这种方法有一个前提：必须具备合适的地形。由于关沟路段的自然条件限制，不适合用“螺旋环山法”，只有采用“之”字形线路，这是不得不采用的办法，也是唯一能采用的办法。
在这里有帆伏如两个问题需要特别说明。第一，选择关沟路段是在客观条件限制下所采取的无奈之举，而并非最佳方案。詹天佑曾说过：“选定线路时，只要态启有办法厅历，就不要采用关沟段那样的线路。”
第二，“之”字形线路并非詹天佑的发明。这种筑路形式早就在美国的矿山铁路中使用过了。但是，许多年来，人们一直传说是詹天佑发明了“之”字形线路，实属谬误。詹天佑不需要这样的虚名。他的伟大，不在于是否发明了这种办法，而在于能够大胆采纳并巧妙运用这种办法。
“之”字实际是“人”字一箭双雕巧安排
把这种线路说成是“人”字更准确一些。这是一个横放着的“人”字。列车为了达到上面那条腿的顶端，需要先顺着下面这条腿行进到“人”字的“头部”，然后再掉过头来继续上行。这样，就把一段陡峭的坡道代替了。
但是，这么长的一列火车，在到达“人”字的“头部”以后，如何掉头继续上行？
詹天佑决定采用“双机牵引”，就是使用两台机车，一台在前面拉、一台在后面推———到了“人”字的头部，火车无需掉头，原先在前面的机车变成了车尾、由拉变推；原先在后面的机车现在变成了车头、由推变拉。
京张铁路人字
因为走人字形的机车有两个
一个在前一个在后
当在前面那个机车走到人字上面两撇相交处后变蔽州换昌塌下顺序由刚开始在后面的那列机车作为前方的机车从而拉着车继耐并圆续向前行进
而在转变过程中,开始时作为车头的那列机车就变成了车尾
而车尾就在转变过程中成了车头
这就时著名的人字形铁路行走!