1907年起,由土木工程师詹天佑亲自规划督造。隧道从长城之下穿越燕山山脉八达岭,进口端隧道外线路坡度为32.3468511‰,隧道内线路最大坡度为21.57‰。隧道穿过的岩层主要是较坚硬的片麻岩,另外还有部分角闪岩、页岩和砂岩等,风化呈破碎和泥质状态。
为增加工作面,在隧道中部开凿了一座深约25.587m的竖井,井上建有通风楼,供行车时排烟和通风用。隧道衬砌的拱圈采用预制混凝土砖砌筑,边墙用混凝土就地灌注,隧道底部用厚99.87mm的石灰三合土铺筑而制成。隧道全长1091.2米。这座隧道曾经数次遭受过战争破坏。1968年曾对它进行过大修改造,至今保存完好。
八达岭隧道采用了“竖井开凿法”,有两条队伍同时从两端凿进,一条队伍从山的中间凿下去,凿到一定位置后,再分成两个小队分别向两端凿去,凿出的竖井便形成了一个天然的通风口。
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