1872年，容闳在香港主持选拔幼童工作，詹天佑赶到香港参加考试。容闳见詹天佑聪明敏捷，回答问题井然有序，当时立即予以录取。同年四月，詹天佑跟随容闳离开香港，先到上海幼童出洋肄业局所办的预备学校学习。在上海经过大约四个月的学习，做好出国的必要准备。同年8月21日，在驻洋委员陈兰彬的率领下，启程前往美国。这次和詹天佑同去的共有三十名幼童，是中国第一批官费留美学生。

1878年，詹天佑以全优的成绩，从美国纽海文中学毕业，他的学习成绩名列全校第二名。同年，在大学入学考试中，被美国耶鲁大学土木工程系录取。当时土木工程系分为房屋、道路、铁道、隧道、桥梁、河港和市政等专门科目，詹天佑则专攻铁路。

1881年5月，以「码头起重机的研究」获得大学毕业。当初，按容闳的计划，幼童出洋留学分四批，共一百二十人，期限15年。但就在詹天佑从耶鲁大学毕业的第一年，清政府借故中止这项计划的实施，决定撤回官费留学生。同年秋天，詹天佑等人返回中国。

主要建设：

1、铁桥工程：

1892年，铁路修至滦河，必须架桥。詹天佑吸取英、日、德工程师失败的教训，又亲自倾听参加过施工的技术人员的意见，并考察滦河的地质土壤情况，取得第一手资料。詹天佑经过反复比较英、日、德三国工程师的设计方案和打桩方法后，决定采用新的压气沉箱法修筑桥墩。终于，战胜滦河的急流和泥沙，建成滦河铁桥。詹天佑在1894年获选为英国土木工程师学会会员，开始在国际上享有声誉。

2、新易铁路：

詹天佑担任新易铁路的总工程师，此条铁路全长四十二多公里，要在四个月内完成，从测线、筑路、铺轨到通车，按经验是不可能完成的。加上动工的时候，正值隆冬季节，完成任务确实不容易。詹天佑带领全体工作人员，设法完成，克服困难。1903年4月，新易铁路按质按时完成通车。由于此条铁路是中国人自己设计建筑，鼓舞中国人用自己的人力、物力、财力建设铁路的勇气和信心，慈禧太后以道台官衔赏赐给詹天佑。

3、京张铁路：

詹天佑从事修建铁路的历程中，最艰巨且最著名的是京张铁路。他组成一支工程技术队，由北洋武备学堂附设铁路工程班学员、山海关路学堂毕业生、关内外铁路熟练工人组成，并加以严格培训，后来投入铁路建设工程的重要职务。由于居庸关、八达岭两处关键工程的正确设计和突破，1909年7月4日，京张铁路铺轨至张家口，9月19日竣工，9月24日全线通车，原定6年才能完成的任务，在不到四年的时间就提前完成，创造中外筑路史上的一大成就。

4、其它：

詹天佑从事中国铁路建设，除主持京张铁路外，还先后参加关内外津卢、西陵支线、洛潼、沪宁、道清、萍醴、津浦、潮汕、张绥、粤汉、川汉、中东等铁路的筹建工作。

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