浙江省会杭州到浙江和安徽交界的牛头山，有一条杭牛铁路，全长154公里，是由经过技术改造的长广煤矿铁路支线和杭长线（杭州至长兴）两部分组成的。杭长线于1959年4月开工，中间曾因压缩基本建设规模而修修停停，直到1972年才全线通车。1991年又从长兴向西延伸至宣城，称宣杭线，与皖赣铁路接轨，过芜湖裕溪口长江轮渡再与淮南双线、阜淮线、商阜线相连，构成华东地区的南北第二通道。
浙江省是个少煤缺油、能源不足的省份，而在该省西北长兴与皖南广德交界处则有较丰富的煤炭资源。早在民国时期，浙江省长兴煤矿公司为解决长兴县合溪乡煤炭外运困难，于1919年勘测从矿场各矿点直达长兴五里桥的运煤铁路支线，1920年经批准计划用35磅/码（16公斤/米）轻轨建设轻便铁路24公里，另加站线6公里共30公里。该支线1921年3月动工，1922年6月竣工通车，使煤矿的煤炭得以源源不断运至长兴，再转水路运至浙江各地。该支线建筑费连同机车3台、车辆33辆的资金由煤矿公司以股份有限公司名义筹集。
1958年，浙江省人民政府为尽快争取省内煤炭自给，进一步开发长广煤矿资源，由铁道兵负责对牛头山至长兴的窄轨铁路进行技术改造，于1959年4月全面动工，1960年8月竣工，10月1日正式通车，正线42.3公里全部改为标准轨距。
在改造长广煤矿长牛支线的同时，1958年由铁道部设计部门负责勘测设计南京至杭州间的铁路，最初由设计部门委托上海同济大学担任勘测设计。杭州至湖州段线路，原来打算经德清沿大运河而行，但由于所经地区都是淤泥水网地区，路基不稳定，而且占用桑田较多，后来根据浙江省人民政府提出的意见，改走余杭、武康线路，由设计部门于1959年进行改测。全线按砖级铁路单线标准设计，限制坡度为4‰，最小曲线半径1200米。全线隧道及主要桥梁涵渠由铁道兵担任施工。南段长兴至杭州段由浙江省成立杭长铁路修建指挥部，组织民工1.9万人进行路基土石方施工。1959年开工，至1961年8月因贯彻调整方针全线停建。此时线路土石方工程已完成80%，大桥完成80%，隧道四座除白鹤岭一座未完成外，其余均基本完成。1968年，浙江省成立长湖铁路指挥部，复建长兴至湖州段，于1970年7月1日建成通车。同年9月，经国家批准由国家与地方投资续建湖州至杭州段，并于1972年1月底建成通车。
杭牛铁路于1972年正式开行客货列车。最初由浙江省成立的杭长铁路管理处管理，1973年移交杭州铁路分局管理。这条铁路修建时，由于受资金限制及采取边勘测、边设计、边施工、边使用等原因，线路质量差，客货运设备欠缺，给办理运输带来一定困难。杭州铁路分局接管杭牛铁路后，先后在沿线各站安装了色灯电锁器及继电半自动闭塞设备，长兴、湖州等站还扩建了候车室和货物仓库；对影响行车安全的区段进行改线；对全长1236米的彭公隧道的病害加以整治，使线路面貌焕然一新。杭州铁路分局在改善线路设备的同时，加强运输组织工作，将占分局煤炭运量70%以上的长广煤炭纳入运输方案，按各矿点及卸车站能力，定量送空车，并分别组织到浙赣线、萧甬线通过编组站不改编的管内直达列车，加速运送。在这条铁路上，浙江水泥厂的水泥运量也占分局水泥总运量的50%左右，还有粮食等主要物资的运输，分局都组织按计划优先装车，满足了浙江省基建及支援省外物资部门的需要。
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