Предпринятая в 1898 году министром путей сообщения князем Хилковым поездка в Закаспийскую область и Туркестан по Средне-Азиатской железной дороге, а затем на лошадях от Ташкента до Семипалатинска, подтвердили необходимость соединения Сибирской дороги рельсовым путем со Средне-Азиатской железной дорогой. Наиболее выгодным направлением проектируемой соединительной линии, по мнению Хилкова в его докладе от 15 июля 1898 года, признавалось «Алтайское направление» от Ташкента на города Верный, Семипалатинск, Барнаул к Томской ветви Сибирской магистрали, или же от города Семипалатинск на Бийск, Кузнецк до Мариинска.

Проектируемая Алтайская железная дорога, соединяя Туркестан с центром Сибири, по мнению Хилкова, вызвала бы «подъем экономических сил» по всей пересекаемой ей площади и открыло бы новые рынки для обмена товаров. Далее он писал, что обладая огромными пространствами, пригодными для скотоводства, Семиречье и Семипалатинская область, обеспеченные с проведением дороги в сбыте продуктов этой отрасли хозяйства, были бы в состоянии во много раз увеличить производство. Давая при пространстве около 5,5 квадратных километров, занятых под земледелие, значительный избыток хлеба, не находящего себе сбыта из-за отсутствия дорог, и имея более 16,3 кв. км свободных земель, пригодных для земледелия, Семиречье было бы в состоянии увеличить в несколько раз свое хлебное производство. Вместе с Семипалатинской областью Семиречье стало бы естественной житницей соседнего с ним Туркестана, и, обеспечив его дешевым хлебом и мясом, дало бы ему возможность усилить производство хлопка и вина, и развивать его обрабатывающую промышленность. Одновременно и Алтай дал бы мощный толчок развитию горной промышленности в его богатейших угольных районах, тем более, что и сама железная дорога стала бы одним из крупнейших его потребителей. Для самого Туркестана дорога Ташкент-Сибирь, через Семиречье, Семипалатинскую область и Алтай, имело бы чрезвычайное значение, так как она лучше других направлений смогла бы удовлетворить его требованиям и нуждам. Все виноградные вина Туркестана, сушеные фрукты и т.п. нашли бы себе рынки на всем протяжений от Семиречья до Восточной Сибири, а дешевые бумажные фабрикаты, вырабатываемые на его заводах, не только расходовались бы в Семиреченской, Семипалатинской областях и в Сибири, но и конкурировали бы с английскими товарами на рынках Китая.

С технической стороны топографические свойства местности, по мнению Хилкова, также являлись благоприятными для сооружения железнодорожного пути. В пределах Семипалатинской области и Алтая дорога шла большей частью по ровной местности. Что же касается более гористого Семиречья, то при проложении дороги по степной части области, минуя Копал, железнодорожной линии приходилось пересечь несколько незначительных возвышенностей, не представляющих серьезных технических затруднений. Он также говорил о прекрасных климатических условиях, при которых придется производить работы, добавляя, что постройка железной дороги будет обеспечена рабочими руками вследствие большого количества поселков русских переселенцев, из которых многие находились на самой дороге, и благодаря местным казахам, «уже привыкшим к земляным работам». По всем этим основаниям, изложенным в докладе, министр путей сообщения Хилков считал постройку Алтайской железной дороги более целесообразным, нежели проект соединения Ташкента железной дорогой с Оренбургом.

Таких же доводов придерживался командированный в 1898 году для изучения этого вопроса главный инспектор железных дорог инженер путей сообщения А.Н. Горчаков. Он в своем докладе Хилкову писал о необходимости сооружения сети из 8 железнодорожных линий для установления связи между Средней Азией с одной стороны и Россией и Сибирью с другой. В числе этих 8 линий Горчаков ставил на первое место Ташкент-Оренбургскую и Туркестано-Сибирскую железные дороги. Другие 6 линий, на которые указывалось в докладе Горчакова, были следующими: от Чарджуя (Туркменабат) на Александров-Гай, от Семипалатинска до Тургая, от Тургая до одного из портов Каспийского моря, от Красноводска (Туркменбаши) до Хивы, от Бухары до Келифа и от Аулие-Ата (Тараз) до Петропавловска на Сибирской магистрали.

О необходимости соединения Средне-Азиатской железной дороги с хлебородными районами Сибири также неоднократно подчеркивали генерал-губернаторы Туркестана и Степного края, представлявшими императору ходатайства о проведении железной дороги от Ташкента к Чимкенту и Верному. В частности, еще в 1898 году Верненская Городская Дума возбуждала ходатайство через генерал-губернатора Степного края о соединении Семиреченской области рельсовым путем с сетью железных дорог России. 

О значении Туркестано-Сибирской железной дороги говорили ходатайства частных предпринимателей. Так, в 1899 году за подписью барона П.М. Сердобина поступило заявление о желании образовать акционерное общество «Общество южно-сибирских железных дорог» для постройки и эксплуатации линии от Ташкента до Оренбурга и от Чимкента до Сибирской магистрали. В 1900 году другой барон Рокасовский при содействии русских и иностранных капиталистов (на сумму 300 миллионов рублей) планировал спроектировать сооружение линии от Верного до Сибирской магистрали, наряду с двумя линиями - от Уральска на Илецк-Атбасар-Акмолинск и Семипалатинск и от Тургая до Магнитной горы на Урале. В 1900 году в Министерство путей сообщения поступило новое прошение инженера Л.И. Юговича по железной дороге от одной из станций Сибирской железной дороги на Барнаул, Семипалатинск, Верный до Ташкента. Однако все приведенные соображения о сооружении рельсового пути от Средне-Азиатской железной дороги до сибирских торгово-промышленных земледельческих районов и с Сибирской магистралью не имели успеха. Во многом из-за необходимости по стратегическим причинам сооружения Оренбург-Ташкентской железной дороги.

С началом сооружения в 1900 году Оренбург-Ташкентской линии, протяженностью 1 880 км, разрешение вопроса о постройке Алтайской железной дороги было отложено бывшим министром финансов С.Ю. Витте до предстоящего осуществления сооружения. Когда же постройка Оренбург-Ташкентской линии уже близилось к окончанию и в 1905 году планировалось ее открытие для эксплуатационного движения, наступала очередь осуществления грандиозного сооружения, которое должно было связать Туркестан сплошным рельсовым путем с Сибирской магистралью. 

Проекты направлений рельсовых путей для соединения Туркестана с Сибирской железной дорогой

В главных чертах были спроектированы следующие направления рельсовых путей для соединения Туркестана с Сибирской железной дорогой: 

1) Ташкент, Чимкент, Аулие-Ата, южная часть песков Мойынкум, к северной оконечности гор Кандыктау, по долине реки Капа к Илийскому поселку, а отсюда к восточному берегу озера Балхаш, Сергиополь, Семипалатинск, Барнаул, с двумя вариантами на соединение с Сибирской железной дорогой:

а) к станции Поломошной, так называемое Томское направление (2 560 км);

б) к станции Мариинск, через Салаир и Кольчугино (2 640 км);

2) Ташкент, Чимкент, Аулие-Ата, Сергиополь, Семипалатинск, Бийск, Кузнецк, Мариинск (2 840 км).

Оба этих проекта были предложениями министра путей сообщения Хилкова.

3) Ташкент, Чимкент, Аулие-Ата, Пишпек, по Токмакской долине, Верный, Илийский поселок, Сергиополь, Семипалатинск, Барнаул, Поломошная, согласно проекту инженера Л.И. Юговича (2 660 км).

4) Ташкент, Чимкент, Аулие-Ата, западный берег озера Балхаша, Каркаралинск, Омск (2050 вер.). Ташкент, Чимкент, Аулие-Ата, восточный берег озера Балхаша, Сергиополь, Семипалатинск, Омск (2 820 вер.), согласно проекту С.Ю. Витте.

Проект министра путей сообщения М.И. Хилкова о сооружении Алтайской железной дороги.

Из направлений, проектируемых М.И. Хилковым, преимущество отдавалось первому, как проходящему от Семипалатинска на Барнаул (естественный центр богатого Алтая), и как наиболее легкому в строительном отношении при пересечении отрогов Алтая на пути от Барнаула до соединения с одним из пунктов Сибирской магистрали. Второе направление, более южное, оставляет в стороне Барнаул, проходит от Семипалатинска на Бийск, Кузнецк и далее к Мариинску, на протяжении 400 км горными скалистыми местностями Алтая. Это направление, кроме удлинения общей магистрали приблизительно на 160 км, представляло наибольшие технические строительные трудности, не имея особых экономических выгод.

Из вариантов первого направления наибольшие преимущества для экономики Алтая имел путь к станции Поломошной, пересекающий от Барнаула богатейшие в минеральном отношении склоны Салаирского кряжа и Кузнецкого Алатау, и захватывающий часть обширного Кузнецкого каменноугольного бассейна.

Исходный пункт, проектируемой Алтайской железной дороги - г. Ташкент с севера и востока окаймлен хребтом Казы-Курт, отрогами гор Алаnау, представляющими значительные трудности в проложении через них рельсового пути. Наиболее легкий подход к городу - с северо-западной стороны, т.е. в местности прохождения Оренбург-Ташкентской железной дороги.

Избрав более доступное направление, Оренбург-Ташкентская линия от станции Ташкент направлялась на северо-запад по окрестностям города, на протяжении 32 км занятых садами, виноградниками, огородами, хлопковыми и клеверными полями и т.д. Вся эта местность обильно орошалась арыками, которые приходилось постоянно пропускать через линию железной дороги различными искусственными сооружениями. О необходимости подобных сооружениях можно было судить по тому, что на протяжении первых 21 км здесь было 113 мостов, труб, сифонов, виадуков, акведуков и виакведуков.

Первой от Ташкента была небольшая станция Келес (18 км). От этой станции линия после пересечения реки Келес небольшим мостом расставалась с заселенным культурным районом и вступала в холмистую пустынную степь. От расположенной здесь станции Джилги (56 км) линия начинала крутой подъем на высокий перевал Сарыагаш, лежавший в трех км за станцией и в 81 км от Ташкента. Перевал этот лежал на высоте 576 метров над уровнем моря.

За Сарыагашским перевалом линия начинала быстрый и непрерывный спуск к долине реки Арысь (230 м. над уровнем моря). Этим спуском было занято около 75 км, на протяжении которых располагались станции Чинак (93 км), Узум-Сай (110 км). Кабул-Сай (133 км), Арысь на 155 км от Ташкента. Станция Арысь располагалась в долине реки Арысь, притока Сыр-Дарьи, и была спланирована так, чтобы впоследствии можно было сделать ее начальной станцией железной дороги в город Верный.

Благодаря уже произведенным работам участок Оренбург-Ташкентской линии, от Ташкента до станции Арысь, мог одновременно служить и проектируемой Алтайской дороге, так как не было нужды расходовать средства на строительство рельсового пути для первых 155 км от Ташкента к Верному. Это было особенно важно ввиду того, что этот участок представлял значительные технические трудности сооружения и высокую стоимость.

От станции Арыси проектируемая Алтайская железная дорога принимала северо-восточное направление к городу Чимкент, расположенному на реке Бадам, притоке Арыси, в 53 км от Оренбург-Ташкентской линии. Далее путь шел в город Аулие-Ата (Сыр-Дарьинская область) на реке Талас, откуда из-за сокращения расстояния и облегчения постройки  линия была спроектирована в обход горных отрогов Александровского хребта через южную часть песков Мойынкум, прямо к северной оконечности гор Кандыктау, несколько севернее Курдайской станции на главном почтовом тракте Ташкент-Верный. Спускаясь затем по долине реки Капа между горами Кандыктау и Кульджа-Баши линия шла на Илийский поселок у пересечения реки Или почтовой дорогой Верный-Семипалатинск (900 км от Ташкента). Поверхность и естественные условия прохождения здесь пути были весьма разнообразны. Площадь Чимкентского уезда была покрыта отрогами хребта Каратау, перемежавшимися с горными лугами и степями, благоприятными для жизни кочевников. Площади уездов Аулие-Атинского и Пишпекского и частью Верненского пересекались отрогами Таласского Алатау и Александровского хребта, составлявшими часть Тянь-Шанской горной системы. В своих северных частях площади всех уездов, по которым проектировался путь, были покрыты пологими склонами хребтов и песчаными равнинами, что было благоприятным условием к поиску удобных мест для проведения рельсового пути.

Это направление оставляло далеко в стороне города Пишпек и Верный, до 85 км и до 106 км соответственно. После пересечения южного притока озера Балхаш реку Или, русло которого достигало здесь 200 м ширины и являлось судоходным от озера Балхаш до Кульджи, проектируемый путь уклонялся к северу от почтового тракта для обхода горных возвышенностей Семиреченского Алатау, окружавших город Копал (свыше 1 км над уровнем моря).

В обход Копальской цепи гор с трудными перевалами путь был спроектирован от Илийского поселка на селение Гавриловку, а затем к местности между почтовым трактом и юго-восточным берегом озера Балхаша с выходом к Арганатинскому пикету. От Арганатинского пикета вплоть до Сергиополя и далее до реки Иртыш у Семипалатинска (1 860 км от Ташкента) проектируемый путь проходил близ почтового тракта, сначала по степной равнинной местности, а от Сергиополя (Аягоз), расположенного в седловине между хребтами Тарбагатаем и Чингизтау, по всхолмленной местности отрогами Колбенского хребта. Для пересечения судоходного Иртыша, русло которого здесь расширялось до 550 м, предложено было соорудить большой мост, размер которого стал бы наиболее крупным на всем протяжении пути.

От Семипалатинска, областного города Семипалатинской области, расположенного на правом возвышенном берегу реки Иртыш, путь проходил по Бельагашской и Кулундинской степям на протяжении почти 430 км. Подойдя к Барнаулу (Томская губерния), административному центру обширного Алтайского округа, расположенному на левом берегу судоходной реки Обь проектируемый путь пересекал Обь большим мостом и затем направлялся в северном направлении к станции Поломошной на соединение с Сибирской железной дорогой. Вся местность по направлению к станции Поломошной, на протяжении 370 км была густонаселенным предгорьем Алтая без особенных трудностей для производства строительных железнодорожных работ.

При выборе направления от Барнаула на Мариинск, расположенный на Сибирской магистрали, проектируемый путь проходил через рудные месторождения Алтая и Кузнецкую каменноугольную котловину, небольшими мостами пересекая возвышенные водоразделы рек Чумыш, Ини, Томь, Золотой Китат, Алчедат и Кия, а также многие русла этих рек. По общему характеру волнообразной возвышенной местности, пересекаемая проектируемым путем в северо-восточном направлении северная зона отрогов системы Алтая, перерезанная массой рек и горных стоков, представляла различные технические трудности для проведения рельсового сооружения, что, вместе с удлинением пути на 80 км, значительно увеличивало стоимость сооружения, не оправдываемую экономическими выгодами эксплуатации.

Проект инженера Л.И. Юговича.

Проект инженера Л.И. Юговича отличался от проекта М.И. Хилкова в том, что он охватывал самые населенные местности в пределах Туркестана и Семиречья, невзирая на удлинение пути и на многие затруднения в техническом отношении.  Инженер Югович, начинал линию от одного из пунктов Оренбург-Ташкентской железной дороги, несколько южнее станции Арысь, подразделяя в строительном отношении всю линию на 8 участков:

1-й участок. От Оренбург-Ташкентской железной дороги линия проектировалась на Чимкент, который она огибала севернее, оставляя его в 7,5 км. Станцию Чимкент предполагали построить на высоте 580 м над уровнем моря. На 138 км от Ташкента линия пересекала верховья Арыси, делая перевал через высокие отроги хребта Каратау, 1500 м над уровнем моря. Отсюда линия спускалась к городу Аулие-Ата, 750 м над уровнем моря. Протяжение участка было 320 км. Стоимость сооружения при трудностях работ в пересеченной возвышенной местности была исчислена в 30 700 000 рублей.

2-й участок. Линия в своем направлении от Аулие-Ата придерживалась почтового тракта, шла на селения Мерке (972 м над уровнем моря) и Карабалта (около 1000 м над уровнем моря), подходила и обходила с южной стороны Пишпек, оставляя его в 6,5 км. Высота расположения станции Пишпек 940 м над уровнем моря. Отсюда линия оставляла почтовый тракт к северу и шла, поднимаясь к селению Токмак, которое огибала с северной стороны, оставляя его в 6,5 км. Высота расположения станции Токмак 1125 м над уровнем моря. Здесь линия пересекала реку Чу, 1100 м над уровнем моря. Протяжение участка 345 км. Стоимость сооружения исчислялась в 23 000 000 рублей. От Токмака линия круто поднималась к северу для обхода горных отрогов хребта Алатау и затем спускалась к югу к реке Чу.

3-й участок. В этой местности, при подъеме на хребет Кордай, предполагалось построить тоннель, длиной от 1,5 до 3,5 км, точное протяжение которого можно было определить только при окончательном исследовании. Высота перевала 1800 м над уровнем моря, 735 км от Ташкента. На этом участке были намечены Отарская станция (1600 м над уровнем моря) и Чесноковка (1500 м над уровнем моря). Затем линия принимала направление вдоль почтового тракта и подходила к селению Кастек (1500 м над уровнем моря), и пересекала реку Кастек. Следуя направлению почтового тракта, линия подходила к городу Верный с южной его стороны, имея станцию на высоте 900 м над уровнем моря. От Верного линия, придерживаясь почтового тракта, спускалась к бассейну реки Или при Илийском поселке, 500 м над уровнем моря.

Протяжение участка 295 км, стоимость его сооружения 25 000 000 рублей. По гористости участка и трудности работ, на нем предложено было построить искусственных сооружений на 7 747 000 рублей. По мнению Семиреченского областного инженера П.В. Гурде, лучше было бы направить линию от Токмака не на селения Карабулак и Кастек, а южнее до впадения реки Большой-Кебин в Чу. Кебинская долина далеко углублялась к востоку, между горами Алатау на севере и Кунгей-Алатау на юге. Здесь линия могла подниматься на гору по карнизу почти до вершины, которая пересекалась бы траншеей, а оттуда - опять спускаться карнизами к самому Верному.

4-й участок. По пересечении реки Или мостом в 180 м, линия круто поднималась к Алтын-Ингельскому перевалу, 1400 м над уровнем моря. Затем линия спускалась к бассейнам рек Малая-Биджа, где станция была спроектирована на высоте 1170 м над уровнем моря, и Большая-Биджа, с расположением станции при 945 м над уровнем моря. Далее линия пересекала реку Коксу (915 м над уровнем моря), доходила до селения Гавриловки, где станция проектировалась в 7,5 км от селения, южнее его при пересечении реки Коратал (870 м над уровнем моря). Дойдя до селения Сарыбулак (1000 м над уровнем моря), линия в обход Копальской цепи гор, оставляя почтовый тракт в стороне к востоку, спускалась к поселку Аксу (650 м над уровнем моря). Протяжение участка было 317 км, стоимость сооружения 25 000 000 рублей.

5-й участок. От поселка Аксу до станицы Сергиопольской путь был спроектирован вдоль почтового тракта при более легких сооружениях. Станция Сергиополь была намечена при 640 м над уровнем моря. Протяжение участка 295 км, стоимость сооружения 18 000 000 рублей.

6-й участок. От станицы Сергиопольской до Семипалатинска линия была спроектирована вдоль почтового тракта. Наибольшие земляные работы на этом участке были близ пикета Аркатского 164 км от Сергиополя, лежавшего на восточном склоне гор Аркат (783 м над уровнем моря), а затем близ пикета Джартовского, в 219 км от Сергиополя, расположенного в каменистой степи. Станция Семипалатинск была спроектирована в 1,5 км от города, ниже по течению Иртыша, на высоте 213 м над уровнем моря. Здесь линию пересекала река Иртыш (190 м над уровнем моря), в месте разделения реки островом, двумя мостами, один в 270 м, другой в 140 саж. Протяжение участка 290 км. Стоимость сооружения 19 000 000 рублей.

7-й участок. За Иртышем начинался равнинный участок по Бельагачской степи, вдоль всего течения реки Алея до его устья. Приближаясь к Барнаулу линия проходит вдоль течения рек Обь и Барнаулка, где местность принимала холмистый характер. Станция Барнаул была спроектирована на высоте 235 м над уровнем моря. Протяжение участка 430 км. Стоимость сооружения 26 000 000 рублей.