世界上海拔最高、線路最長的青藏鐵路將于7月1日正式通車。凍土問題是青藏鐵路建設中的最大難題。中國科學院寒區(qū)旱區(qū)與環(huán)境工程研究所在國際上首次創(chuàng)造性地提出了冷卻路基、降低多年凍土溫度的設計新思路，并進行了工程技術(shù)措施集成研究和示范工程建設，為鐵路建設提供了科學依據(jù)和設計參數(shù)；提出動態(tài)反饋設計理念，逐步推進成果應用；參編青藏鐵路多年凍土區(qū)工程勘察和設計暫行規(guī)定，成為鐵路主導設計原則和規(guī)范；研究成果為青藏鐵路工程建設提供了有效的科技保障，為青藏鐵路建設作出了歷史性的貢獻。

　　西藏自治區(qū)地處祖國西南邊陲的青藏高原，面積120多萬平方公里，平均海拔4000米以上，是目前我國惟一不通鐵路的省級行政區(qū)。交通運輸設施的落后，已經(jīng)嚴重制約了這一地區(qū)經(jīng)濟、社會的發(fā)展，成為我國主要的貧困地區(qū)之一。隨著西部大開發(fā)的實施，西藏原有的以公路為主體的運輸通道已遠遠不能滿足經(jīng)濟發(fā)展的要求，修建青藏鐵路勢在必行。

　　修建青藏鐵路不僅具有重要的政治意義，同時從發(fā)展旅游、促進西藏地區(qū)與內(nèi)地的經(jīng)濟文化交流方面具有深遠的意義，受到歷代黨和國家領導人的關(guān)懷和重視。然而由于國家經(jīng)濟實力和高原、凍土條件下的筑路技術(shù)尚未成熟等原因，青藏鐵路的全線建設工作一直沒有付諸實施。建國伊始，大局初定，當時的第一代中央領導便把修筑進藏鐵路提上了議事日程。并于上世紀50年代開始，就對從蘭州到拉薩的2000余公里線路進行全面的勘測設計工作。1973年，毛澤東主席在與尼泊爾國王比蘭德拉會談時指出，要加緊修建青藏鐵路。1994年7月，黨中央、國務院召開第三次西藏工作座談會，會上再次提出修建進藏鐵路，并得到了江澤民總書記的肯定和關(guān)注。2000年11月，江澤民總書記對建設青藏鐵路做出了重要批示，指出：修建青藏鐵路是十分必要的，對發(fā)展交通旅游、促進西藏地區(qū)與內(nèi)地的經(jīng)濟文化交流是非常有利的，我們應該下決心盡快開工修建，這是我們進入新世紀應該做出的一個大決策，必將給包括西藏廣大干部群眾在內(nèi)的全國各族人民帶來很大鼓舞。青藏鐵路的修建是黨中央、國務院做出的一項重大決策，對加快西藏經(jīng)濟社會發(fā)展、促進西藏自治區(qū)同全國其他地區(qū)的經(jīng)濟文化交流，增強民族團結(jié)具有重要意義。

　　青藏鐵路沿線自然條件惡劣，人煙稀少。海拔4000米以上地區(qū)，空氣稀薄、氣壓較低，歷年平均氣壓620mb～544mb，為海平面的60%～70%?？諝庵泻趿可?，比海拔平面減少38%～46%。高原生態(tài)環(huán)境脆弱，工程建設中的環(huán)境保護問題更為突出。如何建設青藏鐵路本來就是一道世界級難題。世界上在多年凍土區(qū)修筑鐵路已有百年以上的歷史，但回顧這些鐵路的運營情況，卻并不令人樂觀。據(jù)1994年俄羅斯貝阿鐵路的統(tǒng)計，線路病害率為27.7%。1996年對后貝加爾鐵路的調(diào)查表明，線路病害率達40.5%。我國青藏公路改建工程完成后，在1999年進行了一次調(diào)查，報道的線路病害率也達31.7%。我國東北凍土區(qū)鐵路的運營情況更差一些，估計線路病害率在40%以上。在如此高海拔、多凍土的區(qū)域修建青藏鐵路，是一項前無古人的巨大工程，沒有任何經(jīng)驗可借鑒，如何高質(zhì)量完成青藏鐵路建設，就是難上加難。

　　青藏鐵路以青海省省會西寧為起點，西至西藏自治區(qū)的拉薩，全長約2000公里，2001年2月8日，黨中央、國務院做出重大戰(zhàn)略決策，批準建設青藏鐵路二期工程格爾木至拉薩段。格拉段北起格爾木市，經(jīng)納赤臺、五道梁、沱沱河、雁石蘋，翻越唐古拉山，再經(jīng)西藏安多、那曲、當雄、羊八井，南至拉薩。全長1118公里，其中青海省境內(nèi)564公里，西藏自治區(qū)境內(nèi)554公里。格拉段鐵路的大部分路段在高海拔、多凍土地區(qū)，如何解決青藏鐵路凍土路基穩(wěn)定性難題，成了青藏鐵路建設的關(guān)鍵問題。

　　為攻克青藏鐵路凍土難關(guān)，中科院以知識創(chuàng)新工程為契機，于2001年啟動了知識創(chuàng)新工程重大項目“青藏鐵路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應研究”。該項目得到鐵道部及其青藏鐵路公司、青藏鐵路建設工程指揮部的大力支持，由我國凍土權(quán)威研究機構(gòu)??中科院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國家重點實驗室牽頭，組織國內(nèi)凍土工程研究的相關(guān)單位(包括中鐵第一勘測設計院、中國鐵科院西北分院、中國科學院武漢巖土力學研究所等)承擔。項目主管為程國棟院士，首席科學家為馬巍、吳青柏研究員。項目啟動以來，注重發(fā)揮團隊優(yōu)勢，大力倡導創(chuàng)新思維，積極營造優(yōu)秀人才脫穎而出的環(huán)境，各項工作已經(jīng)取得重要的創(chuàng)新性研究成果?？蒲腥藛T以高度的歷史使命感和民族自信心，無私奉獻、挑戰(zhàn)難關(guān)，在海拔近5000米的青藏高原北麓河試驗站承受惡劣的氣候、缺氧和高山反應等高原作業(yè)危險，解決了青藏鐵路凍土路基穩(wěn)定性等世界難題，得到了鐵道部等有關(guān)部門的高度評價。

　　青藏鐵路新修的格爾木至拉薩段，全長1118公里，包括多年凍土區(qū)長度為632公里(大片連續(xù)多年凍土區(qū)長度約550公里，島狀不連續(xù)多年凍土區(qū)長度82公里)，全線海拔4000米以上地段長度約為965公里。凍土區(qū)筑路遇到的主要問題是凍脹和融沉問題。在季節(jié)凍土區(qū)主要面臨凍脹問題，在多年凍土區(qū)主要問題是融沉。青藏高原的多年凍土大多屬高溫凍土，極易受工程的影響產(chǎn)生融化下沉。因此，高溫凍土及全球變化使青藏高原鐵路的修筑面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，也就是說青藏鐵路成敗的關(guān)鍵在路基，路基成敗的關(guān)鍵在凍土，凍土的關(guān)鍵問題在融沉?！扒嗖罔F路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應研究”項目的成功，為青藏鐵路建設做出了一系列重大創(chuàng)新貢獻。

　　中國科學院凍土工程國家重點實驗室的科研人員在近20年的研究積累基礎上，通過創(chuàng)新研究，在國際上首次系統(tǒng)地提出了“主動冷卻凍土路基，積極保護多年凍土”的新思路，為解決高溫、高含冰量

　　(高溫凍土是地表以下約15米的地方年平均地溫大于?1℃的凍土，高含冰量凍土是占20%以上的土體的凍土)和路基穩(wěn)定性等技術(shù)難題提供了新的科學途徑。該思路已得到鐵道建設部門的認可，所有的鐵路工程問題都以此為依據(jù)進行設計和施工。

　　同時，明確回答了修建青藏鐵路的可行性問題，指出鐵路修建的關(guān)鍵核心問題是高溫、高含冰量多年凍土路段路基穩(wěn)定性問題。青藏鐵路建設以來，先后向鐵道部門提交研究報告48份，許多建議已被青藏鐵路建設工程采納，采取了如“通風管路基、拋石路基”等積極保護凍土的措施?？紤]到氣候變化和工程作用下多年凍土變化的特征，建議鐵路建設部門在高溫凍土區(qū)的高含冰量路段，采取了“以橋改路”的補強措施。通過對氣候變化、多年凍土和工程三者相互關(guān)系的研究，提交了綜合科學研究報告，這些建議和研究成果已被廣泛地應用于青藏鐵路工程設計的修正和措施補強。

　　在此基礎上，通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，在凍土區(qū)設計青藏鐵路路基高度一般大于2.5米，才能保證路基凍土的輕易擾動，但在全線設計中路基總體設計是隨路段的不同而不同。這為工程明確回答了極高溫多年凍土區(qū)確實存在合理路基高度的問題，為全線路基設計提供了依據(jù)。通過試驗發(fā)現(xiàn)，保溫材料可在低溫多年凍土路段適當采用，但高溫凍土區(qū)易受氣候和工程的影響比較敏感，凍土上線容易下降，地下冰容易融化，高溫路段應盡量避免；通風管路基結(jié)構(gòu)能有效地保護凍土、維護凍土路堤穩(wěn)定性，工程措施的實效明顯。充分驗證了拋、碎石護坡具有極佳保護多年凍土作用，可以全線推廣；遮陽棚能有效減少太陽輻射對多年凍土影響，建議將遮陽板措施廣泛用于高路基邊坡。這些建議部分已被采納，極大地改變了原來的被動設計思路。

　　同時，中國科學院科研人員還積極建設試驗平臺和監(jiān)測系統(tǒng)，為鐵路建設提供支撐保障。在2002年完成了北麓河試驗段的野外試驗平臺與示范工程的建設，以及工程穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)的建設，在青藏鐵路建設的試驗、實施和監(jiān)測等方面發(fā)揮積極作用。在海拔4700米的青藏高原北麓河建成了總投資達1000多萬元的“中科院凍土工程國家重點實驗室青藏高原研究基地”，為青藏鐵路建設、運營和維護提供了一個科學試驗平臺。并承擔了北麓河試驗段工程，在此進行了青藏鐵路全部試驗工程措施，如塊石路基、碎石護坡路基、遮陽板、熱棒和保溫材料的綜合使用試驗以及通風管路基、保溫材料、合理路基高度等工程試驗。這些試驗、研究成果為青藏鐵路建設、運營、維護提供了重要的技術(shù)支撐，夯實了多年凍土區(qū)筑路技術(shù)的基礎。工程對寒區(qū)生態(tài)、凍土環(huán)境影響和鹽漬化及動荷載對凍土影響等部分研究結(jié)果已被青藏鐵路設計應用。

　　初步搭建了氣候和工程作用下多年凍土的監(jiān)測平臺。監(jiān)測平臺在青藏鐵路沒線主要由三個氣象站和43個凍土監(jiān)測段面構(gòu)成，主要監(jiān)測凍土路基的變形，凍土溫度變化等。國外凍土區(qū)工程的監(jiān)測平臺也比較完善，比較典型的有俄羅斯的凍土區(qū)的鐵路和輸油管線監(jiān)測，已經(jīng)有十多年的歷史。我國青藏公路也有40多個監(jiān)測段面。為全面綜合監(jiān)測、評價和預測氣候和工程作用下多年凍土變化特征打下了堅實的基礎。在青藏鐵路沿線系統(tǒng)地布設了29個監(jiān)測斷面，3個不同多年凍土溫度區(qū)的塊石路基監(jiān)測場地。初步監(jiān)測結(jié)果表明，塊石路基下部多年凍土得到了較好的保護，路堤下多年凍土上限得到了較好的抬升，避免了上限附近的地下冰融化，保證了路基穩(wěn)定性。

　　初步建成數(shù)字路基平臺和項目管理平臺知識庫。為配合青藏鐵路建設，已建立了青藏鐵路各種工程措施的室內(nèi)模擬實驗平臺，建立了通風管路基、塊石路基數(shù)值仿真模型平臺以及青藏鐵路路基優(yōu)化設計平臺，為青藏鐵路維護和寒區(qū)工程建設奠定了理論基礎。開發(fā)了