世界上海拔最高、線路最長(zhǎng)的青藏鐵路將于7月1日正式通車。凍土問(wèn)題是青藏鐵路建設(shè)中的最大難題。中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)與環(huán)境工程研究所在國(guó)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(shè)計(jì)新思路，并進(jìn)行了工程技術(shù)措施集成研究和示范工程建設(shè)，為鐵路建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)和設(shè)計(jì)參數(shù)；提出動(dòng)態(tài)反饋設(shè)計(jì)理念，逐步推進(jìn)成果應(yīng)用；參編青藏鐵路多年凍土區(qū)工程勘察和設(shè)計(jì)暫行規(guī)定，成為鐵路主導(dǎo)設(shè)計(jì)原則和規(guī)范；研究成果為青藏鐵路工程建設(shè)提供了有效的科技保障，為青藏鐵路建設(shè)作出了歷史性的貢獻(xiàn)。

　　西藏自治區(qū)地處祖國(guó)西南邊陲的青藏高原，面積120多萬(wàn)平方公里，平均海拔4000米以上，是目前我國(guó)惟一不通鐵路的省級(jí)行政區(qū)。交通運(yùn)輸設(shè)施的落后，已經(jīng)嚴(yán)重制約了這一地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，成為我國(guó)主要的貧困地區(qū)之一。隨著西部大開發(fā)的實(shí)施，西藏原有的以公路為主體的運(yùn)輸通道已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，修建青藏鐵路勢(shì)在必行。

　　修建青藏鐵路不僅具有重要的政治意義，同時(shí)從發(fā)展旅游、促進(jìn)西藏地區(qū)與內(nèi)地的經(jīng)濟(jì)文化交流方面具有深遠(yuǎn)的意義，受到歷代黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的關(guān)懷和重視。然而由于國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)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(shè)工作一直沒(méi)有付諸實(shí)施。建國(guó)伊始，大局初定，當(dāng)時(shí)的第一代中央領(lǐng)導(dǎo)便把修筑進(jìn)藏鐵路提上了議事日程。并于上世紀(jì)50年代開始，就對(duì)從蘭州到拉薩的2000余公里線路進(jìn)行全面的勘測(cè)設(shè)計(jì)工作。1973年，毛澤東主席在與尼泊爾國(guó)王比蘭德拉會(huì)談時(shí)指出，要加緊修建青藏鐵路。1994年7月，黨中央、國(guó)務(wù)院召開第三次西藏工作座談會(huì)，會(huì)上再次提出修建進(jìn)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(duì)建設(shè)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(duì)發(fā)展交通旅游、促進(jìn)西藏地區(qū)與內(nèi)地的經(jīng)濟(jì)文化交流是非常有利的，我們應(yīng)該下決心盡快開工修建，這是我們進(jìn)入新世紀(jì)應(yīng)該做出的一個(gè)大決策，必將給包括西藏廣大干部群眾在內(nèi)的全國(guó)各族人民帶來(lái)很大鼓舞。青藏鐵路的修建是黨中央、國(guó)務(wù)院做出的一項(xiàng)重大決策，對(duì)加快西藏經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、促進(jìn)西藏自治區(qū)同全國(guó)其他地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化交流，增強(qiáng)民族團(tuán)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(shè)中的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題更為突出。如何建設(shè)青藏鐵路本來(lái)就是一道世界級(jí)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(yùn)營(yíng)情況，卻并不令人樂(lè)觀。據(jù)1994年俄羅斯貝阿鐵路的統(tǒng)計(jì)，線路病害率為27.7%。1996年對(duì)后貝加爾鐵路的調(diào)查表明，線路病害率達(dá)40.5%。我國(guó)青藏公路改建工程完成后，在1999年進(jìn)行了一次調(diào)查，報(bào)道的線路病害率也達(dá)31.7%。我國(guó)東北凍土區(qū)鐵路的運(yùn)營(yíng)情況更差一些，估計(jì)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(xiàng)前無(wú)古人的巨大工程，沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)可借鑒，如何高質(zhì)量完成青藏鐵路建設(shè)，就是難上加難。

　　青藏鐵路以青海省省會(huì)西寧為起點(diǎn)，西至西藏自治區(qū)的拉薩，全長(zhǎng)約2000公里，2001年2月8日，黨中央、國(guó)務(wù)院做出重大戰(zhàn)略決策，批準(zhǔn)建設(shè)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(tái)、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(dāng)雄、羊八井，南至拉薩。全長(zhǎng)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(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　為攻克青藏鐵路凍土難關(guān)，中科院以知識(shí)創(chuàng)新工程為契機(jī)，于2001年啟動(dòng)了知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目“青藏鐵路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應(yīng)研究”。該項(xiàng)目得到鐵道部及其青藏鐵路公司、青藏鐵路建設(shè)工程指揮部的大力支持，由我國(guó)凍土權(quán)威研究機(jī)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽頭，組織國(guó)內(nèi)凍土工程研究的相關(guān)單位(包括中鐵第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院、中國(guó)鐵科院西北分院、中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所等)承擔(dān)。項(xiàng)目主管為程國(guó)棟院士，首席科學(xué)家為馬巍、吳青柏研究員。項(xiàng)目啟動(dòng)以來(lái)，注重發(fā)揮團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，大力倡導(dǎo)創(chuàng)新思維，積極營(yíng)造優(yōu)秀人才脫穎而出的環(huán)境，各項(xiàng)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(wú)私奉獻(xiàn)、挑戰(zhàn)難關(guān)，在海拔近5000米的青藏高原北麓河試驗(yàn)站承受惡劣的氣候、缺氧和高山反應(yīng)等高原作業(yè)危險(xiǎn)，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(píng)價(jià)。

　　青藏鐵路新修的格爾木至拉薩段，全長(zhǎng)1118公里，包括多年凍土區(qū)長(zhǎng)度為632公里(大片連續(xù)多年凍土區(qū)長(zhǎng)度約550公里，島狀不連續(xù)多年凍土區(qū)長(zhǎng)度82公里)，全線海拔4000米以上地段長(zhǎng)度約為965公里。凍土區(qū)筑路遇到的主要問(wèn)題是凍脹和融沉問(wèn)題。在季節(jié)凍土區(qū)主要面臨凍脹問(wèn)題，在多年凍土區(qū)主要問(wèn)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(yán)峻的挑戰(zhàn)，也就是說(shuō)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(wèn)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(yīng)研究”項(xiàng)目的成功，為青藏鐵路建設(shè)做出了一系列重大創(chuàng)新貢獻(xiàn)。

　　中國(guó)科學(xué)院凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員在近20年的研究積累基礎(chǔ)上，通過(guò)創(chuàng)新研究，在國(guó)際上首次系統(tǒng)地提出了“主動(dòng)冷卻凍土路基，積極保護(hù)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?jī)鐾潦钦?0%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(xué)途徑。該思路已得到鐵道建設(shè)部門的認(rèn)可，所有的鐵路工程問(wèn)題都以此為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。

　　同時(shí)，明確回答了修建青藏鐵路的可行性問(wèn)題，指出鐵路修建的關(guān)鍵核心問(wèn)題是高溫、高含冰量多年凍土路段路基穩(wěn)定性問(wèn)題。青藏鐵路建設(shè)以來(lái)，先后向鐵道部門提交研究報(bào)告48份，許多建議已被青藏鐵路建設(shè)工程采納，采取了如“通風(fēng)管路基、拋石路基”等積極保護(hù)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(shè)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(bǔ)強(qiáng)措施。通過(guò)對(duì)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(xué)研究報(bào)告，這些建議和研究成果已被廣泛地應(yīng)用于青藏鐵路工程設(shè)計(jì)的修正和措施補(bǔ)強(qiáng)。

　　在此基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在凍土區(qū)設(shè)計(jì)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(dòng)，但在全線設(shè)計(jì)中路基總體設(shè)計(jì)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(shí)存在合理路基高度的問(wèn)題，為全線路基設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，保溫材料可在低溫多年凍土路段適當(dāng)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(yīng)盡量避免；通風(fēng)管路基結(jié)構(gòu)能有效地保護(hù)凍土、維護(hù)凍土路堤穩(wěn)定性，工程措施的實(shí)效明顯。充分驗(yàn)證了拋、碎石護(hù)坡具有極佳保護(hù)多年凍土作用，可以全線推廣；遮陽(yáng)棚能有效減少太陽(yáng)輻射對(duì)多年凍土影響，建議將遮陽(yáng)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(lái)的被動(dòng)設(shè)計(jì)思路。

　　同時(shí)，中國(guó)科學(xué)院科研人員還積極建設(shè)試驗(yàn)平臺(tái)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為鐵路建設(shè)提供支撐保障。在2002年完成了北麓河試驗(yàn)段的野外試驗(yàn)平臺(tái)與示范工程的建設(shè)，以及工程穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，在青藏鐵路建設(shè)的試驗(yàn)、實(shí)施和監(jiān)測(cè)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(dá)1000多萬(wàn)元的“中科院凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青藏高原研究基地”，為青藏鐵路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)提供了一個(gè)科學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)。并承擔(dān)了北麓河試驗(yàn)段工程，在此進(jìn)行了青藏鐵路全部試驗(yàn)工程措施，如塊石路基、碎石護(hù)坡路基、遮陽(yáng)板、熱棒和保溫材料的綜合使用試驗(yàn)以及通風(fēng)管路基、保溫材料、合理路基高度等工程試驗(yàn)。這些試驗(yàn)、研究成果為青藏鐵路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)提供了重要的技術(shù)支撐，夯實(shí)了多年凍土區(qū)筑路技術(shù)的基礎(chǔ)。工程對(duì)寒區(qū)生態(tài)、凍土環(huán)境影響和鹽漬化及動(dòng)荷載對(duì)凍土影響等部分研究結(jié)果已被青藏鐵路設(shè)計(jì)應(yīng)用。

　　初步搭建了氣候和工程作用下多年凍土的監(jiān)測(cè)平臺(tái)。監(jiān)測(cè)平臺(tái)在青藏鐵路沒(méi)線主要由三個(gè)氣象站和43個(gè)凍土監(jiān)測(cè)段面構(gòu)成，主要監(jiān)測(cè)凍土路基的變形，凍土溫度變化等。國(guó)外凍土區(qū)工程的監(jiān)測(cè)平臺(tái)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(cè)，已經(jīng)有十多年的歷史。我國(guó)青藏公路也有40多個(gè)監(jiān)測(cè)段面。為全面綜合監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)氣候和工程作用下多年凍土變化特征打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在青藏鐵路沿線系統(tǒng)地布設(shè)了29個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，3個(gè)不同多年凍土溫度區(qū)的塊石路基監(jiān)測(cè)場(chǎng)地。初步監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，塊石路基下部多年凍土得到了較好的保護(hù)，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(tái)和項(xiàng)目管理平臺(tái)知識(shí)庫(kù)。為配合青藏鐵路建設(shè)，已建立了青藏鐵路各種工程措施的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，建立了通風(fēng)管路基、塊石路基數(shù)值仿真模型平臺(tái)以及青藏鐵路路基優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，為青藏鐵路維護(hù)和寒區(qū)工程建設(shè)奠定了理論基礎(chǔ)。開發(fā)了