修建西藏铁路中，遇到最大的技术困难是?
多年冻土、高寒缺氧和生态脆弱这三大世界性难题给青藏铁路建设带来了极大困难。
青藏铁路沿线珍稀物种丰富，生态类型独特、原始，环境敏感，一旦破坏很难恢复。
如何破解多年冻土难题？
青藏铁路建设首次采取“主动降温、冷却地基、保护冻土”的设计原则，这对“被动保温”是一场革命。设计中，尽量绕避不良冻土现象发育的地段，遇到高温极不稳定的厚层地下冰冻土地段，采取“以桥梁通过”的办法。施工中，采用片石通风路基、片石通风护道、通风管路基、热棒、铺设保温板等多项措施，提高冻土路基的稳定性，其中不少冻土工程措施都是国内外首创。在青藏铁路上有一种特殊的路基，即在土路堤底部填筑一定厚度片石，上面再铺筑土层的路基。这种长达111公里的“片石层通风路基”为国内首创，它好似散热排风扇，冬季从路堤及地基中排除热量，夏季较少吸收热量，起到冷却作用，可有效保护冻土路基稳定。
青藏铁路建设专家组组长、冻土专家张鲁新教授认为，青藏铁路出现大规模冻土工程病害的可能性比较小，列车时速可达100公里以上，保持全年畅通没有问题。
如何确保建设者人身安全？
青藏铁路沿线年平均气温在零摄氏度以下，大部分地区空气含氧量只有内地的一半左右。高寒缺氧，风沙肆虐，紫外线强，自然疫源多，被称为人类生存极限的“禁区”。如何在严酷的环境下确保建设者生命安全，也是一项世界性难题。
铁道部和卫生部制定了完善的卫生保障措施，使医务人员与施工人员的比例达到1.5%-2%，全线配备常规医疗设备3900多台（件），职工生病在半小时内即送到工地医院得到有效治疗。遵循高原生理规律，所有参建人员在海拔较低的地区“习服”一周后，才准许到工地劳动。限定人员作业时间，采用机械施工，降低劳动强度。为了防止高原缺氧，建设单位在海拔4500米至5100米处创造性地运用高压氧舱，填补了国内外医学空白。在世界上首次进行高海拔地区人工制氧科学研究。在海拔4905米的风火山隧道，研制出每小时生产24立方米高纯度氧气的高原医用制氧设备，并将这一技术总结推广，全线共建大型制氧站17个，有效地改善了作业环境。风火山隧道建设中“青藏铁路风火山隧道制氧、供氧系统研制与应用”的科技成果,填补了目前世界上高海拔制氧技术的空白。
如何保护野生动物？
为保护青藏高原独特而又极为珍贵的野生动物资源，铁路选线尽量避开野生动物栖息、活动的重点区域，西藏段工程绕避了林周彭波黑颈鹤保护区。对必须经过野生动物活动区域的路段，组织专家研究野生动物保护问题，掌握沿线野生动物分布习性和迁徙规律，尽量减少对它们的干扰。青藏铁路沿线共设置33处野生动物通道，沿线路方向累计宽度近60公里。根据不同动物的迁徙习性，通道被设计为桥梁下方、隧道上方及缓坡平交三种形式。
如何保护高原植被？
建设者采用分段施工、植被移植的方法，先将施工区的草皮切成块，然后用铲车将草皮连同土壤一起搬到草皮移植区，专人负责养护。路基成型后，再把草皮移植恢复到路基边坡上。对昆仑山以南自然条件较好的地段，精选适合高原生长的草种，辅以适合的喷播、覆膜等技术，尽力恢复地表植被。在沱沱河、安多、当雄等高海拔地段，进行种植和移植草皮试验，获得成功后在全线推广，开创了世界高原、高寒地区人工植草试验成功的先例。
为保护高原湿地，青藏铁路尽量绕避湿地，必须经过湿地时，一般采取“以桥代路”、多设涵洞、路基基底抛填片石等措施，避免路基地下径流被切割，防止湿地萎缩。
青藏铁路三大技术难题及解决
青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路。唐古拉山上铁路最高海拔5072米，4000米以上的地段有960千米，连续多年冻土层550千米以上，是我国实施西部大开发战略中的四大工程中最艰巨的工程之一。青藏高原上修铁路，地质条件复杂、工程难度大、环保要求高。因此，青藏铁路也是四大工程中技术难度最大的工程。多年冻土、高寒缺氧、环境保护是制约青藏铁路的三大技术难题。最近，在中国科学院、铁路科学院、铁路建设部门及有关高校的科研及工程技术人员的联合努力下，顺利解决了三大难题，青藏铁路正以每2分钟铺25米，日架桥6．5孔，平均日铺轨3000米的速度向拉萨延伸。 青藏铁路全长1142千米，分三段完成。2002年在青海境内修建的是青藏线上地质最为复杂、技术难题最大的望昆（昆仑山口）—望唐（唐古拉山口）段，全长410千米。本段全线共有十大重点工程，即六桥（三岔河特大桥、雪水河长江源特大桥、青水河特大桥、不冻泉特大桥、楚玛尔河特大桥、巴拉才曲特大桥）；两隧（风火山隧道、昆仑山隧道）；两路（望昆—不冻泉冻土路基；不冻泉—楚玛尔河冻土路基）。这十大工程中三大技术难题也最为集中、突出。科研人员和技术人员通过对昆仑山隧道、风火山隧道等的实地研究，已有效解决三大技术难题，具体如下：
一、多年冻土问题 在冻土上修路，路基随气温变化而具有不稳定性。由于青藏高原气温年变化极大，夏季最高温38℃，冬季最低温－40℃。气温高的季节，冻土融化，形成热融湖塘、暗河，路基翻浆、滑动，路基形成搓板路；气温降低，路基冻结，甚至反常膨胀，形成冻涨球。冻土当中有含土冰层、饱冰冻土、裂隙冰、砂岩、泥岩、泥沙互层。温度升高，造成热融扩大，尤其是在明洞开挖时，仰坡失稳、滑塌、基地泥泞，隧道开挖后，拱部严重掉块，甚至塌方，隧道营运后会因反复冻融破坏结构，影响运营安全。铁路通车后，必然有大量废热从车内排出，对铁路路基有影响。为解决冻土问题，专家采用了如下方法来保证路基的稳定与持久： 1采用片石通风路基，片石通风护道，铺设保温材料，采用热棒技术。（通风路基与通风护道使得空气对流快，使路基温度与周围气温一致，不易形成局部热区，有利于路基稳定）。 2在冻土中及不稳定的地方采用以桥代路（在冻土上修桥，下面无水而是不稳定的冻土），如清水河特大桥。 3隧道工程在衬砌中设置防水保温层。 4重新研究制定混凝土耐久性技术标准，提高混凝土结构的耐久性。为防止热胀冷缩使桥墩出现龟纹，使混凝土与冻土“亲密接触”，采取负温养生措施，夏季采取挖井制冷、放风冷却措施，使温度保持在10度左右，冬季采取烤热、添加防冻剂，给桥墩裹上棉被等措施，保证混凝土的耐久性和防冻性。
二、高寒缺氧问题 如前所述，青藏铁路沿线海拔4000米以上的地区有960千米，占全线总长的84％，许多地方常年温度在－10℃以下。人们常说，“到了昆仑山，气息已奄奄；过了五道梁，哭爹又喊娘；上了风火山，三魂已归天”。在海拔4000多米的地方，人们常常感觉到头晕、恶心，脚下仿佛踩着一团棉花，软弱无力。人缺氧会头痛脑胀，胸闷气短，夜不成寐，会诱发脑水肿、肺水肿等疾病。空气稀薄，高寒缺养，被称为“生命的禁区”。高寒缺氧严重威胁着青藏铁路建设中的建设者。通常，人们只关注通车后，火车内的寒冷缺氧问题，而对露天从事建设的百万大军关心较少。然而，高寒缺氧问题对于通车后，车内的旅客并不会造成很大威胁，人们只需在火车上像飞机一样采取一些技术和设备即可解决；但对于长年累月奋战在青藏铁路建设中的建设者来说，是随时随地的致命威胁。针对高寒缺氧的问题，青藏铁路建设总部和专家们采取了如下解决措施： 1坚持以人为本原则，建立三级医疗保障机构，对建设者进行定期身体检查和及时治疗。 2实行梯级式适应，逐步使建设者由低到高适应不同海拔高度上的气候和环境，并限制作业时间和劳动强度。 3加强医疗设备和医务人员的建设。现在建设现场的医务人员达400多人，配备医疗设备900多台。购高压氧仓16个（高压氧仓 通过加压、充氧办法，模拟出近似海平面的大气环境，对治疗因缺氧、低压引起的各种疾病有综合疗效）。
三、环境保护问题 青藏高原是我国、东南亚乃至整个世界山地生物物种的重要起源地和分化中心。被世界自然基金会列为全球生物多样性最优先保护的地区。气候寒冷，植被稀少，土层浅薄，生态环境极度脆弱，一经破坏，绝难恢复是青藏高原生态的最大特点。而青藏铁路恰恰穿越青藏高原腹地，穿越“三江源自然保护区”和“可可西里自然保护区”。因此建设中的环境问题是非常重要的技术难题。专家们经过仔细的研究、规划，采取了如下环保措施： 1思想措施：大力宣传环保的重要性，要求参建单位增加投资，依法保护沿线植被、冻土、湿地、水源及野生动物。提倡“像爱护自己的生命一样爱护环境，关爱野生动物，呵护每寸绿地”。 2技术措施：用小彩旗为标志，严格划分开采矿石施工范围和人员车辆行车路线，防止对施工范围以外区域的植被造成碾轧和破坏。对生活垃圾专人搜集，集中掩埋。 3法制措施：全线实行环保监理制度，总指挥部委托第三方对全线环保进行全过程监控，省环保局与建设单位签订目标责任书，明确各方面的环保责任。 4工程措施：为保护冻土和高原植被，在连续多年冻土施工地段，采用了先进的开挖工艺；设置了以桥代路的措施，为保护野生动物（觅食、迁徙等）设置了绿色通道（野生动物过往铁路的通道）。 值得一提的是：2002年6月下旬，为了让9000只临产的藏羚羊通过青藏线五道梁建设工地，前往可可西里卓乃尔湖地区产仔，承担该段施工的中铁十二局、十四局施工人员，毅然暂停部分地段施工，拔掉彩旗，撤离人员和机械，保证了藏羚羊的顺利迁徙。
专家称，多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱是青藏铁路建设无法回避的三大难题，其中多年冻土尤为关键，是“最难啃的一块骨头”，它的解决与否，直接决定着青藏铁路的成败。
最难啃的骨头谁来啃？难题又是怎样解决的？记者不久前为此赴兰州、上青海采访，承担青藏铁路多年冻土问题研究的中国科学家，以及他们为之攻关的艰辛的科研历程，开始浮出水面。
冻土研究列入中科院知识创新工程重大项目
二00一年，与青藏铁路开工几乎同步，有中国科研机构“国家队”之称的中国科学院经过充分论证，决定以其四十多年青藏铁路全线多年冻土调查、勘探和研究为基础，在知识创新工程中启动实施“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”重大项目。
项目领军人物、中科院兰州分院院长、冻土工程国家重点实验室主任程国栋院士介绍说，围绕青藏铁路迫切需要解决的及未来可能遇到问题，该项目设立七个研究课题：青藏铁路建设中冻土工程结构稳定性研究、青藏铁路沿线路基冻融病害形成机理及其防治对策研究、青藏铁路气候与多年冻土间的相互作用、青藏铁路工程与多年冻土间的相互作用、铁路路基动荷载稳定性及含盐土工程特性研究、青藏铁路数字路基及仿真平台开发研究、青藏铁路典型地段高原雷暴天气灾害预警和防御的应用研究。
程国栋称，这一知识创新工程重大项目启动以来，已取得重要的创新性阶段研究成果，为青藏铁路在冻土区的设计、施工提供了有力的科学技术保障，也为其后期运营维护和潜在病害整治做好科学与技术储备。项目组参与编制出《青藏铁路多年冻土区工程勘察暂行规定》、《青藏铁路多年冻土区工程设计暂行规定》，提出路基设计应以冷却路基的保护冻土的设计思路、合理路基高度的设计依据、桥涵防冻胀措施及寒区隧道防冻害措施等关键设计问题。
颇为引人注目的是，“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”项目设有两位首席科学家，他们就是被称为程国栋“左膀右臂”的青年研究员马巍和吴青柏。
科学思路：主动冷却路基保护多年冻土
在中科院寒区旱区环境与工程研究所的冻土工程国家重点实验室里，刚刚从青藏铁路北麓河试验段回来的马巍尚未洗净高原风尘，便投身于实验室研究之中。提起冻土研究，他兴奋地打开了话匣子：
青藏铁路处于边勘测、边设计、边施工、边研究的“四边”建设状态，必须采用动态设计理念。“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”项目科研人员通过试验段研究发现，保温材料只能够延缓多年冻土融化，在高温高含冰量条件和气候转暖条件根本无法确保路基稳定。
因此，“我们提出改变以往单纯依赖增加热阻保护多年冻土的方法，采用冷却路基思路、主动保护多年冻土工程措施来确保工程稳定性”。这一思路的具体措施包括块石路基、碎石护坡，在路基两旁埋设高效导热的热棒、热桩，在路基中铺设通风管，在路基顶部和路基边坡铺设遮阳棚、遮阳板等。
还有一种工程设计措施就是以桥代路，这个桥可不是一般跨江过河的桥，冻土科研攻关人员将之命名为“旱桥”。马巍称，旱桥桥桩穿越冻土层而直接打在坚实的底层，桥上铺架铁轨即可最大限度地避免冻土的影响。青藏铁路穿越可可西里冻土区的清水河特大桥，就是典型的旱桥，该桥长达十一点七公里，气势巍然壮观。
虽然对冻土区的青藏铁路线建设、运营而言，旱桥是最可靠、最安全的工程措施，但由于其造价太昂贵，每公里要耗资五千万元人民币之巨，而全长一千多公里的青藏铁路全线总投资仅约三百亿元人民币。因此，旱桥不能、也无法推广使用，只是在冻土条件复杂、安全性要求高的区域采用。
北麓河试验段：几乎涵盖青藏铁路所有工程措施
从格尔木出发，沿青藏公路驱车在三百二十公里，在青藏公路和铁路线之间的山岗上，蓝天白云下一幢红顶蓝墙的塑钢建筑格外醒目。它就是青藏铁路北麓河试验段的大本营——中科院冻土工程国家重点实验室青藏高原研究基地。
这里海拔四千六百多米，据称是中国每拔最高的一个科研单元。冻土研究另一位首席科学家吴青柏称，总投资一千多万元人民币建成的该研究基地，是中科院为青藏铁路建设、运营和维护提供的一个科学试验平台和示范工程。
他介绍说，北麓河试验段全长十四公里，整个试验段多年冻土上限附近富含厚层地下冰，且多年冻土低温空间分布状态分异性较强，是青藏线五个试验段中冻土条件最复杂、地下冰含量最高、温度场变化最复杂的一个试验段。铁道部于二00一年将这一试验段交给中科院负责，科研人员对试验段各个断面内有关变形、地温、水分、沉降等内容的九千多个观测点进行全年不间断高精度的观测和分析，迄今已完成包括块石路基、通风路基、块石、碎石护坡等青藏铁路几乎所有工程措施的实体工程试验。
看上去颇似藏族同胞的刘永智研究员在这个试验段资历最老，一九七五年三月，新婚一个月的他为冻土研究就只身来到高原，每次一呆就是六到七个月，最长一年多。他说，那时青藏铁路刚刚上马，如今铁路已成功穿越多年冻土，“冻土事业后继有人，大有希望”。
高原是“上来不想下去，下去不想上来，来来回回反应更强烈”。吴青柏表示，为了青藏铁路建设，为了冻土科研事业，他们将竭尽全力。
未雨绸缪加强机理及动态监测研究
北麓河试验段青藏线之畔，正在修筑的一条仅两百四十米长的铁路路基引起人们注意。吴青柏告诉记者，这是投入一百五十万元人民币，与青藏铁路建设总指挥部联合建造的对比试验路基，主要是验证冻土工程措施的可靠性，开展各种工程措施及冻土变化的机理研究。
青藏高原多年冻土具有地温高、厚度薄等特点，其复杂性和独特性举世无双，加之全球气候变暖、工程扰动因素，势必对冻土产生长远影响。为此，高原科研基地的科学家们一方面进行“知其所以然”的机理研究，一方面未雨绸缪，着手加强青藏线冻土及环境变化的动态监测研究。
马巍说，考虑到青藏线与青康公路(青海西宁至四川康定)地质条件非常近似，科研人员提出“以空间换时间”概念，通过青康公路沿线多年冻土现状与收集到的数据，可分析青藏铁路沿线工程和气候变化下多年冻土变化趋势。
吴青柏称，青藏线动态监测研究是一项涉及面很广的系统工程，近三年来，他们在青藏铁路沿线系统地布设了二十九个监测段面和三个不同多年冻土温度区的块石路基监测场地，设立十个多年冻土深孔监测点和十三个活动层监测场地，基本构建起青藏铁路工程动态监测平台。与此同时，青藏铁路多年冻土与气候监测网目前已初步建立，并开始正常的监测工作。
多年冻土问题的解决，对青藏线的贡献有多大？严谨的科学家们对此不愿多说，但他们均表示，通过参与青藏铁路建设，冻土大国中国已跻身于冻土研究国际先进行列。
地下的冻土
冻土
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