作为青藏铁路首席科学家，我亲历了青藏铁路从科研、设计、施工和建设的全过程，目睹了一幕幕感人至深的劳动场面，感受了一次次共克时艰的艰难过程。青藏铁路建设成了我心中永不磨灭的记忆，记录了中国人民的伟大与坚强，是中华儿女心中的永远的天路，在中国铁路建设史上写下了重重的一笔。

青藏铁路的建成使占中国八分之一土地的西藏结束了没有铁路的历史。这是人类铁路建设史上的奇迹，西方媒介称之：堪与长城媲美。青藏铁路是世界上海拔最高，线路最长，穿越冻土里程最长，也要穿越戈壁荒漠、沼泽湿地和雪山草原等“生命禁区”的高原铁路，大部分铁路处于海拔4000米以上的地段。作为西部大开发的标志性工程之一的青藏铁路，10万多名建设者历时5年，挑战生命极限，破解了多年冻土、高原缺氧和生态脆弱的三大世界难题，创造了世界铁路建设史上的多项纪录。

为破解高原冻土难题，助推青藏铁路建设，中国科学院科研人员自上世纪60年代起，就协同铁道部、中国铁科院西北分院等单位，注重发挥团队优势，大力倡导创新思维，以高度的历史使命感和民族自信心，无私奉献、挑战难关，承受着恶劣的气候、缺氧和高山反应等高原作业危险，破解了高原冻土、生态环境等世界难题，为青藏铁路顺利通车做出了一系列重大创新贡献。

40年的研究积累，破解高原冻土奥秘

在青藏铁路建设中，高温冻土及全球变暖是青藏高原铁路的修筑面临最大的挑战，也就是说青藏铁路成败的关键在路基，路基成败的关键在冻土。冻土的研究成败也就是青藏铁路修建的成败。然而冻土的奥秘也不是一朝一夕就能揭开的，中国科学院研究人员对青藏高原的冻土及冻土区工程的研究经过了40多年艰苦卓绝的努力，才使其神秘面纱得以揭开，为青藏铁路顺利通车奠定了基础。

由于青藏高原的特殊的自然环境，国外一些权威专家断言：按人类现有的科技水平，要让铁路横穿昆仑山和唐古拉山，至少要在100年以后。由于高温冻土、高原缺氧、生态环境等难题一时尚无法攻克，加之国力经济等问题，青藏铁路工程被迫几次下马。为了全面掌握沿铁路线冻土分布与特征，自1961年起中国科学院就自己组织队伍，陆续对青藏公路沿线进行了冻土调查与勘探，并建立了观测站进行长期观测。在此期间，科研人员进行了冻土分布特征研究、冻土区筑路工程条件、青藏公路沿线不良冻土地质现象研究、青藏公路沿线冻土考察、青藏公路沿线冻土考察与测绘、青藏高原冻土区水源问题研究、昆仑山及楚玛尔河地区的冻土区域调查及公路冻土路基稳定性研究等大量工作，初步掌握了青藏高原多年冻土的分布与状态及青藏公路病害原因；查明了唐古拉山南麓多年冻土特征及矿山开采中的工程稳定性及冻土温度变化动态；掌握了青藏高原多年冻土基本特征等问题。解决了青藏铁路建设线路选线方案，青藏铁路设计中所需的冻土参数以及工程病害治理措施、冻土温度变化规律等问题。同时，建立了冻土工程长期试验观测场；为解决冻土区工程提供了设计所需的有关参数和冻土病害治理措施。在此基础上，编著出版了《青藏公路沿线冻土考察》、《青海热水柴达尔地区的冻土特征》等报告，并向青藏铁路研究指挥部提交了12个研究专题报告，其中“青藏铁路建设冻土问题研究”、“青藏铁路沿线冻土问题”等三项获得国家科学大会奖、中国科学院重大成果一等奖。这些研究成果无疑为后来的青藏铁路顺利通车做出了重要贡献。

注重研究平台建设，创造冻土研究奇迹

为力破冻土工程问题，全面开展冻土工程特性及工程模拟研究，为青藏铁路上马做好基础性工作。1989年，通过国家批准在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所（原兰州冰川冻土研究所）建设了冻土工程国家重点实验室。冻土工程国家重点实验室的建成，为我国研究冻土提供了一个平台，为青藏铁路的建设提供了一个重要的科技支撑。我作为冻土工程国家重点实验室的一员，冻土工程国家重点实验室的建成也为我从事冻土研究创造了有力的条件。实验室建成之后，立足于寒区冻土工程、冻土环境以及冻土生态系统的研究，主要研究岩土介质冻融过程及相关的力学、物理、化学和生物过程、特性、机理和模式，及其在解决工程、环境与资源问题上的应用。并结合国民经济建设，完成了南水北调工程预科研、青藏铁路预科研、青藏公路二期整治工程、青康公路改建与整治工程、青海大阪山隧道修筑技术研究、兰州—西宁—拉萨通讯光缆干线工程等国家重大建设项目中的相关科研工作。陆续解决了冻土的相关理论、冻土区工程建设等问题。该实验室程国栋院士在国际上首次提出了“未冻水的重复分凝机制”解决了国际上长期悬而未解的冻土难题。创造了冻土研究史上的奇迹。

在青藏铁路上马前夕，如何选线成了各方争论不休的问题，也是青藏铁路建设的首期难题。铁路到底从哪里进藏--甘藏、青藏、川藏、滇藏，却是仁者见仁，智者见智，争论不休。 然而国家有冻土工程国家重点实验室这张王牌，一切问题迎刃而解。冻土工程国家重点实验室积极主动地配合铁道部门进行了青藏铁路预可研工作，通过分析总结40多年来，特别是近20年来的关于青藏高原多年冻土工程问题的研究成果，提交了《高原多年冻土区青藏铁路冻土工程及其环境变化预测》、《青藏铁路工程设计中冻土设计参数的综合评价》、《青藏铁路建设中的雪害防治技术》、《国内外多年冻土区铁路工程修筑的情况与现状》等最新研究成果，并明确回答了修建青藏铁路的可行性问题，指出了青藏铁路修建的关键核心问题是高温多年冻土地区路基稳定性问题，并通过报告给出了解决此问题的途径。经过铁道部门进行科学慎重的研究，到1998年经过论证比选后，中央决定修建青藏铁路。这为进藏铁路上马成为可能写下了重要的一笔。

依托知识创新重大项目，攻克青藏铁路冻土难关

为攻克青藏铁路冻土难关，中国科学院以知识创新工程为契机，于2001年启动了知识创新工程重大项目“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应研究”。该项目得到铁道部及其青藏铁路公司、青藏铁路建设工程指挥部的大力支持，由我国冻土权威研究机构——中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室牵头，组织国内冻土工程研究的相关单位（包括中铁第一勘测设计院、中国铁科院西北分院、中国科学院武汉岩土力学研究所等）承担。项目主管为程国栋院士，我和吴青柏作为项目首席科学家，既感受到无尚光荣，又感到责任重大。项目启动以来，我特别注重发挥团队优势，大力倡导创新思维，积极营造优秀人才脱颖而出的环境，各项工作已经取得重要的创新性研究成果。

青藏铁路全长（西宁至拉萨）1142公里，其中需要新修的格尔木至拉萨段，全长1118公里，包括多年冻土区长度为632公里（大片连续多年冻土区长度约550公里，岛状不连续多年冻土区长度82公里），全线海拔4000米以上地段长度约为965公里。格拉段铁路的大部分路段在高海拔、多冻土地区，如何解决青藏铁路冻土路基稳定性难题，成了青藏铁路建设的关键问题。

冻土区筑路遇到的主要问题是冻胀和融沉问题。在季节冻土区主要面临冻胀问题，在多年冻土区主要问题是融沉。青藏高原的多年冻土大多属高温冻土，极易受工程的影响产生融化下沉。因此，高温冻土及全球变化使青藏高原铁路的修筑面临着严峻的挑战，也就是说青藏铁路成败的关键在路基，路基成败的关键在冻土，冻土的关键问题在融沉。“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应研究”项目的成功，为青藏铁路顺利通车做出了关键创新贡献。

我们项目研究人员在海拔近5000米的青藏高原北麓河试验站承受着恶劣的气候、缺氧和高山反应等高原作业危险，通过众志成城、万众一心的努力，在国际上首次创造性地提出了调控热的传导、对流、辐射为理论基础的冷却路基、降低多年冻土温度的设计新思路。解决了青藏铁路冻土路基稳定性等世界难题，得到了铁道部等有关部门的高度评价。铁道部在2001—2004年间每年向青藏铁路建设领导小组工作汇报中均特别指出，中国科学院寒旱所的科研成果为青藏铁路建设提供了重要的技术支撑，部分成果和参数已被纳入青藏铁路有关技术标准和设计中，用于指导工程设计和施工，有力的指导了青藏铁路建设。

由于成绩突出，项目组连获多项大奖。2002年被国家人事部、中国科学院评为先进集体；2003年度被中国科学院评为院创新文化建设先进集体和2001--2002年度重大创新贡献团队。2005年获中国科学院授予重大杰出科技成就奖

提出原始创新思路，为工程建设保驾护航

青藏铁路建设中，高温冻土及全球变暖是青藏高原铁路的修筑面临最大的挑战，其成败关键在冻土路基。然而，中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室科研人员在大量观测、模拟的基础上，在国际上创造性地提出了“冷却路基、降低多年冻土温度”的主动保护多年冻土的设计新思路，提出了通过调控热的传导、对流和辐射的工程措施，为全面解决高温、高含冰量冻土路基的工程稳定性提供了科学和技术途径，走出了我国在高原多年冻土区修建铁路的一条自主创新之路。该思路已得到铁道建设部门的认可，所有的铁路工程问题都以此为依据进行设计和施工。

同时，在青藏铁路上马之时，我们科研人员通过多年的研究明确回答了修建青藏铁路的可行性问题，指出铁路修建的关键核心问题是高温、高含冰量多年冻土路段路基稳定性问题。这为铁路建设部门吃一颗定心丸。青藏铁路建设以来，中国科学院先后向铁道部门提交研究报告48份，许多建议已被青藏铁路建设工程采纳。建议建设工程采取了如“通风管路基、抛石路基”等积极保护冻土的措施。考虑到气候变化和工程作用下多年冻土变化的特征，建议铁路建设部门在高温冻土区的高含冰量路段，采取了“以桥改路”的补强措施。在冻土区设计青藏铁路路基高度一般大于2.5米，才能保证路基冻土的稳定性，但在全线设计中路基总体设计是随路段的不同而不同。这为工程明确回答了极高温多年冻土区确实存在合理路基高度的问题，为全线路基设计提供了依据。通过试验发现，保温材料可在低温多年冻土路段适当采用，但高温冻土区易受气候和工程的影响比较敏感，冻土上线容易下降，地下冰容易融化，高温路段应尽量避免；通风管路基结构能有效地保护冻土、维护冻土路堤稳定性，工程措施的实效明显。充分验证了抛、碎石护坡具有极佳保护多年冻土作用，可以全线推广；遮阳棚能有效减少太阳辐射对多年冻土影响，建议将遮阳板措施广泛用于高路基边坡。这些建议部分已被应用于青藏铁路中，极大地改变了原来的被动设计思路。这些建议和研究成果已被广泛地应用于青藏铁路工程设计的修正和措施补强措施中，为青藏铁路起到了保驾护航作用。

加强铁路沿线生态保护，促进人与自然和谐共处

在青藏铁路建设中，沿线生态保护也是工程建设的另一大难题。青藏铁路沿线是是我国和东南亚地区的“江河源”和“生态源”，在可可西里、羌塘等国家级自然保护区里，栖息有藏羚羊、野牦牛、藏野驴等珍稀野生动物。据统计，西藏有哺乳动物142种、鸟类488种、爬行动物55种、两栖动物45种、鱼类68种、昆虫2300多种，其中包括国家一级保护动物41种，二级保护动物84种。如何使野生动物的繁衍不受影响，我们在科学考察和大量的分析和研究基础上，提出在青藏铁路路基上修建野生动物通道或将路基的坡度修缓，使动物能够自由迁息的方案，得到了设计部门的一致认可。从格尔木到拉萨，按野生动物的分布范围，杨奇森规划设置了33处野生动物通道。按照野生动物口味，33处通道又有桥梁下方、隧道上方及路基缓坡3种形式，顺利地解决了野生动物迁移通道问题。另外，还建立植被恢复示范点，为青藏铁路干扰地段植被恢复提供技术支持，推动青藏铁路的“绿色长廊”建设。

实施气候科学预测，为冻土路基提供安全保障

 青藏铁路是百年大计工程。随着温室气体效应的增加，全球气温将进一步升高，这为青藏铁路冻土路基的稳定性提出了巨大挑战。为此，我们开展了百年气候变化及多年冻土变化预测研究，就未来气温升高趋势，科学地回答了目前青藏铁路建设中极为迫切的问题。提出自然因素和人类活动综合起来，预计未来50年青藏铁路沿线平均年气温还将继续上升，但变暖的速度将明显比1990s年代减缓，变暖幅度在0.5℃左右。与1971～2000年的平均相比，增温幅度在1.0℃以内。这一升温幅度的概率为0.64～0.73。气候变化对多年冻土有较大的影响。未来50年气温升高1℃，多年冻土地温带的空间分布将发生相应的变化，少部分多年冻土将退化为季节冻土，季节冻土区面积比例将增加1.7%。在气温转暖影响下多年冻土将发生较大的变化的情况下，对青藏铁路建设和冻土研究都提出了很高的要求，并建议铁路施工有关部门在工程设计和施工中必须全面考虑。通过室内模拟研究发现，青藏高原气候在升高1℃的情况下，目前设计的路基没有变形，路基稳定性较好，设计方案支持外界条件的变化，冻土路基完全能应对气温的升高。再加上片石路基、碎石路基、遮阳板路基、热棒措施等各种措施的补强作用，在升高1℃的情况下，冻土变化也不强烈。冻土区病害率也不会有太大变化。这为目前路基的设计方案提供了充分的技术支持。

另外，青藏高原是夏季雷电和雷暴的多发区，成了青藏铁路施工和运营中的通讯与雷电防护的难题。为此，我们提出了雷电和雷暴的研究。通过研究，对青藏高原雷电、雷暴的时空分布特征有了比较清楚完整的了解，为铁路施工和运营中的通讯与雷电防护提供科学依据。研究发现，青藏铁路沿线闪电活动的频繁期发生在5---7月份，由于夏季印度西南季风和高原季风的影响，高原铁路沿线32N以北地区闪电活动的最活跃期都在7月份，而在高原中南部地区，闪电活动的最活跃期出现在7月前。随着地面海拔高度的升高，明显增大的地面背景电场和降低的连接先导始发门限，使云地雷闪的闪击距离随海拔高度的升高明显增大，此结论对雷害机理及雷电防护的研究具有较强的指导意义，为青藏铁路通讯线路防护和站后工程的雷电防护提供科学依据。

应青藏铁路建设所需，积极配合铁道部门开展应急研究

为了建设“高水平的环保青藏铁路”，我们在青藏铁路建设初期，就在整理分析现有科研成果的基础上，以创新工程为依托，并于2000年初起开展了新技术、新材料、工程对策、工程模拟等研究，主要进行了工程技术影响下高原多年冻土环境变化预报模式研究、多年冻土区抛石路堤实验研究、可变导热性能结构材料研究、寒区隧道工程衬砌结构理论与路基稳定性试验研究等，以满足青藏铁路工程设计和施工的急需。

在青藏铁路建设中，我们还积极配合铁道部门参与了青藏铁路工程勘察、设计暂行规定编制；还为设计部门工程勘测、设计等人员进行冻土工程问题专门培训和应用成果专题讲座；参与了设计部门组织的青藏铁路沿线冻土调查，实地介绍了多年冻土区的冻土分布与特征、指明了沿线不良地质现象的具体的分布位置与范围，并建议了试验工程地段；提出了相关的设计要点；将大量的科研成果无偿的给设计部门使用；积极主动地给铁道部和设计施工部门献技献策，包括环境保护、工程建设、管理组织与协调、劳动保护与保健等建议。这些研究成果和建议为施工部门顺利施工提供了有力的保障。

根据我们对冻土的研究成果，青藏铁路公司对多年冻土区工程设计原则进行了重大调整，增加了块石路基、碎石护坡等补强措施，对全线高温极不稳定多年冻土区路基结构，改为“以桥代路”，提高了线路技术标准，消除了未来工程重大隐患，确保重大工程安全。

青藏铁路目前已建成通车，从整个建设的过程，使我深深地感受到长期的科研积累是青藏铁路建成通车的基础，人才的积累是青藏铁路建成通车的关键。