位于青藏高原海拔4750米的中鐵西北院風火山定位觀測站。（資料圖）　中鐵西北科學研究院供圖

　　中國高原鐵路建設輝煌歷史的幕后“英雄”之一的中鐵西北科學研究院(以下簡稱“中鐵西北院”)，致力于我國高原鐵路特種路基基礎的科研與創(chuàng)新工作，為解決青藏鐵路“凍土難題”，埋頭苦干了六十年。

　　2021年，恰好是這條被世人稱為“通天之路”“東方哈達”的世界最長且海拔最高的高原鐵路——青藏鐵路開工建設二十周年，通車并安全運營十五周年，亦是中鐵西北科學研究院成立六十周年。

圖為20世紀70年代風火山觀測站科學城。(資料圖) 中鐵西北科學研究院供圖

　　之所以會出現凍土，是因為土壤里或多或少都含有水分，當溫度降到零度或零度以下，土壤里的水分就會凝結成冰將土壤凍結。凍土對溫度變化很敏感，會隨著溫度的升降“發(fā)胖”和“變瘦”。

　　就如蘭州人愛吃的“軟兒梨”，當梨被凍得硬邦邦時，因果肉內的水分凍結而膨脹，牙口再好也是“無處下嘴”。但隨著溫度升高，凍梨融化后就變得軟塌塌，只需輕輕吮吸就可品味到清甜的梨汁。

　　為什么凍土會成為修筑青藏鐵路的攔路虎？

中鐵西北院科技工作者在風火山觀測站收集儀表數據。(資料圖) 中鐵西北科學研究院供圖

　　因為列車需要翻越5000多米的高山，跨越十幾公里的山谷，最重要的是還有數百公里的多年凍土擋在那里。在平原地區(qū)克服這些困難已是不易，更何況還是空氣稀薄的青藏高原，人們在稍動一下就需要氧氣瓶的情況下，還怎么鋪設鐵軌、架設橋梁？

　　此外，冰在融化成水的時候體積要縮小，水在凍結成冰的時候體積要膨脹。自然界這個通俗的原理，造成凍土區(qū)在冬夏兩季形成了凍脹隆起和融化下沉，這種不穩(wěn)定的地質變化直接導致難以在凍土地區(qū)修筑公路、鐵路、橋梁、房屋?？朔@種凍脹和融沉給凍土區(qū)工程建設帶來的巨大困難，成為在青藏高原凍土區(qū)修建鐵路的核心技術難題。

中鐵西北院科技工作者肩挑手扛運送地質鉆機。(資料圖) 中鐵西北科學研究院供圖

　　青藏鐵路穿越了連續(xù)多年凍土區(qū)545公里，是目前世界上穿越多年凍土里程最長的高原鐵路。(年平均地溫低于-1.0℃多年凍土區(qū)160公里，年平均地溫高于-1.0℃多年凍土區(qū)275公里，融區(qū)110公里。)因此，青藏鐵路的修建面臨著分布更為廣泛的高溫和高含冰量凍土問題，而且必須充分考慮全球氣溫升高以及運營期間的人為活動、環(huán)境變化所形成的地質病害等不良影響。因此，凍土問題是修建青藏鐵路所面臨的最大難關，也是確保青藏鐵路工程質量穩(wěn)定和安全運營最關鍵的問題。

圖為中鐵西北院清水河樁基試驗場。(資料圖) 中鐵西北科學研究院供圖

　　在這個挑戰(zhàn)“不可能”的過程中，中鐵西北院完成了兩項工作：一是以科學研究為目的，建起了青藏高原上惟一一個全年有人值守的風火山凍土觀測站(海拔4750米)，積累了科研大數據；二是以攻克筑路難題為目的，修建了第一條(長483米)凍土試驗路基，開展了一系列工程試驗。

　　風火山(又名隆青吉布山)，因其山體呈紅褐色，十分醒目，好像被烈火焚燒了無數次，故而得名。風火山地區(qū)氣候環(huán)境極為惡劣，年平均氣溫-5~7℃，最低氣溫達-41℃，空氣中氧氣含量只有平原地區(qū)的50%左右，被喻為“生命禁區(qū)”。

圖為熱棒技術在青藏鐵路凍土區(qū)的應用。(資料圖) 中鐵西北科學研究院供圖

　　風火山地區(qū)集中了修建青藏鐵路“高寒缺氧、生態(tài)脆弱、多年凍土”三大世界級科技難題，也被前來考察的國外專家們斷言過，“青藏鐵路不可能通過風火山”。

　　但早在1961年，中鐵西北院的科技人員就在青藏高原多年凍土腹地，建立了我國第一座海拔最高、觀測項目最多、全年值守的高原凍土定位觀測站，也是國內最早進行凍土觀測和研究的科研機構，先后開展了區(qū)域凍土、凍土力學、熱學、路基、橋涵、房建、給排水、建筑材料、生態(tài)環(huán)保等9個專業(yè)領域36個科研課題的研究，取得了29項重大科研成果，連續(xù)測取了1500萬組數據，為破解多年凍土這一世界性難題奠定了堅實基礎，為決策修建青藏鐵路提供了技術支撐。

圖為青藏鐵路通車后列車經過中鐵西北院風火山觀測站。(資料圖) 中鐵西北科學研究院供圖

　　1976年，中鐵西北院科研人員在被稱為世界屋脊的青藏高原風火山，修建了第一條(長483米)試驗路基，被稱為“沒有鋪鋼軌的鐵路”?？蒲腥藛T采用不同的路基斷面形式和防護措施，把試驗路基分為了23個試驗段。包括路堤、路塹、L形柔性擋土墻、試驗涵洞。

　　同時，科研人員采取了多種防護形式，在邊坡或基底鋪設了草皮、粘土、瀝青膨脹珍珠巖、酚醛樹脂板、加氣混凝土、泡沫塑料、水泥珍珠巖板共七種保溫材料，采用不同的邊坡坡率和防排水措施進行觀察試驗。并提出了厚層地下冰地段路基工程的設計原則、斷面形式和防護措施，路基工程保溫的防排水措施，進而掌握了凍土路基人為上限和凍脹變化規(guī)律，取得了厚層地下冰地段路基工程設計和施工經驗。

　　中鐵西北院已故凍土專家劉鐵良，在對風火山483米試驗路基的長期觀測和研究的基礎上，總結出了一套在高原凍土地區(qū)通過鋪設草皮，植被來保護鐵路路基的辦法，其所運用的數據和計算方法，能準確計算出青藏高原凍土地區(qū)路塹邊坡保溫層的最佳厚度，開創(chuàng)性地解決了青藏鐵路路基保護問題。他的這一理論成果被國內高原凍土學術界稱為“鐵良公式”。

圖為青藏鐵路成功穿越凍土區(qū)。(資料圖) 中鐵西北科學研究院供圖

　　“實踐是檢驗真理的唯一標準”。從中鐵西北院挑戰(zhàn)凍土“不可能”的任務，反觀這一段青藏鐵路凍土研究的過程，可以說風火山凍土科研基地具有極其重要的地位，它系統(tǒng)地承載了凍土區(qū)筑路核心關鍵技術的機理研究任務，開創(chuàng)性地破解了凍土路基難題，強有力地支撐青藏鐵路成功穿越多年凍土區(qū)，實現了青藏鐵路設計時提出的“凍土區(qū)行車速度達到100公里／小時，非凍土區(qū)行車速度達到120公里／小時”的高標準。

　　如今，風火山凍土科研基地仍然像一座燈塔堅守在青藏高原上，通過在路基埋設物聯網元件，實現了實時、自動、持續(xù)測取凍土數據，并將監(jiān)測數據同步發(fā)往格爾木凍土工程試驗室，通過凍土路基預警監(jiān)測系統(tǒng)軟件分析數據做出判斷或發(fā)出預警，從而為青藏鐵路今后的安全運營保駕護航。

　　中鐵西北院三代科技工作者薪火相傳，挑戰(zhàn)了世界級的“不可能”，獲得了中組部“全國優(yōu)秀基層黨組織”，中華全國總工會頒發(fā)的全國五一勞動獎等殊榮，留下了“以苦為榮，勇于創(chuàng)新，孜孜以求，獻身科學”的風火山精神。