世界上海拔最高、线路最长的青藏铁路将于7月1日正式通车。冻土问题是青藏铁路建设中的最大难题。中国科学院寒区旱区与环境工程研究所在国际上首次创造性地提出了冷却路基、降低多年冻土温度的设计新思路，并进行了工程技术措施集成研究和示范工程建设，为铁路建设提供了科学依据和设计参数；提出动态反馈设计理念，逐步推进成果应用；参编青藏铁路多年冻土区工程勘察和设计暂行规定，成为铁路主导设计原则和规范；研究成果为青藏铁路工程建设提供了有效的科技保障，为青藏铁路建设作出了历史性的贡献。
西藏自治区地处祖国西南边陲的青藏高原，面积120多万平方公里，平均海拔4000米以上，是目前我国惟一不通铁路的省级行政区。交通运输设施的落后，已经严重制约了这一地区经济、社会的发展，成为我国主要的贫困地区之一。随着西部大开发的实施，西藏原有的以公路为主体的运输通道已远远不能满足经济发展的要求，修建青藏铁路势在必行。
修建青藏铁路不仅具有重要的政治意义，同时从发展旅游、促进西藏地区与内地的经济文化交流方面具有深远的意义，受到历代党和国家领导人的关怀和重视。然而由于国家经济实力和高原、冻土条件下的筑路技术尚未成熟等原因，青藏铁路的全线建设工作一直没有付诸实施。建国伊始，大局初定，当时的第一代中央领导便把修筑进藏铁路提上了议事日程。并于上世纪50年代开始，就对从兰州到拉萨的2000余公里线路进行全面的勘测设计工作。1973年，毛泽东主席在与尼泊尔国王比兰德拉会谈时指出，要加紧修建青藏铁路。1994年7月，党中央、国务院召开第三次西藏工作座谈会，会上再次提出修建进藏铁路，并得到了江泽民总书记的肯定和关注。2000年11月，江泽民总书记对建设青藏铁路做出了重要批示，指出：修建青藏铁路是十分必要的，对发展交通旅游、促进西藏地区与内地的经济文化交流是非常有利的，我们应该下决心尽快开工修建，这是我们进入新世纪应该做出的一个大决策，必将给包括西藏广大干部群众在内的全国各族人民带来很大鼓舞。青藏铁路的修建是党中央、国务院做出的一项重大决策，对加快西藏经济社会发展、促进西藏自治区同全国其他地区的经济文化交流，增强民族团结具有重要意义。
青藏铁路沿线自然条件恶劣，人烟稀少。海拔4000米以上地区，空气稀薄、气压较低，历年平均气压620mb～544mb，为海平面的60%～70%。空气中含氧量少，比海拔平面减少38%～46%。高原生态环境脆弱，工程建设中的环境保护问题更为突出。如何建设青藏铁路本来就是一道世界级难题。世界上在多年冻土区修筑铁路已有百年以上的历史，但回顾这些铁路的运营情况，却并不令人乐观。据1994年俄罗斯贝阿铁路的统计，线路病害率为27.7%。1996年对后贝加尔铁路的调查表明，线路病害率达40.5%。我国青藏公路改建工程完成后，在1999年进行了一次调查，报道的线路病害率也达31.7%。我国东北冻土区铁路的运营情况更差一些，估计线路病害率在40%以上。在如此高海拔、多冻土的区域修建青藏铁路，是一项前无古人的巨大工程，没有任何经验可借鉴，如何高质量完成青藏铁路建设，就是难上加难。
青藏铁路以青海省省会西宁为起点，西至西藏自治区的拉萨，全长约2000公里，2001年2月8日，党中央、国务院做出重大战略决策，批准建设青藏铁路二期工程格尔木至拉萨段。格拉段北起格尔木市，经纳赤台、五道梁、沱沱河、雁石苹，翻越唐古拉山，再经西藏安多、那曲、当雄、羊八井，南至拉萨。全长1118公里，其中青海省境内564公里，西藏自治区境内554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。
为攻克青藏铁路冻土难关，中科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??中科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，首席科学家为马巍、吴青柏研究员。项目启动以来，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。科研人员以高度的历史使命感和民族自信心，无私奉献、挑战难关，在海拔近5000米的青藏高原北麓河试验站承受恶劣的气候、缺氧和高山反应等高原作业危险，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。
青藏铁路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。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，为青藏铁路建设做出了一系列重大创新贡献。
中国科学院冻土工程国家重点实验室的科研人员在近20年的研究积累基础上，通过创新研究，在国际上首次系统地提出了“主动冷却冻土路基，积极保护多年冻土”的新思路，为解决高温、高含冰量
(高温冻土是地表以下约15米的地方年平均地温大于?1℃的冻土，高含冰量冻土是占20%以上的土体的冻土)和路基稳定性等技术难题提供了新的科学途径。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，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。青藏铁路建设以来，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，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。通过对气候变化、多年冻土和工程三者相互关系的研究，提交了综合科学研究报告，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。
在此基础上，通过试验研究发现，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轻易扰动，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。这些建议部分已被采纳，极大地改变了原来的被动设计思路。
同时，中国科学院科研人员还积极建设试验平台和监测系统，为铁路建设提供支撑保障。在2002年完成了北麓河试验段的野外试验平台与示范工程的建设，以及工程稳定性监测系统的建设，在青藏铁路建设的试验、实施和监测等方面发挥积极作用。在海拔4700米的青藏高原北麓河建成了总投资达1000多万元的“中科院冻土工程国家重点实验室青藏高原研究基地”，为青藏铁路建设、运营和维护提供了一个科学试验平台。并承担了北麓河试验段工程，在此进行了青藏铁路全部试验工程措施，如块石路基、碎石护坡路基、遮阳板、热棒和保温材料的综合使用试验以及通风管路基、保温材料、合理路基高度等工程试验。这些试验、研究成果为青藏铁路建设、运营、维护提供了重要的技术支撑，夯实了多年冻土区筑路技术的基础。工程对寒区生态、冻土环境影响和盐渍化及动荷载对冻土影响等部分研究结果已被青藏铁路设计应用。
初步搭建了气候和工程作用下多年冻土的监测平台。监测平台在青藏铁路没线主要由三个气象站和43个冻土监测段面构成，主要监测冻土路基的变形，冻土温度变化等。国外冻土区工程的监测平台也比较完善，比较典型的有俄罗斯的冻土区的铁路和输油管线监测，已经有十多年的历史。我国青藏公路也有40多个监测段面。为全面综合监测、评价和预测气候和工程作用下多年冻土变化特征打下了坚实的基础。在青藏铁路沿线系统地布设了29个监测断面，3个不同多年冻土温度区的块石路基监测场地。初步监测结果表明，块石路基下部多年冻土得到了较好的保护，路堤下多年冻土上限得到了较好的抬升，避免了上限附近的地下冰融化，保证了路基稳定性。
初步建成数字路基平台和项目管理平台知识库。为配合青藏铁路建设，已建立了青藏铁路各种工程措施的室内模拟实验平台，建立了通风管路基、块石路基数值仿真模型平台以及青藏铁路路基优化设计平台，为青藏铁路维护和寒区工程建设奠定了理论基础。开发了