攻克青藏鐵路建設“瓶頸”

程國棟，凍土學家。中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所研究員、博士生導師、中國科學院院士。

程國棟1943年7月11日生于上海。1965年畢業(yè)于北京地質學院(現(xiàn)中國地質大學)水文地質與工程地質專業(yè)。1984年至1986年在美國陸軍寒區(qū)研究與工程實驗室進修，獲該實驗室名譽研究員稱號。曾任國際凍土協(xié)會主席。現(xiàn)任凍土工程國家重點實驗室主任、中國地質大學客座教授、中國科學院西部資源環(huán)境科學研究中心專家委員會首席科學家、國家自然科學基金委員會地理學科評審組成員、中國科學院自然科學獎評審委員會委員。曾榮獲甘肅省“優(yōu)秀專家”稱號及全國“五一”勞動獎章。

凍土里面有冰，冰融化以后就變成一灘稀泥，就沒有了承載力

從2001年開始，程國棟的腦子里始終環(huán)繞著一個數(shù)字：100，這是他跟國家鐵道部的領導定下的一個軍令狀，青藏鐵路在凍土地區(qū)的時速必須達到100公里，這在全世界都將是最領先的。

2006年7月1日，舉世矚目的青藏鐵路實現(xiàn)了全線試運營，青藏鐵路格爾木至拉薩段是目前全球穿越永久性凍土地帶最長的高原鐵路，這條鐵路處于多年凍土區(qū)的線路長達550公里。而凍土對溫度極為敏感，隨著溫度的變化．它會“變瘦”或“發(fā)胖”。可以說，青藏鐵路建設成敗的關鍵在路基，路基成敗的關鍵在凍土，凍土的關鍵問題在凍脹和融沉。在解決青藏鐵路凍土問題過程中。程國棟和他的科研團隊作出了重要貢獻。

記者：在現(xiàn)在我們的理解中，青藏鐵路工程最難的一點應該是凍土。

程國棟：青藏高原的凍土，也稱之為多年凍土，就是說，它起碼存在兩年或兩年以上，甚至可能存在上百年、上千年。青藏高原上也有夏天，也會出現(xiàn)夏天融、冬天凍的現(xiàn)象。但那是表層的活動，也叫活動層，而在活動層底下全部是多年凍土。最可怕的是凍土里面有冰，就是說，它凍的時候要結冰，變成冰以后體積要膨脹，就要發(fā)生凍脹；冰融化以后就變成一灘稀泥，就沒有了承載力。所以說最主要問題就是凍脹和融化。特別在活動層里，冬天要凍，夏天要融，反反復復，產生很多奇怪的現(xiàn)象。

記者：比如說會有什么現(xiàn)象呢?

程國棟：比如說凍脹丘，好好的一個地方，因為凍脹，地面就鼓起來，昆侖山埡口有一個凍脹丘約14米高，直徑有100多米。

記者：地表會形成這么大一個鼓包?

程國棟：對，下面就是很厚的地下冰，2001年昆侖山大地震，裂開了一條400多公里的縫，我們就能看到那個縫里全是冰。

新中國成立前，對于凍土的研究幾乎為零。1959年秋，著名冰川凍土專家施雅風向中科院建議成立冰川凍土研究所，時任中科院黨組書記的張勁夫說：“施雅風這個建議很好，很超前，中國幅員遼闊。將來要建設鐵路，建設公路，必然涉及凍土。沒有凍土科研的超前，必然導致工程建設的滯后。”

據(jù)近年的研究表明，中國的凍土面積在世界上排在俄羅斯、加拿大之后，居第三位。從分類上說，中國的高海拔凍土面積世界最大。

凍土問題是目前世界性難題，世界上幾個凍土大國俄羅斯、加拿大、美國等都為解決凍土技術難題付出了艱辛努力。世界上在凍土區(qū)修筑鐵路已有百年歷史，但因難度大，很多問題尚未解決。20世紀70年代建成的第二條西伯利亞鐵路，在1994年調查時。線路病害率達27.5％。運營近百年的第一條西伯利亞鐵路。1996年調查時線路病害率為45％。

在中國，東北鐵路的病害率將近40％，青藏公路1990年修完以后。病害率接近30％。

與俄羅斯西伯利亞、美國阿拉斯加多年凍土不同的是，青藏高原的多年凍土大多屬于高溫凍土，極易受工程的影響產生融化下沉。

程國棟：現(xiàn)在我們對全世界凍土區(qū)的鐵路做了一個統(tǒng)計，大概總的病害率平均是30％。

青藏高原有一個特點，因為海拔高，凍土溫度高，接近零攝氏度，稍微有擾動就容易融化。現(xiàn)在大家都承認了，全球氣候在轉暖，按照我們自己的科學研究，青藏高原有兩個說法，一個叫放大器，氣候轉暖的幅度、升溫的幅度要比全球平均值高，跟兩極一樣；還有一個叫先兆期，就是說全球氣候轉暖的信號在青藏高原出現(xiàn)得最早。

記者：它先暖?

程國棟：對，它先暖。青藏高原除了自身溫度高的特點，還受氣候變化的影響。在青藏高原修建鐵路是百年大計，必須考慮到50年到100年的變化。50年、100年以后。氣溫升到比較高的程度，凍土會怎么樣?現(xiàn)在預測的是，到2050年青藏高原溫度升高2.2度到2.6度，凍土在零下1度，升到2度多就化掉了。

所以，在青藏高原上筑路，講起來就是三句話：多年凍土地區(qū)筑路難，青藏高原筑路更難，現(xiàn)在加上全球轉暖，可以說難上加難。

“文化大革命”中，挖過防空洞，也去過干校，但是憑良心說，因為青藏鐵路，我們一直都在搞凍土科研

青藏高原紛繁蕪雜的凍土環(huán)境，成為制約青藏鐵路建設的“瓶頸”。青藏鐵路也經歷了長達半個世紀的勘察和“三次上馬、兩次下馬”的起伏命運。1951年5月25日，即和平解放西藏協(xié)議簽署后第三天。毛澤東以非凡的氣魄下令修筑青藏公路。1956年，鐵道部正式承擔修建進藏鐵路的前期規(guī)劃。開始進行青藏鐵路勘測設計工作。1958年，青藏鐵路邁出歷史性的一步，全長814公里的青藏鐵路西(寧)格(爾木)段分別在西寧和關角隧道開工建設，格(爾木)拉(薩)段的勘測工作也派出五六百人的龐大“兵力”。然而，因當時經濟困難。國家經濟實力難以承受，1961年3月青藏鐵路西格段和格拉段建設雙雙“下馬”。

程國棟1967年前往青藏高原調研時。青藏鐵路正處停工期。

程國棟：大概是1967年，鐵道部第一勘測設計院、鐵道部科學研究院西北所加上我們單位，想到青藏鐵路去進行調研，我就是這次去的，但去后，剛好“文化大革命”開始，工作又停下來了。1974年，青藏鐵路恢復動工，當時的起因是尼泊爾國王比蘭德拉訪華，他來后請毛澤東修鐵路到尼泊爾，所以毛澤東批示青藏鐵路要上。

1974年3月，鐵道兵第七師、第十師共6.2萬名指戰(zhàn)員再上高原。展開青藏鐵路西格段建設大會戰(zhàn)。與此同時，勘測設計大軍在1000多公里的格拉段，展開勘測設計大會戰(zhàn)。

經過5年的艱苦奮戰(zhàn)。1979年青藏鐵路西格段鋪通，1984年正式投入運營。而限于當時高原、凍土等筑路技術難題沒有解決。以及對選擇修建滇藏、川藏還是青藏線存在不同看法．1978年8月青藏鐵路格拉段第二次“下馬”。

程國棟：“文化大革命”中，我們也挖過防空洞，也去過干校，但是憑良心說，因為青藏鐵路，我們一直都在搞凍土科研。

記者：還算是在干專業(yè)?

程國棟：是這樣。

記者：這時候您的命運就跟青藏鐵路綁定了?

程國棟：其實我們搞凍土的一直想的也就是這些，青藏鐵路承接了幾代人的夢想與心血，這話對我們來講確實是這樣。現(xiàn)在長江大橋不算什么了，但當時是非常

了不起的，叫“共產主義建設工程”

程國棟生于上海。在高中畢業(yè)時，學校組織畢業(yè)生參觀華東師范大學地質地理系。一位講師介紹了關于打開喜馬拉雅山改變中國氣候的大膽設想，這深深地打動了尚未決定未來人生事業(yè)方向的程國棟。不多時日，程國棟又從北京地質學院的招生廣告中看到兩項大工程的簡介。于是他瞞著家長報考了北京地質學院。

記者：您在選擇這個職業(yè)時，有沒有想過將來可能也會做一個大的工程?

程國棟：我考北京地質學院這個學校，想的就是大的工程。中學畢業(yè)的時候，我記得北京地質學院那個招生廣告非常吸引人，它講了兩個工程，一個叫南水北調，一個叫長江大橋，當時的說法就是把這兩個工程叫做“偉大的共產主義建設工程”。雖然現(xiàn)在長江大橋不算什么了，但當時是非常了不起的“共產主義工程”，我就沖著這個，報考了這個學校的水文地質與工程地質系。

記者：您覺得應該有這樣的氣魄作出這樣的事業(yè)來?

程國棟：我們那時大概受蘇聯(lián)的影響比較多，對“偉大的共產主義建設工程”，大家都很羨慕，想建功立業(yè)，想參與這樣的大工程。

1965年程國棟大學畢業(yè)后便來到中國科學院蘭州冰川凍土沙漠研究所，被分配到凍土研究室工作。此后他便與凍土結下了不解之緣。與青藏鐵路結下了不解之緣。

記者：那時工作條件應該很艱苦吧?

程國棟：很艱苦，那時確實很艱苦。

記者：那時有沒有高壓氧艙?

程國棟：沒有，絕對沒有。連交通工具都很困難，我們去青藏高原坐的都是解放牌汽車。

記者：坐在車廂里?

程國棟：哪有車廂?都是露天的。坐在后面那個車斗里，當時的路很差，叫“搓板路”，坐在車上，顛得心里難受死了。

記者：您印象當中，當時最艱苦的是什么事?

程國棟：大概是1976年左右，我們去青藏高原有兩個方案，西線基本上是沿著青藏公路走的，而我?guī)ш犠叩臇|線是無人區(qū)。那個地方比較危險，緊張得不得了，高原上沒有路的地方，汽車很容易陷進去，陷進去后，有時能挖出來，有時挖不出來，挖不出來就有生命危險，無人區(qū)嘛。

記者：前后也沒法聯(lián)絡，也沒法通訊。

程國棟：還有一個緊張的情況是最怕得病。當時跟我一起去的還有一群唐山的學生，有一次搞測繪，作業(yè)完成后，下了像冰粒一樣的雨，一個學生被淋后感冒了，當天晚上就發(fā)燒，眼看著就不行了。但沒辦法，也送不出去，只好靠著當時帶去的衛(wèi)生箱搶救，好在那個小伙子體質好，熬過來。

從西寧到格爾木那段有一個隧道，在那個隧道里面鐵道兵就犧牲了五十幾個

記者：為了青藏鐵路“上馬”論證，你們付出了很大努力吧?

程國棟：從1974年到1978年，我們大規(guī)模地做了很多工作，基本上把青藏鐵路的初步設計做出來了，我記得各種各樣的科研隊伍都去了。

那個時候修青藏鐵路，犧牲的人不少，這大概也是鐵道部后來主張走滇藏線的原因，走青藏線太可怕了。

記者：太可怕?

程國棟：可怕就可怕在高原反應，導致人員的死亡。從西寧到格爾木那段有一個隧道，在那個隧道里面鐵道兵就犧牲了五十幾個。當然，那時條件確實很差，保障條件也差。

記者：青藏鐵路第二次“下馬”，與凍土研究的難關有沒有關系?

程國棟：那也是個原因，當時還沒有全球氣候變暖的說法，所以在做初步設計的時候，也沒有考慮氣候轉暖因素，但是雖然把初步設計做了，好像還不是很有把握，因為東北鐵路對我們來說也是一個參照，我們走過東北鐵路，那條鐵路確實很糟糕。所以對于在青藏高原上能不能有把握做好這樣大的凍土上的工程，也很難說。

記者：后來聽到這個工程最終還是“下馬”的時候，您是什么感受?

程國棟：很遺憾。

他們找到很多事實根據(jù)支持我這個學說，后來他們把這些東西放進教科書里去了

雖然青藏鐵路第二次“下馬”，但作為項目負責人之一的程國棟出色完成了由國家組織的聯(lián)合攻關項目——青藏鐵路建設中的凍土問題研究。該項目1978年獲國家科委“全國科學重大科技成果獎”。程國棟根據(jù)自己多年實地考察的結果，并在總結大量資料的基礎上，創(chuàng)造性提出了“厚層地下冰形成的重復分凝機制”。1983年他的論文在國際凍土權威雜志《寒區(qū)科學與技術》(荷蘭)上發(fā)表，立即在國際凍土學界引起很大反響。許多凍土學家給予了很高的評價。并冠之以“程氏假說”。“程氏假說”成為迄今為止很有說服力、較完善的厚層地下冰形成學說，國際凍土界長期懸而未決的一個重要理論問題獲得較完美的解決。

記者：您當時提出“程氏假說”后，為什么會首先把文章寄給加拿大的科學家馬凱?

程國棟：當時在世界上關于地下冰研究領域里，馬凱是最具權威的，我的論文寄給他，一方面希望他能看看，另一方面希望他幫我修改一下，結果他正好在野外觀測到有幾個事實跟我論文中說的一樣，他一邊給我改，一邊提出要引用我這篇論文。后來他還把我的這篇論文推薦到荷蘭的《寒區(qū)科學與技術》雜志上去。當時我是在這個雜志上發(fā)表文章的第一個中國人。

記者：這篇論文發(fā)表后在國際上反應怎么樣?

程國棟：有很多人做實驗，加拿大人專門搞了三年觀測，也有一些人在室內搞凍土科研。他們找到很多事實根據(jù)支持我這個學說，后來他們把這些東西放進教科書里去了。

1983年，程國棟被推舉為國際雪冰委員會地下冰分會主席。1984年至1986年。在美國陸軍寒區(qū)研究與工程實驗室(CRREL)進修兩年，并獲該實驗室名譽研究員稱號。1993年。第六屆國際凍土學會議在北京舉行，程國棟被推為國際凍土協(xié)會主席。同年12月成為新增選的59名中國科學院院士中最年輕的一員。這時他50周歲。

2000年，受鐵道部委托，以程國棟為主任的凍土工程國家重點實驗室參加了《青藏鐵路凍土工程地質勘察暫行規(guī)定》和《青藏鐵路設計暫行規(guī)定》兩個文件的編寫工作。2001年8月，他們很快就拿出了設計方案和實驗路基施工方案，這兩個方案得到中央領導同志的肯定和好評。

程國棟說，這兩個“暫行規(guī)定”體現(xiàn)了40年來中國在凍土領域的基礎研究成果。

2006年7月1日，青藏鐵路順利通車。程國棟沒有踏上首發(fā)列車，但是他當年跟鐵道部立下的青藏鐵路在凍土地區(qū)時速達到100公里的軍令狀。完成了。

(本素材由中央電視臺《大家》欄目提供，CCTV-10每周22:10、CCTV-1每周22:39播出)

(責任編輯 劉榮剛)