青藏铁路，北起西宁，南至拉萨，是我国西部大开发的代表工程之一。正在修建的青藏铁路格拉段（简称青藏线），北起青海格尔木南至西藏拉萨，建筑长度1110km（含拉萨客站及联络线长度），与“唐蕃古道”的走向基本一致，纵贯青藏两省区，其中青海省内562km，西藏自治区内548km。一期工程西宁至格尔木长815km，1956和1974年两次踏勘，58年至79年分四段修建完工，84年交付运营。在进入新世纪的第一年，不失时机地修建青藏铁路，强化进藏通道，具有重要的政治、军事、经济、及路网意义。
1青藏铁路的自然特征
1.1气候特征
进入昆仑山后，气候特征为高原干旱和亚干旱气候区，海拔高，空气稀薄，气压低，海拔4500m时年平均气压为580MPa，全年日平均气温低于0℃有277天，据报导那曲今年五月中旬的夜间温度还是－15℃。高原缺氧的自然气候将会使人和机械工作效率降低。
1.2地理特征
青藏铁路沿线呈梯形地势，格尔木海拔高度为2828m，往南开始攀升青藏高原，经约160km、20%的限制坡度上到海拔4772m的昆仑山口，之后至海拔高度4600m羊八岭，这一段全长880km，均在海拔4000m以上的高原起伏地带，其间在唐古拉山到达线路的最高处（5071m）。自羊八岭之后经约90km的下坡，抵达海拔高度为3628m的拉萨。整个线路先后要经过昆仑山、可可西里山、风火山、乌丽山、开心岭、唐古拉山、头二九山、念青唐古拉山。
1.3地质特征
青藏铁路全线高程大于4000m地段中965km范围内广泛分布冻土（冻结状态持续二年以上的土层），其中自昆仑山起有550km为连续冻土地区。冻土层中的冰容易受到人为活动影响融化而产生沉降。在多年冻土地区施工等人为活动对地表的扰动、草场植被的破坏都将改变地表水热交换的条件，引起冻融交替转换甚至引起新的冻胀；地表植被破坏以后难以恢复，从而会引起风蚀、水蚀等。
1.4工程总量
主要工程数量：路基土石方7882万m3，其立中石方605万m3，冻土方121万m3；特大桥24座累计20.58km，大中桥259座累计51.18km；隧道15座累计9681m，其中大于1km以上4座，桥隧占线路总长的7.8%。
2科学的专业的施工方案
2.1保护冻土
借鉴青藏公路多年整治的经验与教训，应尽可能遵循充分保护多年冻土的设计原则，如果是低路堤，必须使填土高度大于临界填土高度，高度不够时应在距路基面0.8m处加设聚氨酯板保温材料构成的隔热层；路堤高度过小（＜2.5m）时，还要采取对基底原冻土层进行换填的措施；对于填土过高地段（高路基），构筑通风路堤，即采取埋设横向通风管排的措施来散发填土中的热量并铺设土工格栅将填土分层；在高温冻土区，活动层厚度较大，冻结速度也较慢，若粘性土层中含有足够的水分，则容易发生冻胀，所以全部挖除换用弱冻胀粘性土作为路基填料，此时必须做好检算，采取相应的措施。
2.2专业施工队伍与机械化作业
在青藏铁路的初步设计文件中重点考虑了6年建设工期的方案，最快可在2005年底铺轨到拉萨。其中格尔木－望昆多年冻土试验段、拉萨河大桥和羊八井隧道等控制工程已于2001年7月1日开工。
不同于以往，由于青藏铁路独特的“冻土”问题，要采取大量的技术措施，再者修建过程中当地几乎没有民工可雇佣，内地的民工队伍由于“高原”缺氧现象也不可能上青藏高原，由此决定了青藏线只能由专业队伍采用高度机械化的方式来修。据有关资料统计，我国几次铁路建设高潮中，每公里施工人数，六十年代末为1000人，九十年代修建西安安康线为130人，而青藏线计划总用工量6317万人/日，由此预计平均公里将不足50人。困难条件增加了，施工人员又成倍减少，对机械化水平的要求就显而易见了。经过几十年的发展，我国铁路施工队伍的装备实力和技术水平已具备了必要的条件，实际上这也就是为什么多年没有上马的技术原因。
3施工设备
3.1铺架设备
初步设计资料青藏全线建设用主材全部要从内地供给，仅钢材水泥总量就达11400万t，如果全靠公路运输，工程费用的增加和现有公路的负担所带来的困难将难以预计。按照常规，铺轨架桥工作是在全线路的路基工程基本完工之后进行，青藏线的策略则是尽可能发挥已修线路的铁路运输作用，充分利用每年有效铺架时间不足9个月的时间，首先完成靠近格尔木路段的铺设，尽早形成运输能力。我国铁路铺轨架桥设备的元老单位武汉工程机械厂正在积极配合施工单位进行设备改造设计，重点是解决现用的12V135柴油机在高原动力下降问题，另外为南端架桥机的运输，设计拆装式新架桥机，最大组件的重量只有10t，方便汽车在青藏公路运输。
3.2辅助机械
在海拔4000m以上的高原，气压不足常压的60%。据医学的测试数据显示：当海拔升高，大气压下降23%时，含氧量下降31%。对于内地上去的工作人员来说，生活适应性将是一种严峻的考验。
在平原地区看来劳动强度一般的工作，在高原缺氧地区就难以实现了，为了减轻施工人员的劳动强度并切实考虑工人的身体健康和劳动安全，我们有必要将普通的搬运、提升等工作采用机械化。这样就势必使用大量的在常规条件下并不采用的小型机械，例如小型装载机，小型吊机和适应短距离的运输设备，国外著名公司如卡特彼勒、小松、英格索兰、格瑞道都有大批的小型施工机械和集材、抓斗、破碎等附属工具。
施工队伍的生活，住房设施会以金属活动房为主，也有利于环保，建议有条件的单位应配置一定数量的增压式房屋，同时解决缺氧和低气压两方面对人的影响，内地人员去青藏高原，身体不适应是普遍的，增压式房屋可为高原病的疾病治疗提供一定的条件保障，严重时可争取抢救时间。
这种广泛意义上的机械化施工，实际上是施工文明的一种进步，也是高速度、高质量建设青藏铁路的必须。
3.3路基工程设备
青藏线路基工程类型主要有：挡土墙工程、崩塌整治工程、热融滑坍路基处理工程、冻土沼泽路基处理工程等。
路基工程是铁路建设中重点，我国以往铁路建设中不重视路基工程有过严重的教训，路基基床病害造成损失极大，常常是在施工中被迫增加路基防护加固工程，或者是在开通运营之后灾害频频发生，既影响了行车安全，又增加了路基养护维修费用，得不偿失，在实行少维修原则的青藏线，如果修建过程中留下了路基工程的隐患，其后果将更为严重。
山区铁路建设中，防止和根治山体滑坡是一个不可避免的课题，在青藏线上则要选用冻土地区适用的支挡结构和路基加固技术。依据我国已有的经验，支挡抗滑工程其基本方式有预应力锚索、抗滑桩和预应力锚索抗滑桩等。
预应力锚索是应用于边坡加固、基坑开挖支护的新型土工结构，在三峡水电大坝工程和南昆铁路八渡车站已均有成功的应用。用锚索将滑动山坡同山体本身锚固在一起，具有施工期短发挥作用快的特点，国内锚索长度可达70m左右，国外资料介绍为150m，在山体滑动的临界状态时，一根锚索就有可能制止整个滑体滑动的发生。
挡土墙采用柔性、轻型、拼装化结构如锚定板挡土墙、悬臂式挡土墙，并在背面设置隔热层，换填粗颗粒土，保护多年冻土和防止冻胀。线路通过热融坍滑路基地带时，根据具体情况设置支挡结构物。
在设置深长锚杆、锚索的设备方面，铁路施工单位的装备相对还显得薄弱，缺乏如同英格索兰、土力、阿特拉斯等公司的先进机型，为解决青藏线复杂的路基永久支护，必须依据情况进行足够的设备投入。
3.4桥梁基础施工设备
选线时不良地质地段仍是不可避免，在极不稳定冻土地段，除了在路基施工中采用保温层、通风路基、清除富冰冻土等综合技术措施外，还重点考虑以桥代路的措施。当换填量太大时，权衡经济和工程质量等因素，以桥为好，桥梁所占线路总长比例由原设计的3.5%提高到6.9%。
青藏高原腹地，自然生态环境十分脆弱，修建桥梁基础对环境干扰大，优先采用桩机，少用明挖基础。在内地铁路桥梁基础施工中，我们大量采用的是经济型的冲击钻机，在青藏高原低气温条件下，护壁泥浆就会结冰而显得不适宜，同时泥浆又必然要对环境造成污染和干扰，改变地表热交换，不符合环保要求。
铁路施工单位过去曾引进过日本和意大利等公司的套管钻机，大桥局桥机厂为青藏线新开发料KU1500型旋挖基础钻机，扭矩100kNm，最大深度可达30n，这类不用泥浆的钻孔设备可以说是最适合于青藏铁路的桥梁基础施工。
3.5大马力推土机裂土器
进行冻土挖掘施工时，将大幅度地增加了机械的挖掘阻力和冲击力，会对挖掘机的铲斗、大臂和其他结构件造成危害，常规使用中这些结构件焊缝的开裂现象本来就较普遍，那么在冻土地区就要格外注意。虽然国外40t级的挖掘机标明有20t的挖掘力，但使用中也应严禁直接挖冻土，避免损坏结构。
合理的方式应是用大马力推土机的裂土器先将冻土裂开。我公司近年来就引进了几批卡特和小松400马力以上的推土机，裂土深度为1m，如用单齿深度可达1.4m，可在地震波速度高达3200m／s的情况下裂土作业，为挖掘机作业创造条件，将形成冻土施工的独特模式。
3.6以电动为主的隧道施工设备
青藏铁路线的隧道开挖中最严重的问题莫过于峒内缺氧，在配备良好通风设施的前提下，要避免在使用需消耗氧气和产生废气污染的内燃动力设备。
目前钻孔、装碴、运碴等关键设备在中国铁路总公司内已完全形成了电动化配套，如引进了德国挖装机、挪威铲装机等先进装碴设备和英国电瓶车都是效率高、无污染的，在高原也不存在功率下降的问题。铁五局三环机械厂和铁一局、隧道局等单位，还都研制开发了类似的电动隧道施工设备，如应用了变频技术的电瓶车、用梭矿改装成的挖装机，梭式矿碴车和轨行式混凝土罐车等，形成了完好的配套。
液压钻孔台车的作业效率要比风动钻机高得多，但用风动钻机，压缩空气会成为开挖掌子面的氧气来源之一。考虑爆破对隧道内空气的影响和对山体的扰动，青藏线隧道施工应当优先考虑不采用钻爆法，要研究新的工法，如铁四局在宝中线黄土隧道施工时，就采用过电动挖掘机直接掘进。还有悬臂掘进机的工法也是很有可能采用的。
3.7混凝土工程施工设备
在低温条件下混凝土施工要解决冻结问题，使用低温早强耐久混凝土技术是值得考虑的。该技术是在普通混凝土的基础上掺入适量的附加剂，使制成的混凝土在建筑初期低温下迅速硬化获得初始结构，能抵挡后期负温的冰冻作用并继续水化，具有早强和耐久性好的特点。而负温混凝土施工技术添加特殊的添加剂后，使配成的混凝土在–10℃的条件下不会遭到破环，其强度仍能继续增长，28天后强度可达设计值的60%。
此两技术在我国北方已取得丰富的经验，不过作为铁路桥梁、桥墩等重要混凝土构件，铁路技术规范要求十分严格，如32m梁必须通过300t（火车头约重140t）承重20min的静载试验，不允许梁身混凝土发生任何裂纹，所以是否能采用低温混凝土没有定论。那么在按常规方式进行灌注后，就要考虑对这些构件的养身保温措施，特别是场地化生产的混凝土梁，要有特殊的保温设施，这也是青藏线提出的新问题。
4合理正确地使用高原施工机械
常规的施工机械在海拔2000m以下可以正常发挥作用，上到4000m以上如何选用机械必然是首要问题之一。我国在三十年前就组织过国内的科研机构和工厂开展了高原施工机械的研究，但至今的状况仍不能令人乐观。
铁路建设的主力军，在改革开放以来机械装备水平已有了量和质的变化，中国铁路工程总公司现有5万余套主要施工设备，其中进口设备占有比较大的比例，这些设备的机械性能较好，大体处于国际九十年代初的技术水平，适当采取一些技术措施，可以说能在青藏铁路上发挥作用。
4.1施工机械必须适应高原气候，
按规定一般结构件的低温许可范围为–20℃，这对于青藏高原的环境仍比较勉强。据日本加藤公司西北利亚用汽车起重机的做法，温度低达–50℃，用的是高强度细晶粒结构钢，具有良好的缺口冲击值，焊接时细晶粒结构钢时，在每个工位均进行钢的预热，焊后冷却时间控制在10~25s之间，太短产生冷裂缝的危险大，太长母材的强度和韧性又达不到要求。比照此例，我们在施工机械的结构焊接维修时还要进行深入的研究。
4.2施工机械的心脏—柴油机
随着西部大开发的展开，具有低温起动、高原特性的柴油机研制得到了推进，目前国内也有不少厂家为此做出了大量的研究和开发。据报杭发已成功开发了四种机型的高原型柴油机，采用了火焰预热装置，以满足柴油机的低温起动；上柴自行设计了D114系列属于较新的产品，近两年另外引进的柴油机生产线主要有潍柴的道依茨226B系列、玉柴的巴西福特6112系列和上柴的卡特彼勒121系列，还有卡特将其子公司的帕金斯发动机和马克发动机分别同天津动力机厂和广州柴油机厂合资，这些国内可提供的新型柴油机在质量性能上有较大的提高。
4.2.1发动机功率下降
由于缺氧，配置涡轮增压器，增加了供气量，改善燃烧状况，是高原柴油机必备的条件，国内有的涡轮增压器压比能达2.5以上，青藏铁路用增压比大点的为好。但随着海拔高度增加柴油机功率下降是不可避免的，据Deutz、Perkins、Cat、Cummins等著名工程机械柴油机厂家的资料，当海拔高度上至4000m地段时，输出功率将下降35%左右（个别厂家的数据可能会略微乐观一点）。
近来国内某些厂家为高原机械配置康明斯6CT8.3发动机，并就海拔高度提出如下意见：海拔3600m以下，能正常工作，无需作任何调整，超过时，每增加300m，燃油供给量减少4%，如此在海拔5000m时，供油量应减少18.7%，功率会由215马力降至175马力，减少供油量通过调整高压油泵实现。显然，这种马力计算的结果只是简单地按气压变化比例来推算出来的，实际上缺乏验证，使用单位必须高度谨慎！在保证机械部分无故障和配气已调整至最优的前提下，还应保证柴油质量，供油顺畅，雾化良好。
柴油机动力性故障是常见的多发性故障，功率下降常伴有排烟烟色不良，温度偏高，运转不稳和起动困难，在高原出现发动机有异常时，一定要判定原因，切忌乱调。
4.2.2起动困难
高原上柴油机启动困难的原因也是多方面的：如起动转速不足，压缩终了时的温度低，燃油雾化程度差；润滑条件不好，起动阻力过大以及空气进气量不足等。针对这些，山推研制出适应高原作业的TYG220推土机采取了相应的技术措施，如在NT855-C280（BCⅢ）高原性发动机配置加热器及乙醚起动，选用适应–40℃的进口蓄电池，保证起动机转速，可正常低温起动。柴油机压缩比对起动性能有直接影响，起动时涡轮增压器没有起作用，压缩比大则压缩结束时压力和温度都会提高，建议压缩比小（比如＜15）的机械不要上到高海拔地带。
在气温过低的地方，如有条件，可考虑增加发动机预热装置，能防止发动机的冻害和保证轻便起动。美国SAE标准，对冷却液用外电源加热装置时，最大功率是2kW。
当然首先应选用适当的润滑油和燃油，润滑油必须选用冬季规格的，减少起动时的阻力；曾有一位TY220推土机用户，在–5℃时，能起动但过一会就熄火，原因是用了质量不合格的–10号柴油，因柴油的粘度过大，致使康明斯PT泵内滤网堵塞不能持续供油。如柴油质量不稳定，还会使发动机运转不正常，工作无力。
4.2.3低温磨损问题
试验表明，在润滑油不同温度下，机械齿轮和轴承的磨损，–5℃时要比+30℃时增大10~12倍，所以一定要防止低温润滑状态下的超负荷运转。特别要强调增压器的合理使用，柴油机起动后，机油粘度大，要怠速运转5min以上才能加负荷，否则增压器得不到充分的润滑导致迅速磨损；停机时必须使柴油机逐渐降低转速至怠速并运转5min，因为增压器的转速会高达50000r/min以上，突然停机会造成机油泵供油不足，影响增压器寿命甚至直接导致损坏。
4.2.4冷却效率降低
冷却系统向大气散热的速度主要取决于冷却液和大气的温度差，青藏高原低气压的特殊条件，水的沸点将大为降低，冷却器进出口的水温差缩小，这就势必影响冷却器的散热效果。同时冷却液从缸壁吸热差，而当水温低于70℃，就会严重影响发动机的性能；另外由于缺氧，柴油燃烧不易充分，造成气缸内积碳增多，进而增大了发动机过热的可能性。
目前各厂家为防止低气压下水的沸点低而造成冷却系统效率低的问题，均推荐选用开启温度较低的节温器和大流量水泵，并加大了风扇的尺寸和转速等基本方法，因为如果增加散热器的散热面积，则涉及的改造工作量太大。不过最直接的方法之一是重新设定水箱压力盖的设定值，如将设定值从50kPa增大至100kPa，可防止冷却液的沸点降低，SAE将压力式水箱盖的压力从21kPa到110kPa分为了5个等级。为了保证冷却系统工作正常，要特别加强风扇Ｖ型皮带的维护和检查，适当多备些备件。
冷却液对发动机工作温度调节的作用很大，寒冷气候下必须要用防冻液。配制合适浓度比例的冷却液，防冻剂比例越大，保护温度则越低，当防冻剂和水各占一半时，保护温度可低至–37℃；冷却液中乙二醇防冻剂的浓度应当合适，过高会使添加剂发生与溶液中分离，形成化学沉淀物，导致热传导性降低，最多不可超过60%。
4.3高原条件下的液压及电子设备
国外工程机械采用机电液一体化技术，对工程机械的发动机、液压系统进行自动调节控制和监控。按照我们普通的经验，一般电子元件在低气温的时候往往会发生故障，功能失灵，国外装置在工程机械上的电子元件的温度适应范围要比普通日用电器的要广，允许–40℃的工作环境。但是如果发生了寒冷天气电子控制系统工作不正常的时候，建议使用者不要随意检测电子线路，以免调乱。
海拔高度每增加100m，气压就会下降10.6MPa，高原上气压可能只有平地的一半，此时液压油泵进口压力不足，加上起动时油的粘度大，可能会影响油泵（特别是柱塞泵）的进油量，也就是常说的吸空。使用中要保证液压油箱的相对高度，最好是采用如CASE等公司的加压式油箱。
天冷时全面注意防冻问题，如停机后，将空压机储气筒和油水分离器中的水放掉，以免结冰；柴油油箱加满，防止油箱中的水蒸气结冰。务必用与当时当地温度相对应的冬季柴油、柴油机机油和空压机机油。
5铁路运营器材的简单介绍
青藏铁路的技术条件规定：线路等级I级单线，减少车站布点，只设30个车站。让旅客快速通过高原，路段旅客列车速度100km/h，采用内燃机车牵引。
1977年的初步设计时结合当时的技术状况，提出过用7000马力燃汽轮机作为牵引，现在我国大马力内燃机车的制造水平已具备，拟用国产DF8B和DF11型内燃机车，在南北两端大坡度地带用双机或多机牵引。考虑内燃机车在高原出现功率下降，也采取增压措施，当然最理想的是采用电气化牵引，但目前沿线缺乏电力供应的条件，如果一次性配套则投资过大，所以决定工程中预留电气化。
沿线配置营运人员少，线路要实现少养护，并采用机械化巡道、机械化养路手段，这就要求选用可靠度高、维修少的各项运营设备。
我国铁路道岔的设计制造水平已有了长足的进步，并且在近几年四次提速过程中充分显示出来，山海关和宝鸡桥梁厂都已提出了辙岔寿命1.5亿t。最近在铁道部的支持下，两厂又引进了高锰钢和普通钢轨的焊接技术，如在青藏铁路线使用，将会进一步提供道岔寿命。为适应寒冷、风雪大的高原气候，道岔应具备防冻特征，为我国道岔产品的空白，这一点还正处于研制之中。
钢轨扣件是不太引人注意的一种线路器材，其作用是将钢轨固定在混凝土轨枕上，使钢轨能承受车轮运行的轴向和横向力作用力。青藏铁路线上扣件应具有防松动、防脱落和免维修性能，我国铁路目前用得最广泛的是靠螺栓拧紧的Ⅱ型弹条扣件，不满足这样的要求。沈阳桥梁厂和中国铁道科学院近来合作开发了一种新型回形弹片式扣件，属于无螺钉自锁紧固，弹片无应力集中；扣压力大于目前国内采用的其他型式的扣件，而且弹性变形（弹程）大，在保证对钢轨的有效扣压力≥11kN的前提下，弹程为17.5mm，比其他型式的要高出34.6%，因此对低温状态和气候变化复杂的环境有更强的适合性，是一种完全无维修的扣件。这种新型扣件已经通过铁道科学院的测试，在200万次疲劳试验后，（相当于4000万t通过总重，青藏线设计的年通过总重为500万t），没有出现损坏。
6结束语
大规模地机械化施工将在青藏线全面展开，如何使我们的机械能在青藏高原恶劣的自然环境下发挥出应有的效能，这对施工队伍和工程机械研究单位和厂家制造都是一个严峻课题，还没有现实的可以借鉴的先例，厂家现阶段所提供的设备和我们准备采取的方案都有待于要经过试验和高原实地的检验，依靠广大科技人员和铁路建设工人的智慧和努力，青藏铁路的实践过程中将逐步完善高原施工机械的配套模式。
面对青藏高原独特的恶劣地理气候环境，修建青藏铁路将是世界铁路建设史上的壮举，我们在建设过程中必然会遇到各种难以想象的困难，本文就机械设备方面所提的分析将只能是其中的一部分，也借此机会，呼吁各界同行对青藏铁路建设的关心和协作。中国铁路工程总公司几十年来从没有间断过对青藏铁路工程问题的研究，目前总公司第一、二、三、四、五局已中标了青藏线的大部分工程，在各方力量的支持下，必将在世界屋脊上塑造出新的丰碑。
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