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此行，他先后走访了中国科学院兰州分院、铁道部第一勘测设计院，来到西宁至格尔木段盐湖路基、沙漠路基和海拔3700多米的关角隧道，仔细了解这些工程难点和铁路运营情况，对二期工程有什么借鉴。随后对昆仑山、唐古拉山、可可西里、三江源等涉及冻土、环保的重要区段一一进行详细考察。他走访了青海、西藏两省区政府，相关科研部门，沿线驻军部队，与政府官员、专家学者和青藏牧民群众进行了广泛接触，听取他们的意见，还特意看望了一些曾经参加过青藏铁路前期勘测设计的老专家、老同志，了解当年情况。
一路考察坚定了他的信心。回到北京之后，强烈的事业心和责任感驱使他以一个老铁路人的身份，给国务院领导写信：“经过反复考察论证，青藏铁路方案经济合理，建设周期短、投资少。经过多年不间断的科学研究和工程试验，修建青藏铁路已经有了一些技术储备，尤其对高原冻土施工有了比较可行的解决方案，对环境保护和医疗保障也有了有效的应对办法。”这封信为中央领导提供了直接来自高原现场的第一手资料。
之后，他又代表铁道部党组，向中央写了修建青藏铁路格拉段的请求报告。2000年12月14日，国家计委主任曾培炎主持召开了由国务院相关部门参加的青藏铁路立项报告会。会上成立了以曾培炎为组长、铁道部部长傅志寰为副组长的国家青藏铁路建设领导小组。之后不久，朱镕基提议，增补孙永福为国家青藏铁路建设领导小组副组长，主持青藏铁路建设的日常工作。
这一年，孙永福60岁，花甲之年上高原，带来的将是身体的快速透支和生命的加剧磨损。有过上高原的亲身体验，他深知高原缺氧意味着什么。一位老友私下劝他，修建青藏铁路是要冒很大风险的，自己也组织了衡广、京九等一批具有重要影响的工程项目，现在已届退休年龄，还是就此画一个圆满的句号吧。孙永福淡淡一笑：“人生的句号，画，我也要把它画在青藏高原上。”
孙永福深感责任重大，深感使命光荣。他知道，青藏铁路之战，不仅是智慧的凝聚、力量的凝聚、气魄的凝聚、忠诚的凝聚，同时，还是意志的组合、信仰的组合、民心的组合、党心的组合。他在笔记本上写到：“青藏铁路建设，不但要有勇挑重担的责任意识，更要有与时俱进的科学精神；不但要有顽强拼搏的斗志勇气，更要有能攻善战的智慧谋略。在高原拼人力、财力行不通，只有改革、创新才能闯出一条新路。”
青藏铁路建设开工第二天，在格尔木南山口工地帐篷里，孙永福召开参建单位领导干部会，他代表铁道部党组，提出认真贯彻“拼搏奉献，依靠科技，保障健康，爱护环境，争创一流”的建设方针，高起点、高标准、高质量地建设世界一流高原铁路。
孙永福专程来到慕生忠将军旧居。当年，慕将军率领十万筑路大军，克服重重艰难险阻，修建了举世闻名的青藏公路，却没能把铁路修进西藏。今天，他将继承前辈未竟的事业，不禁心潮澎湃，思绪万千。
青藏铁路建设工程之巨、环境之险、技术之难，可谓“前无古人，后无来者”，为了确保冻土施工万无一失，孙永福决定在清水河、沱沱河、昆仑山、风火山等一带设立5个冻土工程试验段。他说，这样做非常必要，可以把主观的认识在实践中加以检验，这也是一次丰富冻土科学的“实践论”。
他几乎访遍了国内与高原冻土、环境保护、医疗保障有关的科研单位，收集了大量国内外有关高原冻土施工方面的技术资料，嘱咐秘书专门给他准备一个书柜存放。上百万字的一本本专业资料和设计文件，他都认真阅读，圈圈点点，作了大量笔记。
孙永福认为，青藏高原的地质复杂，冻土同样千变万化，攻克冻土难关，措施要得当，不要大家都走一个路子。根据不同的冻土，采取不同的方法，这样就可以避免重复错误。一位专家对青藏铁路建设曾表示出不同意见。孙永福说：“千人之诺诺，莫如一士之谔谔。多听听不同意见没有坏处。”他派人两次登门拜访这位专家，还特意邀请他参加进藏铁路论证会。
可可西里公路两边热融湖溏星罗棋布，冻土融沉病害严重。孙永福来到这里，和工程技术人员仔细查看分析公路病害。在随后的冻土施工方案研讨会上，专家们各抒己见，孙永福索性拿起粉笔在黑板上画起草图，讲解以桥代路的思路。他组织专家反复论证，和设计人员一起研究桥式和设计参数，优化以桥代路方案，从根本上避开了特殊困难地带冻土给路基带来的病害。
首次上高原，孙永福看到40多年前修建青藏公路的取土坑内至今寸草不生，十分震惊。如果以高原自然环境为代价，青藏铁路建设将得不偿失。他提出青藏铁路建设环保创新制度，专门设立了环保监理。这在我国铁路和国内基础设施建设中是一个首创。
为了做好青藏铁路的环保工作，孙永福先后3次组织铁道部、国家环保总局、水利部、国家林业局、中国科学院、青海省，西藏自治区的有关专家奔赴现场，就环保问题开展科学考察和调研工作。针对“自然保护区”、“野生动物通道”等敏感问题，组织编写了专题报告，对高原植被的恢复与再造技术开展了现场试验。在孙永福的建议下，青藏铁路的环保投资达21亿元；在铁路选线过程中，尽量避让主要环境敏感点。在西藏自治区境内线路先后避开了纳木错自然保护区、林周黑颈鹤自然保护区，延长线路多达30公里，为此多投入了3个亿；对无法避绕的可可西里与三江源自然保护区经多方案比选后，采取了对保护区扰动最小、影响最小的线位通过。
在孙永福的领导下，青藏铁路的环保工作，始终坚持“预防为主、保护优先，开发与保护并重”的指导方针。根据青藏高原的特点，将沿线地表植被、珍稀保护物种、自然保护区、湿地、原始景观、河流源头水质、冻土环境等放在保护工作的首位。
青藏高原气候环境十分恶劣，有位高原病专家断言，在高原修路，高原病不死人是不可能的。孙永福回答：“我们绝不让高原病夺走一个筑路人的生命！”孙永福的老伴是医生。他一回家就向老伴咨询高原病问题，直到把老伴的知识都挖空了，又让老伴找来高原病医学资料自己看。遇到不懂的地方，他就记下来，多次抽空到中国军事医学科学院、高原病研究所向专家请教。每次铁道部邀请高原病专家来讲课，他总是坐在最前面的位置，遇到问题举手就问。青海省高原病研究所吴天一院士很有感触：“孙永福同志不是学医的，对高原病知识研究这么深，真是难能可贵。”
在孙永福的提议下，铁道部在格尔木铁路医院建立了全路第一个高原病防治中心。开工前夕，他专程代表铁道部党组看望和慰问医护人员。他说：“青藏铁路建设者离不开你们呀！我把几万名建设者全拜托给你们了！”说完，他深深地向在场的医护人员鞠了一躬。
每次随同孙部长跨越昆仑，登临唐古拉山，都能被他钢铁般的意志与深厚的亲和力所感染。
到青藏线检查工作，他总要钻进工人的帐篷里，钻进食堂的储藏室，看职工们能否吃到新鲜的蔬菜？品种多不多？只到看到芹菜、萝卜、韭菜等新鲜蔬菜和肉食品应有尽有，才放心地离去。由于缺氧，他的嘴唇发紫，脸色腊黄，然而他依然和职工们谈笑风生，问寒问暖，顾不上吸氧。“来一次工地不容易，应该多了解一些工程进展和职工的生活情况。”他说。
一次到唐古拉山中铁十七局集团指挥部检查工作，那里的海拔高度5030米，是全线最高的青藏铁路工程指挥部。下了车，孙永福就要上工地，同行的同志劝他：“部长，这里海拔太高，你就在下面和同志们见见面算了，不要上去了。”孙永福说：“那怎么能行？我要上去，看看他们的馒头能不能蒸熟。”
每次去工地，孙永福都要走进民工帐篷，摸摸被褥厚不厚，看看地面潮不潮。在一处工地帐篷，他看到民工睡通铺，立刻告诉指挥长，民工要一人一张床，不能睡通铺