兰新铁路第二双线西宁至张掖段先后穿越大坂山、祁连山，这些地区最冷月平均气温为零下13.1摄氏度，极端最低气温为零下34.5摄氏度，隧道建成后冻害问题将十分突出。
另一方面，线路在甘肃、新疆境内大部分穿行于戈壁荒漠地区，解决戈壁荒漠地区路基沉降控制、边坡防护、轨道结构、综合接地等一系列技术难题，对于项目的顺利实施以及建成后铁路的运输安全有着重要意义。
而这条线路将面临的更大挑战是它要经过安西风区、烟墩风区、百里风区、三十里风区和达坂城风区等我国几个主要的大风区。这些风区最高风速超过每秒60米，局部地段每年有200天风力在8级以上。为确保列车安全、高速地通过这些风区，线路设计人员必须建立完善的大风预警系统。