The Big Dig

När president dwight d. Eisenhower undertecknade Federal Highway System-lagstiftningen 1956, han kunde omöjligt ha föreställt sig det enorma byggprojektet som nu genomförs i Boston för att slutföra systemet. Regeringstjänstemän kallar det Central Artery/Tunnel (CA/T) Project; lokalbefolkningen säger bara Big Dig. När den är klar 2004 kommer denna väg att ståta med ett segment med åtta filer brett, 3,5 miles långt, helt begravt under det livliga finansdistriktet i en av landets äldsta städer. Den nya tunneln kommer att ersätta Bostons mycket förtalade Central Artery - en förfallen stålviadukt som skär mellan höghus i centrum - med en del av världens största underjordiska motorväg. En undervattenstunnel (färdig 1995) kommer att mata trafiken från flygplatsen in i artären, allt för den oöverträffade kostnaden på mer än 10 miljarder dollar.

Även om begravningen av motorvägen lovar att lämna en förbättrad miljö för Bostons ytabor - renare, tystare, mer öppen - höjer det insatserna för underjordiska resenärer. Trafikstockningar och punkterade däck, bara irriterande ovan jord, kan bli dödliga under om bilister är instängda i ett dis av giftiga avgaser. Lägg till en bilbrand eller en oljetankerexplosion och situationen kan bli svår. Så Big Dig-ingenjörer banar väg för ny teknik inom konstruktion, trafikledning och brandledning, allt designat för att hålla livet flytande smidigt och säkert genom artären.

Den här historien var en del av vårt majnummer 1998

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Hjärnan bakom operationen

Förutom att lägga stål och gjuta betong, använder Big Dig-team hundratals slutna TV-kameror, infraröda sensorer och variabla meddelandeskyltar i hela systemet, kopplar ihop det med ett datorsystem som kan motstå en terroristattack och bygger en ledningscentral så fylld av skärmar, tangentbord och projektionsenheter att det skulle göra Darth Vader grön av avund. Det är allt en del av Central Artery/Tunnel Smart Highway, eller Intelligent Transportation System.

Genom att arbeta i Star Wars kontrollcenter kommer CA/T:s halvdussin mänskliga operatörer att sträva efter att maximera trafikflödet och minimera bilisters exponering för kolmonoxid. De verktyg som står till deras förfogande kommer att omfatta trafikljus, skyltar för hastighetsbegränsning, signaler för avstängning av körfält, AM- och FM-radiosändare, ventilationsutrustning, till och med avloppspumpar.

CA/T:s datorer kommer ständigt att övervaka trafikflödet genom systemet. Om det blir ett plötsligt avbrott - säg att trafiken i ett körfält sjunker från 60 till 5 mph - kommer datorn automatiskt att svänga en kamera för att peka på området i fråga. Datorn kan beräkna allvarlighetsgraden av incidenten, utse en lämplig mänsklig operatör för att hantera den (baserat på hans eller hennes utbildning och nuvarande uppdrag) och få videobilden att visas på operatörens konsol. Sedan kommer datorn att rekommendera en strategi för att hantera situationen, men överlåta det slutgiltiga beslutet till människan, som kan byta ljus, justera ventilationsutrustning eller skicka meddelanden till förare, allt för att förhindra att en mindre fender-bender blir en stor katastrof.

Men vad ska en operatör egentligen göra i en nödsituation? Stänga körfält? Långsam trafik? Avleda trafiken? Och hur länge ska körfält vara stängda? För att svara på dessa frågor ingick Massachusetts Highway Department avtal med MIT:s Intelligent Transportation Systems-grupp ( http://its.mit.edu/ ) för att bygga en avancerad datorsimulering som modellerar upp till 10 000 fordon som rör sig genom ramper och tunnlar.

Vi simulerar förarnas beslut som acceleration, retardation, filbyte, sammanslagning och vika, säger professor Moshe Ben-Akiva, som leder MIT-gruppen. Vi kan simulera incidenter genom att blockera körfält under en viss tid. Vi kan simulera förändringar i siktförhållanden. Systemet kan till och med avgöra effekten av att stänga utgångar eller lägga till nya.

Tillsammans med trafiksimulatorn har MIT-gruppen byggt en andra simulator som modellerar CA/T:s mänskliga operatörer och trafikledningssystem. Detta låter forskarna se vilken effekt olika trafikledningsstrategier kommer att ha på ebb och flödet av trafiken inne i tunneln. När det är en olycka inne i tunneln, till exempel, växlar portalljusen på motorvägen omedelbart från grönt till rött för att förhindra att fler bilar kommer in. Med hjälp av simulatorn har forskarna beräknat hur länge operatörerna ska vänta efter att olyckan är klar innan portalljusen vrids från rött tillbaka till grönt. De ursprungliga planerna på att ändra portalljusen till grönt omedelbart var ingen bra idé, säger Ben-Akiva. Du bör skjuta upp bytet tills du låter trafiken inuti röja ut. Annars genererar du chockvågor av trafik inne i tunneln.

Eld i bergen

om ca/t-designers och operatörer fick några överraskningar när de började simulera trafikflödet, fick de ännu större chocker när de började undersöka ett annat problem: hur man skyddar en tunnel och dess åkande från eldens härjningar. Det var inte bara hotet om direkta brännskador som de var oroliga för. Faktum är att rök och värme är de verkliga mördarna i en brand, säger Richard W. Drake, operationschef för Central Artery/Tunnel Project.

I flera år, förklarar Drake, har ingenjörer runt om i världen byggt biltunnlar med ventilationsutrustning som är stor nog att hantera röken från den största tänkbara branden. Men de hade inget sätt att veta hur deras föreställningar om eld skulle matcha en riktig eldsvåda. Även om tunnelbränder - som den som bröt ut 1996 i Kanaltunneln som förbinder Storbritannien och Frankrike - fångar internationell mediauppmärksamhet, har ingen brunnit under vakande öga av höghastighetsvetenskapliga instrument. Så ingenjörer har alltid baserat sina brandskyddskonstruktioner på teoretiska modeller, inte hårda data.

Ingenjörer är obekväma med denna osäkerhet och har i årtionden överbyggt sina projekt, lagt till mer ventilationsutrustning, isolering och strukturellt stöd än de trodde nödvändigt - bara ifall deras modeller underskattade värmen och röken en tunnelbrand kunde producera.

Vad ingenjörer behövde var en testbädd - ett experimentellt system för tunnelbränder. Och i början av 1980-talet kom Federal Highway Administration (FHA) med en, som omdirigerade en del av I74 på ett sätt som lämnade en tom 1,1 mil lång tunnel i kullarna i West Virginia. Där samarbetade FHA med Parsons Brinckerhoff, en av Big Digs primära entreprenörer, för att utföra en serie fullskaliga brännskador som äntligen skulle sätta teorierna om tunnelbränder på prov.

Teamet spenderade 10 miljoner dollar på att renovera den övergivna tunneln med ett toppmodernt ventilationssystem och ytterligare 10 miljoner dollar på att installera sofistikerade övervakningsinstrument. Vi utrustade tunneln på ett nätsystem så att du kunde samla in data om temperatur, luftflöde och kolmonoxid genom hela tunneln, säger Drake, som övervakade projektet.

I mitten av den övergivna tunneln byggde ingenjörerna stora stålpannor som mätte mer än 10 fot på en sida. De fyllde kastrullerna med 6 tum vatten (för att skydda stålet från värmen) och sedan en tum eldningsolja. En fjärrstyrd propanbrännare antände bränslet.

Till slut övervakade Drake 101 brännskador. Den minsta var 10 megawatt (MW), som simulerar en liten bil som brinner i lågor. Den största var 100 MW - ungefär den kraft som frigjordes när en liten bensintanker har en frontalkrock med en lastbil.

Om du vill se hur helvetet ser ut så visar vi dig en bild på en 100 megawatts brand, säger Drake. Det är helt häpnadsväckande att se kakel som blåser av väggen. Asfalten och tjärans expansionsfogar bubblar.

Till lagets förvåning höll tunneln och ventilationsutrustningen mycket bättre under dessa förintelser än vad modellerna hade förutspått. Ingen trodde att vi någonsin skulle få bort det här antalet bränder. De trodde att tunneln skulle rasa långt innan vi var klara med den, säger Drake.

Motståndskraften hos tunneln i West Virginia pekade mot en häpnadsväckande slutsats: Över hela världen hade miljarder dollar gått till spillo för att göra tunnlar mer brandsäkra än någonsin behövts.

Även om resultaten kom för sent för att möjliggöra en komplett Big Dig-redesign, har Drake fortfarande kunnat spara tiotals miljoner dollar i betong- och schaktkostnader genom att krympa vissa ventilationsschakt och eliminera andra. Vi sparade cirka 25 miljoner dollar på det här projektet enbart i isoleringskostnader, säger Drake. Vi är mycket övertygade om att vi kan visa dig 45 miljoner USD i besparingar totalt.

Ännu viktigare, testerna har lärt ingenjörer hur man ställer in CA/T:s ventilationssystem. I händelse av en brand, säger Drake, hade konventionell visdom alltid ansett att fläktar som levererar frisk luft till tunnelområden som gränsar till lågorna borde ställas in på ungefär 50 procent av kapaciteten. Det var ett försök att hitta en delikat balans: Du vill inte ge frisk luft till elden, förklarar Drake, men du vill inte att människor som är instängda i sina bilar ska kvävas heller.

Återigen var konventionell visdom fel. West Virginia-experimenten visade att det är bättre att sänka de närliggande fläktarna under en brand till bara 10 procent eller 20 procent av kapaciteten. Vid dessa reducerade inställningar, visar testerna, kommer ventilationssystemet fortfarande att ge tillräckligt med frisk luft för instängda bilister, och det kommer inte att blåsa upp lågorna lika högt. Det är en strategisk justering som kan tyckas mindre, men med en kvarts miljon fordon som förväntas förhandla om tunneln varje dag 2010, kan dess inverkan visa sig vara enorm.

Dölj