De grote opgraving

Toen president dwight d. Eisenhower in 1956 de Federal Highway System-wetgeving ondertekende, had hij zich onmogelijk het gigantische bouwproject kunnen voorstellen dat nu in Boston wordt ondernomen om het systeem te voltooien. Overheidsfunctionarissen noemen het het Central Artery/Tunnel (CA/T) Project; de lokale bevolking zegt gewoon de Big Dig. Tegen de tijd dat het in 2004 klaar is, zal deze rijbaan een segment van acht rijstroken breed, 5, 5 mijl lang hebben, volledig begraven onder het bruisende financiële district van een van de oudste steden van het land. De nieuwe tunnel zal de veel verguisde Central Artery van Boston vervangen - een vervallen stalen viaduct dat tussen hoogbouw in de binnenstad doorsnijdt - met een stuk van 's werelds grootste ondergrondse snelweg. Een onderwatertunnel (voltooid in 1995) zal het verkeer van de luchthaven naar de ader leiden, en dat alles voor de ongekende kosten van meer dan 10 miljard dollar.

Hoewel het begraven van de snelweg belooft een betere omgeving voor de oppervlaktebewoners van Boston achter te laten - schoner, stiller, meer open - verhoogt het de inzet voor ondergrondse reizigers. Verkeersopstoppingen en lekke banden, die bovengronds alleen maar vervelend zijn, kunnen beneden dodelijk worden als automobilisten vast komen te zitten in een waas van giftige uitlaatgassen. Voeg daarbij een autobrand of een explosie van een olietanker en de situatie kan nijpend worden. De ingenieurs van Big Dig pionieren met nieuwe technologieën op het gebied van constructie, verkeersbeheer en vuurleiding, allemaal ontworpen om het leven soepel en veilig door de slagader te laten stromen.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van mei 1998

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Het brein achter de operatie

naast het leggen van staal en het storten van beton, zetten Big Dig-ploegen honderden gesloten televisiecamera's, infraroodsensoren en variabele berichtborden in het hele systeem in, bekabelen het samen met een computersysteem dat bestand is tegen een terroristische aanval en bouwen een commandocentrum zo vol met schermen, toetsenborden en projectieapparatuur dat Darth Vader groen van jaloezie zou worden. Het maakt allemaal deel uit van de Central Artery/Tunnel Smart Highway of Intelligent Transportation System.

De zes menselijke operators van de CA/T werken in het Star Wars-controlecentrum en streven ernaar de verkeersstroom te maximaliseren en de blootstelling van automobilisten aan koolmonoxide te minimaliseren. De instrumenten die ze tot hun beschikking hebben, zijn onder meer verkeerslichten, snelheidsborden, rijbaanafsluitingssignalen, AM- en FM-radiozenders, ventilatieapparatuur en zelfs rioolpompen.

De computers van de CA/T zullen constant de verkeersstroom door het systeem bewaken. Als er een plotselinge onderbreking is, bijvoorbeeld het verkeer in een rijstrook zakt van 60 naar 5 mph, zal de computer automatisch een camera zwaaien om op het gebied in kwestie te wijzen. De computer kan de ernst van het incident berekenen, een geschikte menselijke operator aanwijzen om het af te handelen (op basis van zijn of haar training en huidige opdrachten) en het videobeeld op de console van de operator laten verschijnen. Dan zal de computer een strategie aanbevelen om de situatie aan te pakken, maar de uiteindelijke beslissing overlaten aan de mens, die de lichten kan veranderen, de ventilatieapparatuur kan aanpassen of berichten naar chauffeurs kan sturen, allemaal om te voorkomen dat een kleine fenderbuiger een grote catastrofe wordt.

Maar wat moet een operator eigenlijk doen in geval van nood? Rijstroken sluiten? Langzaam verkeer? Verkeer omleiden? En hoe lang moeten rijstroken afgesloten blijven? Om deze vragen te beantwoorden, heeft het Massachusetts Highway Department een contract gesloten met de Intelligent Transportation Systems-groep van MIT ( http://its.mit.edu/ ) om een ​​geavanceerde computersimulatie te bouwen die tot 10.000 voertuigen modelleert die door hellingen en tunnels rijden.

We simuleren de beslissingen van de chauffeurs, zoals acceleratie, vertraging, het wisselen van rijstrook, invoegen en meegeven, zegt professor Moshe Ben-Akiva, die de MIT-groep leidt. We kunnen incidenten simuleren door rijstroken voor een bepaalde tijd te blokkeren. We kunnen veranderingen in zichtomstandigheden simuleren. Het systeem kan zelfs het effect bepalen van het sluiten van uitgangen of het toevoegen van nieuwe.

Samen met de verkeerssimulator heeft de MIT-groep een tweede simulator gebouwd die de menselijke operators en het verkeersbeheersysteem van de CA/T modelleert. Dit laat de onderzoekers zien welk effect verschillende verkeersmanagementstrategieën zullen hebben op eb en vloed van het verkeer in de tunnel. Bij een ongeval in de tunnel bijvoorbeeld, gaan de portaallichten op de snelweg direct van groen naar rood om te voorkomen dat er meer auto's binnenkomen. Met behulp van de simulator berekenden de onderzoekers hoe lang de operators moeten wachten nadat het ongeval is verholpen voordat de portaallichten weer van rood naar groen worden gedraaid. De oorspronkelijke plannen om de portaalverlichting meteen op groen te zetten was geen goed idee, zegt Ben-Akiva. U moet de verandering uitstellen totdat u het verkeer naar binnen heeft laten gaan. Anders genereer je schokgolven van het verkeer in de tunnel.

Brand in de bergen

als ontwerpers en operators van ca/t enkele verrassingen kregen toen ze de verkeersstroom begonnen te simuleren, kregen ze nog grotere schokken toen ze een ander probleem begonnen te onderzoeken: hoe een tunnel en zijn inzittenden te beschermen tegen de verwoestingen van vuur. Ze maakten zich niet alleen zorgen over de dreiging van directe brandwonden. In feite zijn rook en hitte de echte moordenaars bij brand, zegt Richard W. Drake, operations manager voor het Central Artery/Tunnel Project.

Drake legt uit dat ingenieurs over de hele wereld al jaren autotunnels bouwen met ventilatieapparatuur die groot genoeg is om de rook van de grootste brand te kunnen verwerken. Maar ze hadden geen idee hoe hun opvattingen over vuur zouden passen bij een echte vuurzee. Hoewel tunnelbranden, zoals die uitbrak in 1996 in de Kanaaltunnel die het VK en Frankrijk met elkaar verbindt, internationale media-aandacht trekken, is er geen brand ontstaan ​​onder het toeziend oog van snelle wetenschappelijke instrumenten. Daarom hebben ingenieurs hun brandwerende ontwerpen altijd gebaseerd op theoretische modellen, niet op harde gegevens.

Ongemakkelijk met deze onzekerheid, hebben ingenieurs hun projecten decennialang overbouwd door meer ventilatieapparatuur, isolatie en structurele ondersteuning toe te voegen dan ze nodig hadden - voor het geval hun modellen de hitte en rook die een tunnelbrand zou kunnen produceren, onderschatten.

Wat ingenieurs nodig hadden, was een testbed - een experimenteel systeem voor tunnelbranden. En in het begin van de jaren tachtig bedacht de Federal Highway Administration (FHA) er een, waarbij een deel van de I74 werd omgeleid op een manier die een lege tunnel van 1,1 mijl in de heuvels van West Virginia achterliet. Daar werkte de FHA samen met Parsons Brinckerhoff, een van de hoofdaannemers van Big Dig, om een ​​reeks grootschalige brandwonden uit te voeren die uiteindelijk de theorieën over tunnelbranden op de proef zouden stellen.

Het team besteedde 10 miljoen dollar aan het renoveren van de verlaten tunnel met een ultramodern ventilatiesysteem en nog eens 10 miljoen dollar aan het installeren van geavanceerde bewakingsinstrumenten. We hebben de tunnel uitgerust met een rastersysteem, zodat je gegevens kunt verzamelen over temperatuur, luchtstroom en koolmonoxide door de hele tunnel, zegt Drake, die toezicht hield op het project.

In het midden van de verlaten tunnel bouwden de ingenieurs grote stalen pannen van meer dan 10 voet aan een kant. Ze vulden de pannen met 15 cm water (om het staal tegen de hitte te beschermen) en vervolgens 2,5 cm stookolie. Een op afstand bedienbare propaanbrander ontstak de brandstof.

Uiteindelijk hield Drake toezicht op 101 brandwonden. De kleinste was 10 megawatt (MW), waarmee een kleine auto werd gesimuleerd die in brand vloog. De grootste was 100 MW - ongeveer het vermogen dat vrijkomt wanneer een kleine benzinetanker frontaal in botsing komt met een vrachtwagen.

Als je wilt zien hoe de hel eruitziet, laten we je een foto zien van een brand van 100 megawatt, zegt Drake. Het is absoluut verbazingwekkend om tegels van de muur te zien waaien. De uitzettingsvoegen van asfalt en teer borrelen.

Tot verbazing van het team hielden de tunnel en de ventilatieapparatuur veel beter stand tijdens deze holocaust dan de modellen hadden voorspeld. Niemand had gedacht dat we dit aantal branden ooit zouden kunnen blussen. Ze dachten dat de tunnel zou instorten lang voordat we ermee klaar waren, zegt Drake.

De veerkracht van de tunnel in West Virginia wees op een onthutsende conclusie: wereldwijd waren miljarden dollars verspild om tunnels brandbestendiger te maken dan ooit nodig was.

Hoewel de resultaten te laat kwamen om een ​​volledig nieuw ontwerp van Big Dig mogelijk te maken, heeft Drake nog steeds tientallen miljoenen dollars aan beton- en graafkosten kunnen besparen door sommige ventilatieschachten te verkleinen en andere te elimineren. Alleen al aan isolatiekosten hebben we op dit project ongeveer $ 25 miljoen bespaard, zegt Drake. We hebben er alle vertrouwen in dat we u in totaal $ 45 miljoen aan besparingen kunnen laten zien.

Belangrijker is dat de tests ingenieurs hebben geleerd hoe ze het ventilatiesysteem van de CA/T moeten afstemmen. In het geval van brand, zegt Drake, was de conventionele wijsheid altijd van mening geweest dat ventilatoren die verse lucht leveren aan tunnelgebieden naast de vlammen, op ongeveer 50 procent van de capaciteit moesten worden ingesteld. Het was een poging om een ​​delicaat evenwicht te vinden: je wilt geen frisse lucht aan het vuur geven, legt Drake uit, maar je wilt ook niet dat mensen die vastzitten in hun auto stikken.

Nogmaals, de conventionele wijsheid was verkeerd. De experimenten in West Virginia toonden aan dat het beter is om de nabijgelegen toevoerventilatoren tijdens een brand helemaal naar beneden te draaien - tot slechts 10 procent of 20 procent van de capaciteit. Bij deze lagere instellingen, zo blijkt uit de tests, zal het ventilatiesysteem nog steeds voldoende frisse lucht leveren aan vastzittende automobilisten en zal het de vlammen niet zo hoog aanwakkeren. Het is een strategische aanpassing die misschien klein lijkt, maar met een kwart miljoen voertuigen die naar verwachting tegen 2010 elke dag door de tunnel zullen rijden, kan de impact enorm zijn.

zich verstoppen