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华盛顿·奥古斯塔斯·罗柏林

华盛顿·奥古斯塔斯·罗柏林

不说布鲁克林大桥(一)之 你猜要说啥?

老罗柏林相比,华盛顿•罗柏林的人生看起来要顺利的多,至少他父亲怎么说也是个美国富农。小罗柏林自小接受系统的教育,毕业后就到他父亲的桥梁建设工地上实习去了。1861年美国爆发内战,小罗柏林投笔从戎,成为了一名光荣的美军战士。五年的戎马生涯,这个小伙子屡建战功,还找到了他心爱的姑娘—— 后来成为了他妻子的艾米丽•沃伦(Emily Warren),他的上司沃伦将军的妹妹。

内战结束后,华盛顿•罗柏林荣升上校,衣锦还乡重拾旧业继续他和老罗柏林的桥梁建造工作。在和父亲一起建造了著名的辛辛那提大桥之后,偕妻子游历欧洲,一同学习包括沉箱法在内的各种先进建桥技术。1868年,夫妻二人回到美国,罗柏林上校成为老罗柏林主持的布鲁克林大桥工程中的助理工程师。他的生活很幸福,有着清晰的未来:子承父业,成为一个和他父亲一样的桥梁工程师。
而老罗柏林的意外逝世,给罗柏林上校带来了他人生中最重要的一次变故。1869年8月,罗柏林上校接替父亲的职位,成为布鲁克林大桥总工程师。突如其来而又似乎命中注定的使命,让罗柏林夫妇绽放出夺目的光彩,也为之付出了惨重的代价。
早在1867年愚人节,纽约政府就通过了建设布鲁克林大桥的立法,但是对桥梁建设的各方各面都提出了具体要求:除了塔、基、锚、缆等桥梁部件的严格标准,还对桥梁建造中的财务也有限制。除此之外,还有诸如建桥过程中不得在任何超过蓝图中桥塔的位置使用桥墩,以及要求桥梁净高在涨潮时不少于40米,保障河面航运不受阻碍等等约束明文。
尽管老罗柏林以及这座大桥的另外一位设计师维尔海姆•海登布兰德(Wilhelm Hildenbrand)为之殚思竭虑筹划了十几年,而且罗柏林父子在桥梁建造方面早已积累了大量的成功经验可为借鉴,可东河的水文地质状况对建造这座大桥所提出的苛刻要求,远非当时的传统建桥技术所能满足的。仅仅将近500米的桥梁跨度这一项,在当时就被认为根本是不可能的。
东河的宽度意味着悬索桥必须有一个前所未有的桥梁跨度,这需要两座极为强壮且高大的桥塔。而在水面之下承受这一切的桥基是建造过程中的重中之重,它必须建造在河底坚固的岩石层上,才能保证整座桥梁的承重没有问题。如何建造这样一个扎根东河岩石河床的桥基,是最重要的技术难关。可是在所通过的建桥法案中,明确指出在施工中不得妨碍东河的航运。因此别说涸泽断流,就是桥桩超过了预定的施工范围,纽约政府都会起诉罗柏林。所以传统建造方式无论如何也做不出负担这个级别的桥体重量的水下桥基。
罗柏林上校决定采用气压沉箱法,在建造桥基的同时建造桥塔。

Triger process示意图

Triger process示意图

沉箱法最早出现在欧洲。这种技术的前身,要追溯到物理学家丹尼斯•裴品(Denis Papin)。他在1689年首先提出在潜水钟(diving bell)中注入空气,以保证水下作业者不至于窒息。这种技术几经改良在理论上日趋成熟,最后由法国矿业工程学家雅克•特里杰(Jacques Triger)引入陆地,发展成为采矿业中的“特里杰法”(Triger process)。

这种方法用压缩空气保证在浸水矿区仍能获得干燥的工作环境。很快,这个方法进一步发展,又回到水的世界,变成著名的“沉箱法”,用于满足桥梁建造中特殊的水下作业要求。沉箱法随即演变出很多种类,其中最为复杂的就是罗柏林上校将启用的气压沉箱法。

1870年1月,布鲁克林大桥工程终于全面开始。

沉箱法示意图

沉箱法示意图

用气压沉箱法建造布鲁克林大桥的桥基,首先需要按照桥塔截面的大小,建造一个大箱,然后将箱子口朝下沉入水中。在箱顶有气压泵向箱内注入将压缩空气,将其中的水排空。另外从河床到箱顶,还有一个吸淤管,管内充满水以保障工作间压力正常,一根长长的机械爪在管中上下搬移沙石。最后,还需要一个两级变压管道,将工人从外界正常气压环境,送入高压工作间。这些工人就在这个充满空气的箱子中按要求清理河床,将沉淤填入吸淤管口下面的水池,通过吸淤管送走。等河床清理到满足建造要求后,混凝土会被注入箱内,这个巨大的沉箱最后将成为支撑桥塔的桥基的一部分。

气压沉箱法实地图

气压沉箱法实地图

这些沉箱可想而知有多大。就面积来说,东河西岸的那个就有1630平方米,每个沉箱的内空高达2.7米。这些庞然大物由拖船拉到既定地点,入水锚定后工人们就立刻开始在箱顶用花岗岩石材建造桥塔。随着桥塔重量的不断增加,沉箱受压“着床”,并借力不断深入河床中的泥沙层,而桥塔中的气压机则日夜不停的将空气注入。
水下的工作间是一个高气压环境,因此工人们必须经过变压管道才能进入。变压管道中部是一个隔离舱,工人先由外界进入这个舱,然后舱门密闭,高压气体注入,舱内压力慢慢升高。当内外气压相同,工人才打开进入工作间的门。无论工作间,还是变压管道,其中的气压维护和调节都要非常细致小心。

工程日复一日地的进行,工人们渐渐觉得不舒服,情况变得有点不对劲。而两位工人的相继死亡,更是让人们明显感觉到了不祥之意。经过战场考验的罗柏林上校没有受到丝毫的影响,仍然坚持隔三差五下到沉箱工作间考察指导地基建设的工作。不久,罗柏林上校突然瘫痪,更多的工人紧接着莫名死亡,危险的气息日渐浓厚,人们忐忑不安,工地上谣言四起,布鲁克林大桥被诅咒了!

尽管那时人们了解潜水员病,但是布鲁克林大桥工地上没人想到工地遭受的诅咒,和潜水病一样来自我们不停吸入的空气。
很早以前的渔民,就了解潜水的危害。看到大部分喜欢莽莽撞撞地快速上浮的潜水者,都会遭受某些特殊病痛的折磨,渔民们意识到从水下上浮的时候,要特别小心地控制速度。尽管如此,常年潜水的人还是容易觉得关节酸痛,像是生了水锈。这一系列和潜水有关的病痛,历来被统称为潜水病。
以现代医学的观点说,潜水病就是“氮过量病”。在常规气压环境下,人体内部组织液中,溶解着饱和量的氮。这些气体的溶解量将随着外界的压力变化而出现波动。压力大,体液能溶解的氮就多,反之则少。当外界压力降低,溶解进体液的氮气就会被释放出来。一般来说,我们能通过呼吸,从肺部将这些多余的氮气吐出去。但是一旦外界压力降低的速度过快,一定时间内体液中的氮来不及通过肺离开身体,它们就会从体液中分离,形成气泡。这些极微小的气泡首先会出现在肌肉关节等部位,影响局部的组织健康,产生类似关节炎或者是肌肉发炎的一系列病痛。当气泡越来越多,血液系统中就会出现大量小气泡融合成的大气泡,形成气体堵塞血管。一旦脑血管被堵塞,患者就有瘫痪甚至死亡的危险。

在沉箱中工作的人,就像那些深潜的渔民,所处的是一个高压环境。随着呼吸,大量的氮气就会溶进体液,而当他们通过隔离舱离开沉箱的时候,减压过程稍有过快,他们就会像快速上浮的潜水者一样,在体内形成大量的气体。

除了少数重症患者直接死于急性的心脑血管疾病,大部分患者体内,气泡集中在关节。随着症状的加剧,患者不得不靠弯腰来缓解腰背部异常的酸痛。这时他们的体态,特别像当时一些女演员喜欢摆出的翘屁股造型(Grecian Bend),于是人们就将这种疾病叫做“翘屁股病”( The Bends)。

其实只要注意减压速度就能有效预防这种情况,不过在当时,连医生也没有意识到翘屁股病就是潜水员病,威胁工人健康安全的就是氮气。为罗柏林上校治病的医生还煞有介事的将这种疾病命名为沉箱病(Caisson Disease)。

时至今日,古怪拗口的沉箱病以及不甚雅观的翘屁股病有了一个统一的名字“减压病”( Decompression Sickness)。及时吸氧和高压舱已经能有效控制这种疾病。可是就像老罗柏林一样,罗柏林上校生不逢时,只能在瘫痪中忍受减压病的折磨。
大桥的建设因罗柏林上校的病情一度陷入危机。再也不能在现场指挥工程的进行,让在病榻中挣扎的罗柏林几乎萌生退意。在这个布鲁克林大桥和罗柏林上校的命运紧紧纠缠在一起的关键时刻,他的妻子艾米丽•沃伦•罗柏林勇敢地站了出来,承担起协助罗柏林完成这一家族使命的艰巨任务。

(待续)

不说布鲁克林大桥(三)

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The Bends这个词,现在多数翻译为"弯曲病",但是我认为这个翻译实为不妥。就像文中说的,这个名字是因为患者必须摆出特殊的姿势,酸痛才能缓解。这种病的名字来自布鲁克林大桥的工地,首先命名的是在那里工作的的工人,他们自然不关心是否“雅致”。这个词是雅致的“弯曲”还是粗鲁的“翘屁股”就显而易见了。实际上,这种病在当时还有 更为粗鲁的名字,暗示该病的患者像是在准备“肛交”。有了这样的意指,“翘屁股”而非“弯曲”显然更真是贴切,虽然翻译的确讲究雅致。

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21 Responses to “不说布鲁克林大桥(二)”

  1. HelloBeauty说道:

    先找一来看看

  2. silymore说道:

    人体最多能承受多少个大气压呢

    • HelloBeauty说道:

      只要加压不太快,有时间让身体适应的话,几十个大气压应该没问题吧。减压病是因为降压太快,从九个大气压减到五个,和从五个减到一个,没什么区别。
      另外,好像听说在高压环境下声调会变高?

  3. 淘宝易说道:

    高压对人体的伤害并不大

    主要是压力的突然快速变化。

  4. dxd说道:

    看看能不能说话

  5. zoe说道:

    原来桥是这么挖的。

  6. 变形机器猫说道:

    《不说布鲁克林大桥(一)》的发布日期是……两个多月前?
    ……囧……

  7. 八爪鱼说道:

    就这么几个破字,几张破图,搞了两个月,lz效率太低下啦!!!!!

    • 变形机器猫说道:

      松鼠们都很忙……可以理解……

      囧的原因是因为我在看见《二》的时候已经忘了什么时候看过《一》了。

  8. Metaverse说道:

    这篇和(一)一样,给人的感觉是不知道是介绍工程还是医学。。。

  9. suizui说道:

    气泡大多集中在关节。。。。
    说明这里太狭窄了,气压升高时氮气向血里面溶解,气压下降时就冒出来,越来越多,越来越大,如果遇到太小的血管,就卡住了,气泡在这里停留,汇合成更大的泡,更不可能移动。
    然后氮气只能缓慢地溶解进入血液体液才排出,时间太久,气泡阻碍附近的物质交换,组织就发生病变。

  10. 小孩不笨说道:

    氮气在体液中溶解迟缓,氮气析出因气体所在部位不同,其临床表现也不同。位于皮下,引起皮下气肿,位于肌肉,肌腱,韧带内引起关节和肌肉疼痛,位于局部血管内引起局部缺血和梗死,见于股骨头,胫骨和髂骨的无菌性坏死,全身性特别是四肢,倡导等末梢血管柱塞可引起痉挛性疼痛,若短期内大量气体形成,阻塞了多数血管,特别是阻塞冠脉动脉时,可引起严重血循环障碍甚至迅速死亡。

  11. tree说道:

    能把水充走的气压应该很大吧 就算不是人突然进入高压环境应该也受不了吧 是不需要穿特制的衣服???

    • Zis76_2mm说道:

      一个大气压是1.01乘以10的五次方帕斯卡,更一般的写法是0.1MPa,也叫1巴(bar)。从初中物理的静压公式p=ρgh,很容易算出一个大气压约等于10米高水柱产生的压强。从不说布鲁克林(一)中的数据可知从水面到岩层的最大距离为136英尺,就取为150英尺吧,再取一英尺为1/3米,所以沉箱底部距水面就是50米,所以需要的气压为5+1个大气压,+1是要算上水面的空气那个大气压,这样就是0.6MPa的压力,这在工业上算不上很高,现在一般常见的工业用气为0.3MPa左右。
      至于潜水病,八爪鱼已经说的很清楚了,只和压力的变化率有关,具体的变化率是多少问他吧。

  12. 好南儿说道:

    呣,罗建国与撅臀病。

  13. 你好说道:

    您好:
    我是北京《百科知识》杂志的编辑,想向您约稿,关于科学史方面的,您有时间和兴趣吗?
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  14. [...] (上接:不说布鲁克林大桥(一) 不说布鲁克林大桥(二)) [...]

  15. 吼海雕说道:

    约稿的都来了……OMG

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